Розробка методу прискореного діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі
Методи діагностування автомобільних дизелів з мікропроцесорним управлінням акумуляторними системами паливоподачі. Математична модель, що дозволяє розрахувати нормативні значення тиску палива в АСП та тиск при імітації зміни технічного стану її елементів.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.07.2015 |
| Размер файла | 81,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Харківський національний автомобільно-дорожній університет
УДК 629.3.017.5
Спеціальність 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
розробка методу прискореного діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі
Зенкін Євген Юрійович
Харків - 2010
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пойда Анатолій Миколайович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, професор кафедри технічної експлуатації та сервісу автомобілів.
Офіційні опоненти:
- доктор технічних наук, професор Полянський Олександр Сергійович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, професор кафедри технології машинобудування і ремонту машин;
- кандидат технічних наук, доцент, Тирловий Сергій Іванович, Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, доцент кафедри двигуни внутрішнього згоряння.
Захист відбудеться "26" травня 2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою 61002, м. Харків, вул. Петровського,25
Автореферат розісланий " 24 " квітня 2010 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.С. Наглюк
Анотації
Зенкін Є. Ю. Розробка методу прискореного діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2010.
Дисертація присвячена вдосконаленню методів діагностування автомобільних дизелів з мікропроцесорним управлінням акумуляторними системами паливоподачі (АСП). Систематизовано прогресивні напрями у визначенні технічного стану автомобільних дизелів, обгpунтована перспективна концепція прискореного діагностування, яка базується на аналізі результатів математичного моделювання, тестового та функціонального діагностування у єдиному комп'ютерно-інтегрованому інформаційному середовищі, до складу якого входять: математична модель, модуль збору даних L783 або UsbOscilloscope, пакет прикладних програм PowerGraph, системний сканер KTS 520, структурована база даних ESI-tronic.
Розроблено математичну модель як основний інструмент, що дозволяє розрахувати нормативні значення тиску палива в АСП та тиск при імітації зміни технічного стану її елементів. Наступне порівняння результату моделювання із результатом вимірювань тиску палива в АСП на дизелі дає змогу визначити вид технічного стану.
Експериментальні дані, що необхідні для ідентифікації розробленої математичної моделі та перевірки її адекватності, отримані на безмоторному стенді шляхом фізичного моделювання процесів у АСП з компонентами системи, яка діагностується. Запропонований метод перевірено на чотирьох автомобілях.
Ключові слова: автомобільний дизель, акумуляторна система паливоподачі, технічний стан, діагностування.
Зенкин Е.Ю. Разработка метода ускоренного диагностирования автомобильных дизелей с аккумуляторными системами топливоподачи. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт транспортных средств.- Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2010.
Диссертация посвящена усовершенствованию методов диагностирования автомобильных дизелей с микропроцессорным управлением аккумуляторными системами топливоподачи (АСТП). Систематизированы прогрессивные направления в определении технического состояния автомобильных дизелей, обоснована перспективная концепция ускоренного диагностирования, которая базируется на анализе результатов математического моделирования, тестового и функционального диагностирования в единой информационной среде компьютерного комплекса. В состав комплекса включены: имитационная модель АСТП, модуль сбора и обработки электрических сигналов, комплект прикладных программ PowerGraph, системный сканер блока управления дизеля, структурированная база данных ESI-tronic.
Ускоренный метод диагностирования автомобильных дизелей позволяет избежать лишних сложных операций демонтажа топливной аппаратуры с дизеля, когда в этом нет необходимости, способствует сокращению времени на выполнение диагностических процедур и улучшает диагностическое обеспечение автомобилей.
Для реализации предложенного подхода усовершенствована математическая модель, позволяющая рассчитать давление топлива в гидроаккумуляторе при имитации технического состояния элементов АСТП и ставить диагноз на основе сравнения результатов расчета с сигналом штатного датчика давления топлива, установленного в гидроаккумуляторе дизеля.
