評定柴油實際抗磨性能的方法和臺架試驗裝置的製作方法

2023-05-08 23:58:21

專利名稱：：評定柴油實際抗磨性能的方法和臺架試驗裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於評定柴油的實際抗磨損性能的方法以及一種臺架試驗裝置。技術背景柴油發動機燃油供給系統是發動機的重要組成部分，供油系統工作不好，比如部件磨損，將導致供油不足、燃油霧化不良，從而引起發動機功率不足或怠速不穩、燃燒不完全等問題，直接影響發動機的動力性和經濟性。燃油供給系統工作好壞，與柴油抗磨潤滑性能密切相關。柴油抗磨潤滑性不好，將導致供油系統精密偶件過度磨損。柴油潤滑性不足導致的發動機供油系統磨損問題，在國際上早已引起關注。20世紀90年代初，西方國家強制性地減少柴油中的硫和芳烴含量，低硫、低芳烴柴油特別是超低硫柴油的生產，在加氫情況下，大量天然極性抗磨物質被除去，燃料潤滑性大大降低，使用低硫、超低硫柴油的發動機頻頻出現油泵磨損失效問題；此外，二戰以後，美國和北大西洋公約組織(NATO)提出並逐漸實施戰場單一燃料計劃，在19901991的"沙漠風暴/盾牌行動"中，美軍柴油發動機大量使用JetA-l燃料，導致較多噴射泵磨損失效。為防止和減少抗磨損性能不足的柴油用於發動機導致的高壓噴射系統非正常磨損，保障柴油發動機各種性能正常發揮，國內外廣泛開展了柴油潤滑性和實際抗磨損性能研究。在柴油潤滑性測試方法上，歐洲主要發展高頻往複試驗機法(見IS012156-1.DieselFuelAssessmentofLubricityUsingtheHighFrequencyReciprocatingRig[S])，而美國則主要將原本適用於評定噴氣燃料潤滑性的球-柱試驗機法發展成為評價低硫柴油抗粘著磨損的ASTM方法(見ASTMD5001.TestMethodforMeasurementofLubricityofAviationTurbineFuelbytheBallonCylinderLubricityEvaluator(1994)[S])。這兩種試驗方法已成為國際上廣泛採用的柴油潤滑性模擬評定方法。模擬評定柴油潤滑性存在局限，其評定結果是否反映柴油在實際使用中的抗磨潤滑性能，國外主要通過全尺寸發動機油泵試驗加以評定和判斷，根據長時間運轉後各部件磨損和噴油質量情況，判斷燃油潤滑性是否滿足機件抗磨潤滑要求。這類發動機試驗研究見SAETechnicalPaper2001-01-1928、SAETechnicalPaper961944、SAETechnicalPaper981363。這類試驗，以加拿大殼牌石油(ShellCanada)為例，試驗總運行時間576h，耗油4001。基本步驟為將待試油泵拆解，對其中某些部件(911個)稱重；按一定條件和程序進行噴油試驗，完畢後再次拆解油泵；根據油泵部件在噴油試驗前後的質量變化、有關部件(1114個)目視磨損分級情況(110)、油泵噴油量變化情況確定整個油泵磨損級別(0PR);最後，根據OPR評級情況判斷燃油在實際使用中的抗磨潤滑性能。這些臺架試驗的缺點在於(O程序煩瑣，測試項目太多，針對不同的發動機供油系統建立各自的臺架試驗，通用化程度低；(2)通過目視或稱重，誤差大，且評判標準不客觀。
