Анализ неисправностей карбюраторных и инжекторных бензиновых ДВС, идентифицируемых системой технической диагностики

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Анализ неисправностей карбюраторных и инжекторных бензиновых ДВС, идентифицируемых системой технической диагностики

А.А. Обозов

Проведен краткий анализ неисправностей современных карбюраторных и инжекторных двигателей с целью установления связи между отказами и параметрами рабочего процесса ДВС. Выявлено влияние неисправностей элементов цилиндропоршневой группы, топливной системы, газораспределительного механизма на параметры работы двигателя. По полученным зависимостям построена матрица неисправностей, в которой отклонения параметров рабочего процесса являются косвенными диагностическими признаками соответствующих неисправностей.

Ключевые слова: бензиновый двигатель внутреннего сгорания, система технической диагностики, неисправности ДВС, диагностические параметры, матрица неисправностей.

двигатель топливный карбюраторный неисправность

В комплексе вопросов, связанных с повышением эффективности использования автомобилей, одно из важных мест занимает увеличение эксплуатационной надёжности двигателей внутреннего сгорания.

Исследование конструктивных элементов бензиновых двигателей показывает, что наиболее частые отказы связаны с системами топливоподачи (форсунки, топливные насосы или карбюраторы), механизмами газораспределения и элементами цилиндропоршневой группы (ЦПГ) [1; 7; 13; 17]. В связи с этим актуальна диагностика двигателей внутреннего сгорания по параметрам рабочего процесса, что позволит осуществлять их эффективную и безаварийную эксплуатацию. Созданию системы технической диагностики и точности определения отказов способствует анализ неисправностей ДВС и причин, находящихся в их основе (табл. 1). Причины и последствия неисправностей подробно рассмотрены в работах [2 - 5; 6; 8; 9; 12; 16].

Таблица 1

Неисправности ДВС

Приведенные неисправности элементов систем двигателей внутреннего сгорания могут развиваться постепенно или возникать внезапно. Их появление приводит к повышенному расходу топлива, ухудшению распыливания топлива, снижению мощности, задержке сгорания, снижению давления вспышки, негативному влиянию на окружающую среду [10; 11; 15].

Для своевременного обнаружения отказов необходимо создание систем технической диагностики (СТД), которые осуществляют контроль рабочего процесса ДВС в режиме реального времени [18; 19]. Функционирование данных систем основано на сравнении результатов диагностического эксперимента с заранее известными эталонными значениями, включенными в базу данных СТД. Накопление в базе данных эталонных значений параметров, на основе которых в последующем становится возможным выполнение диагностических процедур, может осуществляться на начальном этапе эксплуатации исправного двигателя.

Приведём такой пример. Стабильная работа двигателя внутреннего сгорания характеризуется определенным изменением давления и температуры в системах двигателя, в частности в цилиндре [14]. График изменения давления в цилиндре в зависимости от угла поворота кривошипа содержит информацию о процессах, происходящих в цилиндре двигателя, системе топливоподачи, механизмах газораспределения. Программное обеспечение СТД должно обеспечивать возможность проведения параметрической диагностики рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания на основе расчёта индикаторных и регулировочных параметров (рис. 1).

Рис. 1. Параметры рабочего процесса ДВС, определяемые системой технической диагностики:

Pi - среднее индикаторное давление цикла; P'c , цP'c - давление и угол начала сгорания топлива; Pz , цPz - максимальное давление сгорания топлива и соответствующий угол поворота коленчатого вала за верхней мёртвой точкой (ВМТ); Pc - максимальное давление сжатия в цилиндре; б , цВП - угол опережения зажигания и угол впрыскивания топлива в цилиндр; цфi - угол задержки воспламенения топлива; - углы открытия и закрытия впускного клапана; - углы открытия и закрытия выпускного клапана

По виду графика, значениям давления можно судить о техническом состоянии двигателя и его систем. При возникновении неисправности двигателя значения параметров рабочего процесса отклоняются от нормальных значений и являются диагностическими признаками отказов деталей и систем. На рис. 2 показано, как изменяется давление в цилиндре в зависимости от износа первого поршневого кольца.

Как видно из рисунка, износ первого поршневого кольца вызывает снижение максимального давления в цилиндре Pz и давления сжатия Pc. При этом происходит неполное сгорание смеси. Но для точной идентификации неисправности необходимо вводить дополнительные параметры рабочего процесса, которые в совокупности будут однозначно характеризовать отказ определённой детали или системы двигателя. Представленный на рис. 3 пример определения слишком поздней подачи топлива показывает, что результатом этой неисправности является также снижение максимального давления в цилиндре Pz и давления сжатия Pc.

