高壓油管壓力波形分析與研究

1出油閥偶件密封檢測方法試驗結果由于油閥偶件長期使用后，油閥彈簧的作用、油氣油量的剩余壓力以及機械雜質(zhì)的作用，油閥偶件的密封錐形表面和減壓環(huán)的密封不良，從而降低了降壓效果。高壓油使油丟失，燃料后燃燒，噴油器不干擾噴油，以及在高速下敲倉孔的現(xiàn)象。目前出油閥偶件密封性的檢測方法常用的有直接觀察法、密封性能試驗、就機檢查等幾種,但受各種因素的影響測量不夠準確。如出油閥偶件密封性在測試過程中受噴油器試驗臺的密封性、泵油的油壓和速度等的影響，每一次測試的數(shù)值都有可能不同。如何準確地測量、判斷出油閥偶件等的故障，由定性分析轉(zhuǎn)為定量分析,實現(xiàn)不解體檢測,是一個值得探討的問題。2高壓管路壓力變化規(guī)律柴油機高壓管路中某個部件出現(xiàn)故障，或多或少地會影響高壓油管的壓力波形，但是出現(xiàn)故障的部位不同，高壓油管的壓力波形也有所不同。為分析出油閥偶件密封性與高壓油管壓力波的關系，從而能夠從壓力波的變化來準確判斷出油閥偶件的故障及出油閥偶件密封性破壞的程度。我們進行了發(fā)動機高壓油泵出油閥偶件密封性對壓力波影響的測試試驗。為避免因震動對測量精確度的影響,試驗中我們不使用示波器等作為測試儀器,而是使用A/D數(shù)據(jù)采集控制卡進行數(shù)據(jù)采集，計算機作為顯示裝置，高壓管路中裝入內(nèi)置壓電式壓力傳感器（分別設在出油閥和噴油器進油管接頭處），通過電荷放大器將輸出信號放大，將油壓由非電量轉(zhuǎn)化為電量,用計算機來觀測發(fā)動機高壓油泵出油閥偶件密封性不良而引起的前后高壓油管的壓力變化，并比較出油閥偶件密封性不良前、后高壓管路壓力波形的變化等。圖1和圖2是在柴油機全負荷的情況下實測的第一缸高壓油管壓力波形曲線（用光電法測試上止點，用另一傳感器測定噴油器的開啟和關閉時間）。兩圖是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速800r/min,且傳感器分別設置在出油閥和噴油器進油管接頭處時獲得的。圖1中Pr、P0、Pb、Pmax分別為在噴油器進油管接頭處所測殘余壓力、針閥開啟壓力、針閥關閉壓力及最大壓力。出油閥開啟瞬間壓力急劇升高（管路中產(chǎn)生壓力波），當壓力達到P0時針閥開啟，壓力下降，但隨著柱塞上行，壓力回升并達最大值Pmax，泵油室回油增加，管路油壓急速下降。至出油閥將要關閉時,泵油室回油減慢，油壓又有所回升。出油閥關閉，此后油壓持續(xù)下降至Pb，針閥關閉。噴油結束后，壓力波盡管波幅很小，但仍在高壓管路內(nèi)反復波動，因高壓管路管壁的摩擦和油液的阻尼作用，壓力波動較快衰減，在下一次供油前，油管中的壓力即殘壓Pr基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時高壓管路中同一位置處高壓油管的壓力波形呈周期性變化。如果出油閥偶件出現(xiàn)故障，則壓力開始升起的起點、壓力峰值及殘壓等亦變化，通過壓力波形采用比較法可直觀地加以分析。3高壓管路油壓監(jiān)測出油閥錐面密封不良會加速減壓環(huán)帶的磨損,而減壓環(huán)帶密封不良亦使密封錐面磨損嚴重（減壓環(huán)帶密封不良，如當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，如500r/min,在供油結束時減壓作用過小,高壓管路油壓波動幅度較大,衰減時間較長，至使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,嚴重的可引起噴油器噴后滴漏）。出油閥偶件密封不良時,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速越高,從高壓油管往回的漏油量越小,因此低轉(zhuǎn)速對高壓管路的影響較大。3.1系統(tǒng)出油閥的選用出油閥偶件密封性不良，使減壓環(huán)帶和密封錐面處配合間隙增大，當噴油泵在預行程、減壓行程時，泵油室內(nèi)的燃油向高壓油管滲漏，高壓油管內(nèi)殘壓就增高；同時，在剩余各行程及進油行程，高壓油管則往回滲油，循環(huán)往復，導致供油量減小。