發明內容針對現有的柴油實際抗磨性能評定方法存在的程序煩瑣、誤差大的問題，本發明的目的在於提供一種新的柴油實際抗磨性能的評定方法，這種方法易於操作，結果科學、客觀。本發明採用如下技術方案一種評定柴油實際抗磨性能的方法，利用柱塞式噴油泵將柴油通過噴油器噴入油箱，油箱內的油再通過所述柱塞式噴油泵和噴油器反覆循環，測定累計運轉一定時間後柱塞式噴油泵的柱塞偶件持壓秒數，利用運轉前後柱塞偶件持壓秒數的差值表徵柴油的實際抗磨性能。雖然從理論上來說判定噴油系統磨損及其磨損程度，可以通過檢測油泵精密偶件試驗前後的尺寸變化(包括圓度、圓柱度、錐度)、質量損失、偶件性能變化以及噴油霧化質量、噴油量變化等參數綜合起來作為單次柴油試驗情況下的高壓燃油噴射系統磨損情況表徵。但通過大量試驗表明，噴油量和噴油器開啟壓力數據，因測試方法過於粗糙和精度不夠，不能準確反映油泵磨損；偶件(柱塞、出油闊、噴油嘴)幾何尺寸和形位公差以及偶件質量變化情況這些數據非常離散，與油泵磨損沒有對應關係，不能用於評估油泵磨損，因為，油泵磨損情況不足以體現在偶件幾何尺寸和形位公差變化上面，再則質量稱重等測試誤差足以掩蓋試驗柴油潤滑性差異所導致的磨損程度差異；出油閥偶件和噴油嘴偶件性能檢測，系採用氣體進行偶件間隙檢測(即一定壓力下，測試氣體流速流量，單位mL/min)，另外配合出油閥偶件密封性檢測(定性)和噴油嘴座面密封性檢測(定性)、霧化情況(定性)判斷偶件工作性能並反映油泵工作狀態良好與否，由於檢測技術和原理等因素，這些數據也很離散，因此，出油閥偶件和噴油嘴偶件間隙變化不能正確反映油泵磨損程度，或者說，油泵磨損不能充分有效的體現在這類指標上。柱塞式噴油泵依靠凸輪軸頂動柱塞建立高壓，因此，最容易磨損的偶件是柱塞。發明人通過大量試驗分析表明，柴油機油泵長時間運轉後高壓噴射系統的磨損及其磨損程度，主要通過並可以通過精密偶件-柱塞的磨損得以量化體現；柱塞磨損及其磨損程度，可以用柱塞偶件在試驗前後的密封性變化，即柱塞偶件持壓秒數差值來表徵。柱塞偶件性能檢測按JB/T7173.2-93進行(1)試驗條件試驗油為柴油和機油的混合油，良好過濾並符合GB252規定的0號輕柴油，20。C時其運動粘度為10.2~10.7cst;環境溫度20士rC;壓力顯示裝置量程040Mpa、精度土0.1Mpa;進氣壓力0.2~0.5Mpa的壓縮空氣；(2)採用等壓試驗方法測試柱塞偶件徑部密封性，即試驗時將柱塞套密封端面堵死，柱塞上部空間的壓力為20士0.3Mpa，觀察並記錄在該壓力下，柱塞偶件進入柱塞套並達到密封端面所經歷的時間(秒數)-持壓秒數。發明人還對臺架試驗中柱塞密封性下降值與柴油潤滑性關係進行試驗研究，結果表明柱塞密封性下降值與試驗柴油潤滑性相關性極好，相關係數高達0.92。根據機械行業分析認為，當柱塞泵的柱塞偶件密封性下降30%時，已到使用極限，需要更換新柱塞偶件。因為柱塞密封性下降，必然導致噴油量下降，即傳統意義上的供油不足；下降30%，油泵已完全不能正常供油，嚴重影響發動機性能。這與國外全尺寸油泵試驗將泵評級(1一10級)中的7級以上定為不可接受比較一致。而將柱塞密封性下降10%作為臺架試驗合格的最高限值，即相比於國外全尺寸油泵試驗OPR評級中的4級，是科學合理的。試驗裝置用柴油機柱塞偶件密封性要求值9~22秒，按平均值15秒計，下降率10%，即試驗後柱塞(密封性)持壓秒數下降不得超過1.5秒。因此，臺架試驗合格判據是檢測試驗前後柱塞偶件的密封性變化情況，要求試驗後柱塞(密封性)持壓秒數下降不得超過1.5秒。本發明還提供了一種評定柴油實際抗磨性能的臺架試驗裝置，包括被動力裝置驅動的柱塞式噴油泵和油箱，柱塞式噴油泵的出油閥通過油管連接油箱上安裝的噴油器用於向油箱噴入霧化柴油，油箱通過循環油路與所述的柱塞式噴油泵的油入口連接以使柴油循環；還包括用於測定柱塞式噴油泵運轉時間的計時器。