Рис. 4. Зависимость температуры головки цилиндра от неисправностей: 1 ? нормальное состояние 2 ? эрозия сопла; 3 ? сопло закрывается неплотно; 4 ? коксование форсунки (сопла)

Таким образом, для исключения возможности ошибочной идентификации неисправностей ДВС необходимо увеличение числа контролируемых параметров рабочего процесса. Например, неисправность первого поршневого кольца помимо снижения максимального давления в цилиндре Pz и давления сжатия Pc вызывает незначительное повышение температуры выпускных газов TГ, уменьшение угла начала видимого сгорания топлива цP'c. Напротив, слишком поздняя подача топлива в цилиндр характеризуется резким повышением температуры выпускных газов TГ и уменьшением угла задержки воспламенения цфi.

Приведём другой пример. Распределение температур в поршне, цилиндре, крышке при стационарном режиме работы является характерным для каждого двигателя [3]. Поэтому температура в определённых точках данных деталей также может рассматриваться в качестве диагностического параметра. Например, неисправности топливной аппаратуры инжекторных двигателей оказывают большое влияние на распределение температур в деталях, окружающих камеру сгорания. На рис. 4 показано, как изменяется температура в характерной точке головки цилиндра при появлении эрозии и коксовании сопла форсунки, а также в случае неплотного закрытия сопла (наблюдается подтекание топлива).

На основе выявленных взаимосвязей между наблюдаемыми изменениями параметров рабочего процесса, параметрами топливоподачи и неисправностями двигателей внутреннего сгорания формируется диагностическая матрица неисправностей (табл. 2). Диагностическая матрица (база правил) является вторым (наряду с базой данных) основополагающим алгоритмическим элементом системы технической диагностики. По сути, матрица является логическим правилом принятия решения и поиска неисправностей.

Проведенный анализ причин возникновения неисправностей по оцениваемым диагностическим признакам показал, что для создания базы правил, в соответствии с которыми осуществляется постановка диагноза, целесообразно использовать нечёткие оценки изменения параметров рабочего процесса в следующем виде:

v - значение параметра снижается;

0v - значение параметра снижается либо остаётся прежним;

0 - значение параметра остаётся прежним;

0^ - значение параметра возрастает либо остаётся прежним;

^ - значение параметра возрастает.

Таблица 2

Диагностическая матрица неисправностей

Из представленной матрицы видно, что определённый дефект двигателя внутреннего сгорания характеризуется изменением нескольких параметров рабочего процесса, что способствует повышению точности проводимой диагностики.

На основе проведенного анализа неисправностей и определения диагностических признаков соответствующих дефектов элементов и систем двигателя формируются база правил (матрица неисправностей) и база данных, которые будут являться основополагающими элементами проектируемой системы технической диагностики. Накопление данных рабочих процессов исправного и неисправного двигателей в совокупности с использованием элементов нечёткой логики в диагностической матрице позволит с высокой точностью выявлять возможные отказы на ранней стадии их возникновения.

Наряду с методами функциональной диагностики широко применяются методы тестовой диагностики, используемые в сервисных центрах [20 - 22]. Осциллограмма давления газов в цилиндре двигателя, работающего на холостом ходу, также является источником диагностической информации (рис. 5).

Осциллограмма отображает процесс изменения давления газов в цилиндре, по которому можно косвенно судить о работе механизма газораспределения, состоянии цилиндропоршневой группы. Состояние герметичности камеры сгорания можно проанализировать путём сравнения давлений в точках 1 и 6.

Даже в исправном двигателе при сжатии поршнем газов часть из них пройдёт через уплотнения цилиндра, вследствие чего давление в точке 1 относительно точки 6 несколько снизится. В то же время температура газов вырастет вследствие контакта с горячими стенками цилиндра, что приведет к росту давления. Поэтому у исправного двигателя давление в точке 6 должно быть приблизительно равно давлению в точке 1. Если же в цилиндре имеются серьезные механические дефекты (прогар клапана, разрушение кольца), то давление в точке 1 будет заметно ниже давления в точке 6 из-за значительной утечки сжимаемых в цилиндре газов. В рассматриваемом случае в исследуемом цилиндре двигателя явно прослеживается процесс нарушения герметичности камеры сгорания.

