1. Consideraţii generale
Echipamentul de injecţie al motoarelor diesel este deosebit de complex, testarea şi reglarea acestuia necesitând utilaje adecvate şi muncitori cu o bună calificare. Pentru a mări precizia procesului de testare, a înlătura subiectivismul lucrătorului şi – nu în ultimul rând – a tipări un buletin ca rezultat al testării, a fost realizat un echipament electronic complex, dotat cu calculator compatibil IBM PC şi cu programele specializate corespunzătoare. Sistemul a fost utilizat pentru echiparea standurilor de centicubat pompe de injecţie. Echipamentul poate fi folosit atât pentru testarea pompelor de injecţie şi a variatoarelor automate de avans, cât şi pentru testarea injectoarelor.
Elementele de noutate introduse de sistem constau în faptul că standul de probă este echipat cu traductoare care permit: măsurarea cursei de cremalieră, măsurarea dinamică a momentului de injecţie (începutul injecţiei) şi măsurarea debitului. Toate măsurătorile se realizează automat de către PC, rezultatele fiind comparate cu datele din fişa de reglaj corespunzătoare dispozitivului testat şi introduse în buletinul de încercare.
2. Posibilităţi de testare automată a injectoarelor
Metoda de încercare a injectoarelor utilizată pe scară largă în România este reprezentată de un sistem manual în care calitatea procesului de pulverizare este apreciată de către un operator uman. Un dezavantaj major al metodei constă în faptul că procesul de verificare are o repetabilitate îndoielnică şi aceasta deoarece pomparea se face manual, iar testarea la o frecvenţă mai mare de două-trei injecţii pe secundă este practic imposibilă. Calitatea aprecierii depinde, în cea mai mare măsură, de experienţa operatorului şi de conştiinciozitatea acestuia pe parcursul verificării injectoarelor.
Realizarea unui sistem automat de apreciere a calităţii pulverizării are la bază observaţia potrivit căreia o parte din energia jetului de combustibil produs de injector induce vibraţii în momentul procesului de injecţie. Aceste vibraţii se transmit atât mediului în care are loc injecţia, cât şi injectorului şi conductei de înaltă presiune (figura 1).
Notaţiile corespunzătoare sunt:
1 – injector;
2 – conductă de înaltă presiune;
EC – energie cinetică;
ETS – energie de pulverizare;
EV – energia vibraţiilor.
În vederea studierii şi analizării vibraţiilor produse de injector, în cadrul departamentului de cercetare al firmei ROMCONVERT a fost conceput şi realizat un echipament electronic complex care are la bază un sistem automat de achiziţie de date în timp real. Prelucrarea semnalelor provenite de la traductoarele montate pe conductele de înaltă presiune, corespunzătoare injectoarelor testate, se realizează cu ajutorul unui PC, prin intermediul unui program specializat. Cercetarea s-a desfăşurat pe două planuri: experimental (în vederea stabilirii traductoarelor adecvate pentru separarea optimă a semnalului util de zgomotele însoţitoare) şi numeric (pentru determinarea unor metode cât mai relevante de prelucrare a semnalului util).
Problemele cele mai importante care au apărut pe parcursul încercărilor au fost dictate de frecvenţa mare de eşantionare necesară culegerii unui semnal relevant, cerinţa realizării unor filtre în vederea eliminării perturbaţiilor, necesitatea prelucrării într-un timp foarte scurt a unui volum mare de date corespunzătoare unei singure injecţii. Aceste probleme au impus utilizarea unui echipament foarte performant, atât în domeniul achiziţiei cât şi al prelucrării datelor.
3. Prezentarea rezultatelor
Utilizarea echipamentului prezentat mai sus a condus la obţinerea unor rezultate relevante privind capacitatea de testare electronică a injectoarelor. Pentru analiza numerică a semnalului captat de la injector au fost utilizate mai multe criterii, dintre care au apărut – ca fiind mai relevante – anvelopa semnalului şi transformata Fourier rapidă (FFT).
O problemă importantă a constituit-o găsirea unor criterii obiective de apreciare a calităţii funcţionării injectorului. Ţinând cont şi de modul în care se lucrează în domeniul producţiei şi testării, la fabricant, a echipamentelor de injecţie, în final s-a optat pentru realizarea comparaţiei cu o probă etalon pentru a se decide asupra bunei funcţionări a injectorului. Această soluţie implică realizarea unei baze de date care să includă caracteristicile corespunzătoare fiecărui tip de injector în parte.
În figurile 2, 3 şi 4 este prezentat grafic semnalul provenit de la un injector folosit drept probă etalon.
Figura 2 prezintă semnalul brut achiziţionat.
În figura 3 este reprezentată anvelopa corespunzătoare a semnalului recepţionat.
Figura 4 indică transformata Fourier rapidă.
