燃油泵阀门启闭特性的研究与在线检测技术

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发布时间:2017年6月17日

在燃油泵系统方向控制阀门中,安全溢流阀的作用是防止供油管道中的油压过高,而单向阀的作用是在燃油泵停止工作时,使燃油管道中保持一定的油压,以便在发动机再次起动时能及时供油而易于启动。

    为了提高产品的可*性,确保设备的正常运行,必须正确地检测出阀门是否失效。长期以来,对阀门启闭特性的检测一直沿用六七十年代的传统方法——采用油液检测,并在测试过程中是以人工操作为主。用传统方法模拟燃油泵工作情况,需要在出油管道中充入油液,然后通过几天的时间来观察供油逆止阀的泄漏情况。这种检测系统结构复杂,很难满足生产自动化的要求。而且其检测精度低、人工工作量大、测试效率低,且产品检测完后,很难完全清洗还原。

    随着计算机技术的迅猛发展,使用计算机技术应用于液压测试技术已显示出测试精度高、测试速度快和人工工作量大大减少的优越性。前不久笔者特设计出一套燃油泵阀门启闭特性的在线检测系统,利用气路检测代替油液,不但解决了以前存在的问题,而且还可以正确地掌握阀门工作性能与状态。

   一、燃油泵阀门工作特性

    在任何工况下,燃油泵供给系统都必须给发动机提供所需的燃油量。燃油泵将燃油持续地从油箱中吸出,经过燃油滤清器、燃油分配器,送到电磁喷油器中。喷油器将燃油以精确的油量喷入发动机的进气道内。多余的燃油通过压力调节器回到油箱。

    燃油泵的单向阀主要用于防止燃油倒流,保持管路残余压力,以便发动机下次容易启动,并可防止由于温度较高所产生的油路气阻现象,影响发动机热启动性能。因此对单向阀性能的要求主要是:当油液通过单向阀流动时,阻力要小,也就是压力损失要小;而当油液反向流入时,阀口的密封性要好,无泄漏;工作时不应有振动、冲击和噪声等。

    当油泵输出压力超过额定值时,安全溢流阀会自动打开,高压燃油可回至油泵的进油室,并在油泵和电动机内循环,以此可以避免由于油路堵塞而引起管路油压过高造成管路破裂或燃油泵损坏等现象的发生。因而对溢流阀主要性能的要求是:调压范围大,调压偏差小,压力振摆小,动作灵敏,过流能力大,压力损失小和噪声小等。

    在阀的弹簧刚度和预压缩量一定时,溢流阀从开启到最大开口,以及从最大开口到闭合过程中的流量与压力之间的关系,称为溢流阀的启闭特性。其动态性能是指当系统压力突变而超过溢流阀的调定压力时,阀的压力变化和稳定过程。一般用压力超调量,升压时间和稳压时间来衡量。下面以浙江玉环长征汽车配件厂的燃油泵为对象,观察一下燃油阀门的工作情况。

    在12V的工作电压下,其额定流量Q=1L/min,冲开压力p=0.45Mpa~0.63Mpa。根据测试数据得到溢流阀启闭特性和溢流阀动态特性如图1和图2所示。

图1 溢流阀启闭特性

图2 溢流阀动态特性

    在工作过程中,单向阀开启性即流通性要好,能及时使管道中油液流通,且对密封性要求高,如果单向阀泄漏量超过了要求值,管道中没有足够存留的油液,会直接影响汽车的下一次发动。溢流阀的泄漏量是一项综合性性能指标,它反映了生产厂家的制造工艺和装配水平,其大小对溢流阀的静动态性能有明显地影响。溢流阀的开启压力和闭合压力随着其内泄漏量的增加而降低,使其启闭特性变差。