Обоснованы и выбраны информативные и доступные для измерений параметры, тесно связанные с техническим состоянием элементов системы и дизеля в целом. К ним относятся: давление топлива в аккумуляторе, скважность управляющих импульсов на регуляторе давления, сила тока в электромагнитах форсунок, частота вращения коленчатого и распределительного валов, расход топлива в контрольных точках.
Для получения экспериментальных данных, необходимых для идентификации разработанной математической модели, проведены испытания элементов аккумуляторной системы топливоподачи на безмоторном стенде. Электрогидравлическая форсунка оснащена индуктивным датчиком подъема иглы форсунки и пьезоэлектрическим датчиком давления топлива в подыгольном пространстве, что в сочетании с давлением топлива в аккумуляторе позволило воспроизвести рабочий процесс в форсунке. По результатам этих испытаний получены экспериментальные данные о запаздывании подъема иглы форсунки и продолжительности действительного впрыскивания по отношению к управляющему импульсу, подаваемому на электромагнит форсунки.
Для получения базы данных и проверки достоверности предложенного метода ускоренного диагностирования и его готовность для использования в диагностировании существующих и вводе в эксплуатацию разрабатываемых дизелей с аккумуляторными системами топливоподачи проведены моторные испытания на автомобилях Fiat Ducato 2,8 JTD, Mercedes Vito 2,2 CDI, Mercedes Vito 108 CDI, Renault Master 2,5 DCI.
Показано, что предложенный метод ускоренного диагностирования, основанный на анализе сигнала штатного датчика давления и скважности управляющих импульсов на регуляторе давления топлива, позволяет эффективно на режимах пуска и свободного ускорения дизеля определять наиболее распространенные неисправности в аккумуляторных системах топливоподачи. В ходе моторных испытаний были имитированы или обнаружены неисправности: отказ впускного клапана ТНВД или зависание плунжера; зависание иглы форсунки; заклинивание клапана электромагнита форсунки или регулятора давления топлива.
Ключевые слова: автомобильный дизель, аккумуляторная система топливоподачи, техническое состояние, диагностирование.
E. Zenkin. Development of accelerated diagnosing method of Diesel Engines with Common Rail . - Manuscript.
Dissertation for scientific degree competition for candidates degree of technical science on specialty 05.22.20 - operation and maintenance of vehicles. - Kharkov National Automobile and Highway University, Kharkov, 2010
The given dissertation deals with the improvement of diagnosing methods of automobile diesel engines with Common Rail microbased control. Progressive trends concerning diesel engines technical state determination are classified. The perspective concept of accelerated diagnosing which is based on the analysis of mathematical modeling results, testing and functional diagnosing in the uniform computer complex information environment is grounded. The complex comprises : a Common Rail imitation model, LCard L783 or USBOscilloscope II module for collecting and processing electric signals, a set of PowerGraph applications, system scanner of KTS-520 diesel engine control module, ESI-Tronic structured database.
The mathematical model as the main tool which allows to calculate the standard values of fuel pressure and deviations of fuel pressure at imitation of technical state change of fuel elements is developed. The follow up comparison of modeling results with the results of fuel pressure measuring in the diesel engine enables to trace the failure.
Experimental data necessary to identify the mathematical model developed and verifying its adequacy are obtained at the engineless stand by means of physical modeling processes in Common Rail elements. The offered method has been approved experimentally on four vehicles.
Key words: diesel engine, Common Rail, technical state, diagnosing.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. В Україні експлуатується значна кількість автомобілів, на яких встановлені дизелі з акумуляторними системами паливоподачі (АСП) та мікропроцесорним керуванням. Число автомобілів з АСП невпинно зростає, бо ці системи є найбільш перспективними, забезпечують високу економічність та низьку токсичність відпрацьованих газів (ВГ) і практично витісняють всі інші системи. Такі системи розробляються і в Україні. Але ще не напрацьовані ефективні методи функціонального діагностування і надто складним і дорогим є діагностичне обладнання. Розповсюджені в Україні методи та обладнання, що застосовуються в механічних системах, для акумуляторних систем не зовсім придатні через специфіку АСП та через те, що всередині АСП протікають процеси, збуджені одночасною дією кількох вузлів. Внаслідок природних процесів старіння та зношування вузлів під час експлуатації автомобілів змінюється технічний стан структурних підрозділів в АСП, накопичуються дефекти, які не виявляються й не усуваються своєчасно. Тому значна частина автомобілів експлуатується з ушкодженнями в системах паливоподачі, що викликає надмірні витрати палива, а рівень токсичності ВГ перевищує припустимі норми і шкодить довкіллю.