我們在噴油器試驗臺上測試了2種錐面密封性不同的出油閥,一種密封性不良，將油壓從25MPa下降至20MPa所需的時間小于60s；一種密封性良好,油壓從25MPa降至20MPa所需時間大于60s，將它們分別裝入6105型柴油機高壓油泵進行測試。試驗表明，當出油閥密封性不良時，管路中的殘壓通常比出油閥密封性良好時每種相應轉(zhuǎn)速下的殘壓高0.3MPa以上,供油量每次減小3.2%左右,以標定工況噴油量14ml/200次計,則減少0.45ml/200次左右,從而影響了高壓管路的正常工作。若再加上減壓環(huán)帶密封性不良,供油量減小得更多,發(fā)動機功率明顯下降。3.2出油閥密封不良時，傳感器在壓力影響上止點的工作特性出油閥偶件密封不良，當柱塞下行時，高壓油管中的燃油會滲入泵油室；而在預行程和減壓行程，泵油室內(nèi)的燃油向高壓油管滲油，泵油室內(nèi)的燃油量減小，柱塞上移到克服出油閥彈簧的預緊力和高壓油管內(nèi)油壓而開始供油的時間就延長，即供油延遲。在出油閥處的壓力波形中壓力開始上升起點相對上止點角度若以出油閥密封性良好時的值為標準（由于將傳感器置于出油閥上，從出油閥開始供油，到傳感器感應到油液壓力需要一定時間，從測出的壓力波形中壓力開始上升起點相對上止點的角度要比供油提前角小）,則密封性不良時,該角度在低轉(zhuǎn)速時要比標準值小，表1是試驗結果。由表1可知,出油閥偶件密封性不良導致供油提前角減小。3.3高壓油管壓力高壓油管中油液壓力峰值Pmax與供油提前角、高壓油泵凸輪軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速等有較大的關系，出油閥偶件密封性差，則供油提前角會減小，供油量減小，高壓油管中油液壓力峰值要比密封性良好時要低。從表2可看出，高轉(zhuǎn)速時，高壓油管中油液滲漏較少，壓力峰值變化不大；發(fā)動機中速時，出油閥偶件密封性良好和密封性不良時的壓力峰值相差最大。但在噴油器端油液壓力峰值Pmax相差不大僅為0.03MPa，即出油閥密封性不良對油液壓力峰值的影響主要在出油閥處。3.4發(fā)動機轉(zhuǎn)速對壓力峰的影響正常情況下高壓油管壓力波形在同一轉(zhuǎn)速、同一點處的條件下僅隨時間而變化，從圖1可看出，轉(zhuǎn)速較低時，在噴油器端所測的壓力波形很直觀地反映了噴油器開啟、油壓峰值、出油閥將關閉時的壓力與時間的對應關系,在圖上形成山形的3個壓力尖峰。發(fā)動機轉(zhuǎn)速由800r/min到1000r/min時,柱塞回油速度加快，曲線就較為陡峭,第3個壓力尖峰消失,如圖3所示。當轉(zhuǎn)速達到1200r/min,減壓環(huán)帶進入導向孔的速度更快,第二個壓力尖峰的最大壓力明顯下降,峰值向第一個壓力尖峰轉(zhuǎn)移,如圖4所示。當出油閥密封性差時，由于滲漏，供油量減小，低轉(zhuǎn)速時高壓油管壓力上升至達到最大壓力值即峰值，于是到上止點的角度比出油閥密封性良好時最大要延遲5×10-5s，以發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1400r/min為例,則要延遲0.42°以上。如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1000～1400r/min，當壓力峰值明顯較慢地由第二個壓力尖峰向第一個壓力尖峰轉(zhuǎn)移時就能表明該缸出油閥密封性不良了如圖5所示。4出油閥偶件密封試驗方法出油閥偶件密封性不良數(shù)據(jù)是在密封性測試時間僅為2s時獲得的。從所得數(shù)據(jù)可知，出油閥偶件密封性不良，會使高壓油管壓力波形發(fā)生變化，殘壓增高，供油量減小，供油提前角減小，油液壓力峰值下降等，造成發(fā)動機功率下降，發(fā)生后燃等現(xiàn)象，影響了發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。如果我們給出一個標準的出油閥（密封性界于良與不良之間，如在噴油器試驗臺上將油壓從25MPa下降至20MPa所需的時間正好為60s），測定高壓管路壓力波形，以所得的殘壓、壓力峰