În figurile 5, 6, 7 şi 8 sunt expuse aspecte relevante pentru probele a două injectoare – de acelaşi tip cu etalonul – care nu funcţionează corespunzător. Au fost alese două aspecte semnificative pentru criteriile folosite.
Figurile 5 şi 6 prezintă o situaţie des întâlnită în practică. Injectorul defect are acelaşi „zgomot” cu etalonul, astfel încât este aproape imposibil de depistat prin metoda clasică.
În diagrama din figura 5 este prezentată anvelopa corespunzătoare semnalului recepţionat de la injectorul testat.
În reprezentarea din figura 6 se observă clar diferenţa existentă între transformatele Fourier ale celor două semnale, analiza comparativă fiind făcută numeric. Decizia este luată de PC, ceea ce conduce la departajarea foarte fină a injectoarelor.
Acest tip de defect poate fi întâlnit la injectorele la care orificiile de pulverizare sunt decalibrate în urma funcţionării, sau la injectoarele noi care au abateri la execuţia găurilor de pulverizare.
Din diagrama prezentată în figura 7 se poate observa uşor că diferenţa între anvelopele semnalelor etalon şi test este mare.
La o primă vedere s-ar părea că transformatele Fourier ale celor două semnale aproape coincid (figura 8), decizia în acest caz fiind luată de PC.
Defectul acesta apare atunci când conul scaunului de aşezare sau cel al acului s-au uzat şi injectorul nu închide bine, de multe ori deficienţa ivindu-se şi la injectoarele noi.
Prin intermediul metodei prezentate s-a încercat şi testarea injectoarelor direct pe motorul diesel aflat în funcţiune. Rezultatele obţinute au constat în izolarea şi individualizarea vibraţiilor injectoarelor, analiza acestora indicând o apropiere semnificativă de cele prezentate anterior. În acest fel apare posibilitatea realizării unui tester care să poată fi utilizat direct pe motorul aflat în funcţiune.
4. Concluzii
Analiza câtorva sute de injectoare de diferite tipuri a demonstrat că metoda permite selectarea injectoarelor prin comparaţie cu un etalon al clasei respective. Cu cât valorile numerice ale criteriilor folosite sunt mai apropiate de valorile etalonului, cu atât mai mult injectorul se comportă ca şi etalonul. Rezultatele obţinute au arătat că există – pentru fiecare tip de injector – un prag al valorilor numerice care caracterizează o funcţionare defectuoasă.
Echipamentul tehnic folosit pentru testarea injectoarelor elimină subiectivismul operatorului în procesul de verificare. Testarea se desfăşoară dinamic, la diferite turaţii, astfel că este posibilă punerea în evidenţă a mult mai multor defecte decât prin intermediul metodei clasice.
Procesul de testare se evidenţiază prin parametri bine definiţi: debitul şi turaţiile corespunzătoare de încercare.
Sensibilitatea metodei este foarte ridicată, fiind posibilă şi testarea injectoarelor cu cameră redusă de acumulare (care prin metoda clasică de verificare nu permit audierea zgomotului specific de „rupere”).
Metoda a fost prezentată şi principalului producător român de injectoare, HIDROJET Breaza. Cu ajutorul ei au fost testate, gratuit, două loturi de injectoare din producţia pentru export. Deşi rezultatele obţinute au fost spectaculoase, colaborarea nu a mai continuat din raţiuni financiare.
Bibliografie:
Boncoi, J.; Turcoiu, T.: Cercetări experimentale privind influenţa toleranţelor de fabricaţie şi a geometriei elementului de refulare asupra neuniformităţii debitului la pompele de injecţie de mărime A, Construcţia de Maşini, 12, 1980.
Stockner, A. R.; Flinn, M. A.; Camplin, F. A. (Caterpillar Inc.): Development of the HEUI Fuel System-Integration of Design, Simulation, Test and Manufacturing, SAE Paper No. 930271, 1993.
Stockner, A. R.; Flinn, M. A.; Camplin, F. A. (Caterpillar Inc.): A New Direction for Diesel Engine Fuel System, SAE Paper No. 930270, 1993.
Chen, C.; Veshagh, A.: A Simple Unified Fuel Spray Model, SAE Paper No. 930923, 1993.
Russell, M. F.; Young, C. D.; Nicol, S. W.: Modulation of Injection Rate to Improve Direct Injection Diesel Engine Noise, SAE Paper No. 900349, 1992.
Neacşu, S.: Studiul fenomenelor tranzitorii din circuitul de înaltă presiune al echipamentului de injecţie, Teză de doctorat, Universitatea Petrol-Gaze, Ploieşti, 1997.
Neacşu, S.; Chiper, L.; Florea, T.: Cercetări experimentale privind posibilitatea testării electronice a calităţii procesului de pulverizare, Conferinţa Naţională de Termotehnică Piteşti, vol. I, pag. 263-269, Editura Universităţii Piteşti, mai 1998.