Підвищення ефективності діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі та мікропроцесорним керуванням є актуальним науково-практичним завданням, що і визначає значущість дисертаційного дослідження.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних робіт кафедри "Технічна експлуатація та сервіс автомобілів" Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (ХНАДУ), спрямованих на вдосконалення методів та апаратних засобів контролю технічного стану автомобілів. У тому числі науково-дослідна робота за договором про співпрацю між ХНАДУ та казенним підприємством "Харківське конструкторське бюро з двигунобудування" (КП ХКБД) з питань розробки, випробування та діагностування акумуляторних систем паливоподачі для транспортних дизелів.
Дослідження вирішує задачу поліпшення діагностичного забезпечення автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі, спрямоване на своєчасне виявлення та усунення несправностей, що в цілому сприяє підвищенню ефективності функціонування автомобілів.
Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розробка методу прискореного діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі, підгруддям для якого є комплексна оцінка діагностичних параметрів, визначених шляхом вимірювань та математичного моделювання у середовищі комп'ютерно-інтегрованого інструментарію.
Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:
- систематизація прогресивних напрямів у визначенні технічного стану автомобільних дизелів та обґрунтування перспективної концепції прискореного діагностування дизелів з акумуляторними системами паливоподачі;
- удосконалення математичної моделі, як інструменту для розрахунків нормативних значень тиску палива в акумуляторі та тиску палива при імітації технічного стану елементів системи, структурний аналіз паливних систем дизелів, обґрунтування і вибір інформативних i доступних для вимірювань параметрів;
- формування комп'ютерно-інтегрованого інструментарію, пристосованого для вирішення такого класу задач, з залученням сучасних програмно-апаратних засобів та створення єдиного інформаційного середовища для здійснення діагностичних процедур;
- Проведення розрахунків, стендових та моторних випробувань на автомобілях для ідентифікації та перевірки адекватності створеної математичної моделі, визначення комплексу показників для оцінювання технічного стану окремих елементів АСП, з'ясування ефективності запропонованого підходу та накопичення структурованої бази даних;
Об'єкт дослідження. Процес діагностування автомобільного дизеля з акумуляторною системою паливоподачі.
Предмет дослідження. Прискорене діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі, що базується на комплексній оцінці діагностичних параметрів, визначених шляхом вимірювань та математичного моделювання у середовищі комп'ютерно-інтегрованого інструментарію.
Методи дослідження. Математичне, фізичне та імітаційне моделювання застосовані при обґрунтуванні методу прискореного діагностування дизелів з акумуляторними системами паливоподачі. Метод матеріального балансу палива застосований при обґрунтуванні й виборі параметрів, які є інформаційною базою для діагностування акумуляторних систем паливоподачі. Методи стендових випробувань застосовані при моделюванні несправностей в акумуляторній системі паливоподачі. Цифрові методи реєстрації та обробки результатів застосовані при експериментальних дослідженнях.