所述的動力裝置可以採用由變頻器控制的電機，以準確控制柱塞式噴油泵的轉速。所述的計時器可以採用外電源式時鐘，與變頻器均接在電源上，變頻器通電運轉時外電源式時鐘同時開始計時，外電源斷開電機停轉時時鐘同步斷電停止，可以同步記錄臺架試驗裝置的累積運轉時間。本發明的這種臺架試驗裝置，與現有的採用全尺寸發動機相比，結構簡單成本更低，且易於操作，通用性好，結果更客觀、可靠。圖1為本發明的評定柴油實際抗磨性能的臺架試驗裝置的原理圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的評定柴油實際抗磨性能的臺架試驗裝置和方法進一步說明，以助於理解本發明的內容。臺架試驗裝置如圖1所示，柱塞式噴油泵通過聯軸器被電機驅動，柱塞式噴油泵通過高壓油管連接裝在油箱上向油箱噴入霧化柴油的噴油器，油箱通過循環油管與柱塞式噴油泵的入口相連。電機通過變頻器及控制系統控制轉速，外電源式時鐘與變頻器均與外電源連接，外電源用於提供驅動能量。其工作原理是在變頻器作用下，50Hz交流電源經頻率調整後驅動電機，使電機可以按需要的轉速運轉；電機輸出動力，經聯軸器輸轉，帶動柱塞式噴油泵的凸輪軸以一定轉速運轉；在凸輪軸驅動作用下，柱塞式噴油泵的低壓油路系統吸入柴油，吸入柴油經柱塞建立高壓，高壓燃油達到一定壓力後打開出油閥，並經出油閥調整後，通過高壓油管進入噴油器；噴油器針閥偶件在高壓燃油作用下，經噴油孔將霧化細碎燃油噴入油箱；噴出燃油經自然匯聚和液化後循環使用；外電源式時鐘同步記錄累計運轉時間。評定柴油實際抗磨性能的方法為由電機經變頻器調整後以一定轉速帶動油泵凸輪軸運轉，燃油經工作中的柱塞式噴油泵高壓部件(柱塞偶件、出油閥偶件、噴油嘴偶件)作用，形成高能的霧化、細碎的燃油顆粒噴入密閉油箱中，自然匯聚並液化後循環使用。為簡化和標準化試驗，電機帶動柱塞式噴油泵以570r/min運轉(相當於額定轉速)，調速器相對固定在額定供油位置，油箱中初始循環用油為701並按損耗及時補加。試驗期間，要求環境溫度保持在25±5°C，累計運行時間為750小時(由與變頻器並聯的外電源式時鐘同步記錄該時間)。試驗結束後，通過判斷油泵磨損及其磨損程度，判定柴油的實際抗磨損性能是否滿足高壓油泵噴射系統實際抗磨損需求。柱塞偶件性能檢測按JB/T7173.2-93進行，分別測定試驗前和試驗後柱塞偶件持壓秒數，利用持壓表數的差值不超過1.5s作為判定柴油抗磨性能合格的標準。下面以不同的柴油作為試樣，結合具體實施例進行說明。實施例1:採用勝利煉油廠-10#柴油，其硫含量為0.169%，HFRR評定柴油潤滑性值為521/mi。採用上述試驗裝置和方法條件進行750小時臺架試驗，即油泵在電機帶動下以570r/min運轉，調速器相對固定，初始循環用油701，試驗期間環境溫度保持在25±5°C。試驗前後油泵噴油霧化情況見表l、針閥偶件形貌變化見表2、偶件質量損失情況見表3、偶件性能變化如表4。表1臺架試驗後油泵噴油霧化情況tableseeoriginaldocumentpage9表2臺架試驗前後針閥偶件形貌分析tableseeoriginaldocumentpage10表3臺架試驗前後各偶件質量及損失情況(單位g)tableseeoriginaldocumentpage10表4臺架試驗前後偶件性能對比tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11由上述750小時臺架試驗後數據分析可見，油泵系統的磨損和磨損程度，通過油泵噴油霧化情況、偶件形貌變化、偶件質量損失以及噴油嘴偶件和出油閥偶件性能變化均不能很好體現；油泵系統的磨損和磨損程度，主要通過並可以通過精密偶件-柱塞在試驗前後的密封性變化來表徵。