    二、测试系统工作台的设计

    1.测试系统原理

    整个检测系统部分由带出油口的端盖(工件),5个电磁阀门,一个负压发生器,一个传感器和气控三联件组成。如图3所示,电磁阀1是控制出油口处的单向阀,电磁阀2、3控制正压源,电磁阀4、5控制负压发生器,传感器始终检测工件内腔的压力。

图3 气路检测原理图

    在工件被定位和密封好的情况下,从工件底部采用电动调压阀加压,达到给定压力后,安全溢流阀开启,进行保压,计算机自动定时,保压过程中判断溢流阀的密封性。保压结束后,由计算机控制的电磁阀1卸压,单向阀开启。接下来是利用抽真空检测单向阀的密封性,改变传统的方法,用气路检测代替油液。理论中被测工件的阀门压力变化曲线图应如图4所示。

图4 检测阀门压力变化曲线

    2.测试系统工作台机械部分的设计

    测试系统的设计包括:机械夹具工作台的设计,气路检测系统的设计和系统控制电路的设计。这里主要介绍机械夹具工作台的设计。笔者以浙江台州玉环长征汽车配件厂的燃油泵为研究核心,在此基础上进行阀门启闭特性在线测试系统研究。

    设计合理的工作台,有以下几个需要特别注意的关键问题:

    (1)工件的定位。

    (2)汽缸的选取。工件*汽缸压紧后,再往工件内通正气压进行检测。所以要对工件所需的压紧力进行计算,满足测试装置的要求。汽缸选好后,我们才能对支撑汽缸的支架进行设计,确定几何尺寸并进行强度计算和可*性计算,提高在线检测系统运行的安全可*性。

    (3)设计中各个环节的密封问题。

    3.测试系统智能化

    大多数阀门生产厂家目前仍沿用人工利用油液方法测试,这种方法效率低、误差大,并且只能对静态性能作出测试,对动态试验往往无能为力。现代工业和科学技术不仅对元件的静态性能要求很高,而且对直接影响产品精度的动态特性也提出了愈来愈高的要求。系统台只有配备高速A/D转换装置及高精度计算机测试系统才能以规定精度测得元件的静态特性,也只有计算机测试系统才能较为准确地测得元件的动态性能,并对之进行分析处理,从中获取表征元件性能的有关信息,并为产品的设计提供依据。与手工测试手段相比,计算机辅助测试的优点是其具有强大的数据处理功能、较高的测试精度、可保证测量的实时性、防止人为误差、补偿传感器的非线性、实现整个测试过程的智能控制、严格控制试验条件,并提高试验效率等。

    测试系统控制图如图5所示,它包括:计算机、用于接收计算机输出的数字信号指令并向继电器模块输出模拟信号指令的I/O变换器、用于接收放大器模块的模拟信号并向计算机输出数字信号的A/D变换器、用于接收模拟信号并向汽缸输出控制信号的继电器模块、用于接收压力传感器输出的模拟信号并调节信号的放大器模块、用于检测燃油泵供油逆止阀的负压传感器,以及用于控制气路的各个电磁阀等。

图5 测试系统控制图

    其中A/D转换器、I/O转换器设置在计算机接口卡上,计算机接口卡设置在计算机主机内,计算机接口卡通过计算机的ISA接口与计算机连接;继电器模块、放大器模块、给负压传感器供电的电压源都安装在一块板上。

    在有信号后,压力传感器通过放大器模块将模拟信号放大,然后经I/O转换器转化成我们所需要的数字信号通过计算机显示。我们利用计算机,通过D/A转换信号来控制各个气路中的电磁阀,完全实现检测智能化。

   三、结束语

    正常工作时,单向阀的工作压力要低于单向阀的额定工作压力,单向阀的开启压力在满足系统要求的情况下应尽量低,以减小压力损失。溢流阀的调定压力不得超过液压系统的最高压力,溢流阀的最大流量要在其额定流量范围内。通过试验及实用电路分析表明,该测试系统工作可*,具有较高的测试精度和速度以及较强的数据处理能力。