Наукова новизна одержаних результатів:
- обґрунтована i реалізована перспективна концепція прискореного діагностування автомобільних дизелів з АСП, яка базується на комплексній оцінці діагностичних параметрів, визначених шляхом вимірювань та математичного моделювання у середовищі комп'ютерно-інтегрованого інструментарію;
- вперше встановлена залежність окремих ділянок сигналу штатного датчика тиску та скважності керуючого імпульсу на регуляторі тиску палива від технічного стану АСП та її елементів, що дало підставу обрати ці сигнали діагностичними параметрами і запропонувати визначення виду технічного стану АСП дизеля за формою та темпом зміни цих сигналів;
- отриманий результат, який свідчить про те, що при наявності несправностей уповільнюється темп зростання тиску в АСП та змінюється реакція системи керування скважністю імпульсів, тому найбільш сприятливими і інформативними при визначенні виду технічного стану АСП для запропонованого методу є режими пуску та вільного прискорення дизеля;
- запропонований комплекс показників для оцінювання технічного стану форсунок, паливного насосу високого тиску та регулятора тиску акумуляторної системи паливоподачі;
Практичне значення одержаних результатів. Математична модель як основний інструмент, що дозволяє розрахувати нормативні значення тиску палива в АСП та визначити тиск палива при імітації зміни технічного стану елементів системи. Комп'ютерно-інтегрований інструментарій, сформований на основі комп'ютера, розробленої математичної моделі, як ключової, та сучасних програмно-апаратних засобів, що забезпечують даними процеси моделювання та діагностування і створюють єдине інформаційне середовище. Результати дослідження, що отримані шляхом розрахунків, фізичного моделювання процесів у АСП на стенді та моторних випробувань дизелів на автомобілях, як складові частини структурованої бази даних.
Результати наукового дослідження впроваджені i використовуються у казенному підприємстві "Харківське конструкторське бюро з двигунобудування", у науково-дослідних і навчальних лабораторіях та у навчальному процесі ХНАДУ при підготовці студентів за фахом 7.0922058 "Автомобілі та автомобільне господарство", розроблений метод та обладнання для прискореного діагностування автомобільних дизелів впроваджені i використовуються на СТО "Дизельсервіс" ("Таіс" ЛТД) м. Харків.
Особистий внесок здобувача.
- висунуто наукове положення про доцільність застосування процедур тестового та функціонального діагностування ДВЗ з використанням імітаційного моделювання та комп'ютерно-інтегрованого інструментарію [1];
запропонована схема процесу діагностування паливного насоса, регулятора тиску, електрогідравлічних форсунок по швидкості зростання тиску та по зміні форми коливань тиску в акумуляторі[2,8];
удосконалена математична модель акумуляторної системи паливоподачі дизеля [2,3,4];
удосконалено метод оцінки технічного стану окремих елементів електрогідравлічної форсунки [6,7];
розроблено структурну схему комп'ютерно-інтегрованого інструментарію для вимірювання діагностичних параметрів, проведено калібрування датчиків, отримані їхні характеристики, визначена точність вимірювань [9];
проведено імітаційне моделювання несправностей в АСП, експериментально перевірено на автомобілях розроблений діагностичний комплекс, отримані експериментальні дані у формі осцилограм та накопичено структуровану базу даних акумуляторних систем паливоподачі дизелів[5,7,9].
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідалися та отримали схвалення: на науково-технічних конференціях: Міжнародна науково-технічна конференція "Технічні й економічні перспективи розвитку автотранспортного комплексу й дорожнього будівництва". Харків: ХНАДУ, 2005 р; XXXVII Науково-технічна конференція професорсько-викладацького состава, співробітників і студентів Вінницького національного технічного університету "Автомобілебудування. Експлуатація. Транспортний менеджмент". Вінниця: ВНТУ "Інститут машинобудування й транспорту", 2008 р; Науково-технічна конференція "4-е Луканинские чтения. Решение энергетических проблем в автотранспортном комплексе" Москва: МАДІ, 2009г; XIV Міжнародний конгрес двигунобудівників. Автономна Республіка Крим. Рибаче, 2009 р. Та на наукових конференціях професорського-викладацького складу ХНАДУ, 2008-2009.
Публікації. Результати дисертації опубліковано в 7-ми наукових працях що входять в перелік фахових виданнь ВАК України. 2-х збірниках тез доповідей на міжнародних конференціях.
Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, додатка. Повний обсяг дисертації становить 180 сторінок, із них 45 ілюстрації, 7 таблиць, додаток на 3х сторінках, 109 використаних літературних джерел на 12 сторінках.