臺架試驗結果表明，經HFRR評定的潤滑性為521/mi的該柴油，試驗後柱塞偶件持壓秒數下降1.675秒，其實際抗磨損性能較差，不能滿足高壓噴射系統的實際抗磨損要求。實施例2(1)試驗油料勝利煉油廠加氫柴油組分，硫含量為0.004%，HFRR修正磨斑值為560/xm(2)試驗後，柱塞偶件徑部密封性下降值(持壓秒數下降值)為3.675秒，其實際抗磨損性能較差，不能滿足高壓噴射系統的實際抗磨損要求。(1)試驗油料茂名煉油廠柴油，硫含量為0.061%，HFRR修正磨斑值為422Mm(2)試驗後，柱塞偶件徑部密封性下降值(持壓秒數下降值)為0.55秒，其實際抗磨損性能較好，滿足高壓噴射系統的實際抗磨損要求。實施例4(1)試驗油料-50#柴油，硫含量為0.0318%，HFRR修正磨斑值為471/rni(2)試驗後，柱塞偶件徑部密封性下降值(持壓秒數下降值)為1.23秒，其實際抗磨損性能較好，滿足高壓噴射系統的實際抗磨損要求。試驗結果表明經本發明所述的臺架試驗後，持壓秒數下降值(磨損程度)與試驗柴油潤滑性的相關性極好，能夠很好的表徵柴油的實際抗磨能力。柴油潤滑性差，則高壓噴射系統(柱塞)磨損嚴重，柱塞偶件持壓秒數下降大，表徵該柴油實際抗磨性能差；柴油潤滑性較好，則高壓噴射系統(柱塞)磨損較輕，持壓秒數下降小，表徵該柴油實際抗磨性能好。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。權利要求1、一種評定柴油實際抗磨性能的方法，其特徵在於利用柱塞式噴油泵將柴油通過噴油器噴入油箱，油箱內的油再通過所述柱塞式噴油泵和噴油器反覆循環，測定累計運轉一定時間後柱塞式噴油泵的柱塞偶件持壓秒數，利用運轉前後柱塞偶件持壓秒數的差值表徵柴油的實際抗磨性能。2、如權利要求1所述的評定柴油實際抗磨性能的方法，其特徵在於控制所述柱塞式噴油泵的轉速為570r/min，油箱中初始循環用油為701，累計運轉時間為750h，以試驗後柱塞偶件持壓秒數下降不超過1.5s作為柴油抗磨性能合格的判定標準。3、一種用於權利要求1所述的評定柴油實際抗磨性能的臺架試驗裝置，其特徵在於包括被動力裝置驅動的柱塞式噴油泵和油箱，柱塞式噴油泵的出油閥通過高壓油管連接油箱上安裝的噴油器，用於向油箱噴入霧化細碎的柴油，油箱通過循環油路與所述的柱塞式噴油泵的油入口連接以使柴油循環；還包括用於測定柱塞式噴油泵運轉時間的計時器。4、如權利要求3所述的臺架試驗裝置，其特徵在於所述的動力裝置採用由變頻器控制的電機。5、如權利要求4所述的臺架試驗裝置，其特徵在於所述的計時器採用外電源式時鐘，與所述的變頻器均連接在電源上。全文摘要本發明公開了一種評定柴油實際抗磨性能的方法，利用柱塞式噴油泵將柴油通過噴油器噴入油箱，油箱內的油再通過所述柱塞式噴油泵和噴油器反覆循環，測定累計運轉一定時間後柱塞式噴油泵的柱塞偶件持壓秒數，利用運轉前後柱塞偶件持壓秒數的差值表徵柴油的實際抗磨性能。還公開了一種臺架試驗裝置，主要包括被動力裝置驅動的柱塞式噴油泵和油箱，油箱通過循環油路與所述的柱塞式噴油泵的油入口連接；還包括用於測定運轉時間的計時器。這種方法操作簡便且能夠很好的表徵柴油的實際抗磨性能。文檔編號G01N33/26GK101226185SQ200810008278公開日2008年7月23日申請日期2008年2月18日優先權日2008年2月18日發明者昆王,胡澤祥,高永建申請人:胡澤祥