Рис. 6. Определение потери заряда по осциллограмме давления газов: Впуск - эталонное наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью; Впуск* - уменьшенное наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью

Отклонение приведенных характерных точек по оси абсцисс характеризует фазы газораспределения, что, в свою очередь, может отражать процесс наполнения цилиндра топливно-воздушной смесью. Смещение точки 6* относительно эталонного положения (точка 6) вправо (рис. 6) свидетельствует о некоторой потере заряда (поршень начинает движение к ВМТ, в то время как впускной клапан ещё открыт).

Процесс открытия выпускного клапана сопровождается плавным повышением давления. При эталонном рабочем процессе на таком участке осциллограммы не должно быть неровностей. Наличие «всплесков» свидетельствует о неисправности в механизме газораспределения (рис. 7).

Рис. 7. Определение неисправности в механизме газораспределения

Итак, на основе проведенного анализа неисправностей карбюраторных и инжекторных двигателей установлена связь между отказами и параметрами рабочего процесса ДВС. Определено влияние неисправностей элементов цилиндропоршневой группы, топливной системы, газораспределительного механизма на параметры работы двигателя. Своевременное выявление отклонений в параметрах рабочего процесса с помощью экспертной системы диагностики предоставит возможность определения потенциальных неисправностей на ранней стадии их возникновения. В свою очередь, это позволит проводить эффективную и безаварийную эксплуатацию двигателей внутреннего сгорания.

Список литературы

Гирявец, А.К. Теория управления автомобильным бензиновым двигателем / А.К. Гирявец. - М.: Стройиздат, 1997. - 173 с.

Говорущенко, Н.Я. Техническая эксплуатация автомобилей / Н.Я. Говорущенко. - Харьков: Высш. шк., 1984.- 312 с.

Григорьев, М.А. Износ и долговечность автомобильных двигателей / М.А. Григорьев, Н.Н. Пономарёв. - М.: Машиностроение, 1977.- 248 с.

Гурвич, И.Б. Долговечность автомобильных двигателей / И.Б. Гурвич. - М.: Машиностроение, 1967.- 103 с.

Гурвич, И.Б. Эксплуатационная надёжность автомобильных двигателей / И.Б. Гурвич, П.Э. Сыркин, В.И. Чумак.- М.: Транспорт, 1994.- 144 с.

Епифанов, Л.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей / Л.И. Епифанов, Е.А. Епифанова. - М.: ИНФРА-М, 2009.- 352 с.

Ждановский, Н.С. Надёжность и долговечность автотракторных двигателей / Н.С. Ждановский, А.В. Николаенко.- Л.: Колос, 1981.- 295 с.

Карагодин, В.И. Ремонт автомобилей и двигателей / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. - М.: Академия, 2003.- 496 с.

Карташевич, А.Н. Диагностирование автомобилей / А.Н. Карташевич, В.А. Белоусова, А.А. Рудашко, А.В. Новиков. - М.: ИНФРА-М, 2011.- 208 с.

Келер, К.А. Диагностика автомобильного двигателя / К.А. Келер. - Ужгород: Карпаты, 1977.- 160 с.

Крамаренко, Г.В. Техническая эксплуатация автомобилей / Г.В. Крамаренко. - М.: Транспорт, 1972.- 440 с.

Кузнецов, Е.С. Техническая эксплуатация автомобилей / Е.С. Кузнецов, А.П. Болдин, В.М. Власов. - М.: Наука, 2001.- 535 с.

Кульчицкий, А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей / А.Р. Кульчицкий. - М.: Акад. проект, 2004.- 400с.

Луканин, В.П. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн.1. Теория рабочих процессов / В.П. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян [и др.]; под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2005. - 479 с.

Мирошников, Л.В. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях / Л.В. Мирошников, А.П. Болдин, В.И. Пал. - М.: Транспорт, 1977.- 263 с.

Мишин, И.А. Долговечность двигателей / И.А. Мишин. - Л.: Машиностроение, 1976.- 268 с.

Румянцев, С.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей / С.И. Румянцев, А.Ф. Синельников, Ю.Л. Штоль. - М.: Машиностроение, 1989.- 272 с.

Сапожников, В.В. Основы технической диагностики / В.В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. - М.: Маршрут, 2004. -318 с.

Системы управления бензиновыми двигателями: [пер. с нем.]. - М.: За рулём, 2005.- 432 с.

Анализ осциллограмм давления в цилиндре. - http://www.quantexlab.ru/information/articledetail.php?SECTION_ID=233&ELEMENT_ID=1239.

Диагностика автомобиля. - http://www.ak-avto.ru/index/diagnostika_avtomobilya/0-19.

Диагностика двигателя внутреннего сгорания. - http://www.rammotors.ru/diagnostika_dvs/.

Размещено на Allbest.ru