Основний зміст роботи
У вступній частині наведена загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми і необхідність дослідження, сформульована його мета й основні завдання, визначено шляхи їх вирішення, надана інформація про наукову новизну, практичну значимість одержаних результатів, особистий внесок здобувача та їх впровадження.
У першому розділі проведено аналіз тенденцій розвитку акумуляторних систем паливоподачі автомобільних дизелів. АСП, як об'єкт діагностики, представлена сукупністю характерних вузлів, в яких обмежені можливості вимірювання інформативних параметрів. Але надто високий тиск всередині акумулятора та процеси, що протікають в ньому, збуджені одночасною дією кількох вузлів, викликають додаткові труднощі у з'ясуванні причин та місць виникаючих пошкоджень. Зазначено, що позитивним для АСП є наявність зворотного зв'язку через датчик тиску палива, сигнал якого можна використати в діагностичних цілях.
Проведено аналітичний огляд методів і засобів технічного діагностування, визначені їхні переваги й недоліки. порівняльна оцінка з світовими аналогами рівень автоматизації. Обґрунтовано можливість поліпшення методів діагностування.
У другому розділі розглянуто структуру і функції АСП, характерні несправності її компонентів та вплив характеристик паливоподачі дизеля на тягову силу Fm автомобіля, що відображено рівнянням
, (1)
де z - кількість працюючих форсунок, mfст - пропускна спроможність форсунки, Pa, Pц - тиск палива в акумуляторі та тиск газів у циліндрі дизеля,tyi- тривалість впорскування палива, m - кількість впорскувань за цикл, he - ефективний ККД дизеля, A - константа
, (2)
до складу якої включено: i - коефіцієнт тактності дизеля, i0, iкп, hтр - передавальні числа головної передачі та коробки передач, ККД трансмісії,rк - радіус кочення колеса, Hu, rт - нижча теплота згоряння та питома щільність палива.
Послідовне логарифмування (1), диференціювання та заміна безкінечно малих величин кінцевими дає рівняння впливу параметрів паливоподачі дизеля на тягову силу автомобіля
. (3)
Рівняння (3) свідчить, що відносна зміна тягової сили в основному залежить від параметрів паливоподачі. Адже крім ефективного ККД дизеля, який теж суттєво залежить від параметрів паливоподачі, на тягову силу Fm автомобіля впливає кількість працюючих і якість спрацьовування форсунок, тиск палива в акумуляторі та тривалість впорскування палива. Отже поява складової Dz/z пов'язана з відмовою форсунок: порушенням у ланцюзі живлення електромагніту, зависанням голки форсунки. Зміна пропускної спроможності форсунки Dmfст/mfст пов'язана з забрудненням отворів розпилювача або їх розмиванням. Відносна зміна тиску палива в акумуляторі DPa /Pa у процесі експлуатації залежить від багатьох факторів: технічного стану паливних насосів низького та високого тиску, прецизійних пар форсунок, регулятора тиску і є найбільш складною для діагностування. Якщо складова Dti /ti напряму залежить від роботи електронної системи керування дизеля і технічного стану датчиків, то всі інші складові рівняння (3) є наслідком впливу несправностей в АСП. З огляду на це проведено структурний аналіз усіх компонентів АСП, розглянуто характерні несправності для кожного з них.
На підставі аналізу несправностей вибірки багатьох автомобілів з дизельними двигунами встановлено, що найчастіше в АСП зустрічаються такі: зависання плунжера ПНВТ або відмова впускного клапана; зависання голки форсунки або електромагнітного клапана форсунки, забруднення отворів розпилювача або їх розмивання; зависання або перешкоджання руху електромагнітного клапана регулятора тиску. Більшість із цих несправностей можна визначити безпосередньо на автомобілі без демонтажу АСП.
У третьому розділі проведено імітаційне моделювання процесів у акумуляторних системах паливоподачі, та проведена розробка математичної моделі як основного інструменту, що дозволяє розрахувати нормативні значення тиску палива в акумуляторі та з'ясувати вплив технічного стану компонентів АСП на характеристики паливоподачі дизеля.
За основу при розробці математичної моделі прийняте відоме рівняння об'ємного балансу палива у системі з плунжерним насосом
, (4)
де mfn і cn - поперечний перетин і миттєва швидкість плунжера насосу,
еQ•dt - сума об'ємів палива, що одночасно витікають із системи;
Q - витрата палива; p і t - тиск і час; aт- коефіцієнт стиснення палива;
Vc - сумарний об'єм акумулятора і приєднаних до нього елементів.
Паливний насос високого тиску (ПНВТ) найчастіше має ексцентриковий привід, тому хід плунжера hn та швидкість плунжера кожної миті t для ексцентрикового кулачка визначаються із рівнянь
, , , (5)
де l, jк, nк - відповідно ексцентриситет, кут повороту та частота обертання кулачкового вала.
Сумарний об'єм з акумулятором утворюють елементи: трубопроводи Vтр, об'єми, що розташовані над клапанами в плунжерних секціях Vн, камери керуючого тиску Vк та внутрішні об'єми форсунок Vф. Прийнято припущення, що хвильові процеси та деформація деталей АСП відсутні або настільки малі, що їх зміна не впливає на технічний стан АСП. В кінцевому вигляді математична модель, що відображає гідродинамічні процеси в АСП з урахуванням прийнятих припущень, представляє систему звичайних диференційних рівнянь.
,
,
, (6)
,
,
; ,
де Pa, Pк, Рг - відповідно тиск в акумуляторі, камері керування та в об'ємі під голкою;hкф, hкрт, mкф, mкрт - хід клапана форсунки, хід клапана регулятора тиску та їх маси; d0 - початкові зазори якорів електромагнітів; скф, скрт - швидкість руху клапанів форсунки та регулятора тиску; fкф, fкрт - площа поперечного перетину цих клапанів, на котру діє тиск палива; Fпр.крт, Kкрт - сила пружини клапана регулятора тиску та її жорсткість; Fпр.кф, Kкф,- сила пружини клапана форсунки та її жорсткість; Kеф,Kерт - коефіцієнти, що враховують електроконструктивні характеристики електромагнітів клапанів форсунки та регулятора тиску; i - сила струму, q - скважність керуючих імпульсів.
Об'ємна швидкість палива Q, що входить у рівняння з різними індексами, обчислюється за відомим рівнянням
, (7)
де P1 - тиск палива в об'ємі, з якого воно витікає, P2 - тиск палива в об'ємі, в який воно вливається. Відповідно до цього в рівняннях застосовані ефективний поперечні перетини отворів, через які паливо витікає:
mfрф, mfкф - ефективний поперечний перетин отворів розпилювача форсунки, через котрий паливо впорскується в циліндр дизеля та перетин отвору керуючої камери форсунки, через котрий витікає паливо, що використовується для технологічних потреб керування голкою форсунки;
mfвф - сумарний ефективний поперечний перетин зазорів в прецизійних парах форсунки, через котрі витікає паливо;
mfрт - ефективний поперечний перетин отвору регулятора тиску, через котрий витікає збиткове паливо із акумулятора при установці контролером потрібного тиску на кожному режимі роботи дизеля.
На прикладі автомобіля Mercedes Vito 108 CDI були вибрані вихідні геометричні розміри плунжерних пар ПНВТ, голки та мультиплікатора форсунки, зазори в прецизійних парах та поперечний перетин отвору регулятора тиску і при початковому тиску 10 МПа проведені розрахунки тиску палива в акумуляторі за 540 градусів повороту кулачкового вала. Моделювали роботу системи у режимі пуску дизеля: 1 - з нормальними зазорами в прецизійних парах (2 мкм); 2- зношеними прецизійними парами (10 мкм); 3- відмову впускного клапана у секції 2 (секція не працює); 4 - зависання голки форсунки у верхньому положенні, при цьому припускали, що система закриє клапан регулятора тиску.
У розглянутих варіантах моделі застосовано найпростіші випадки несправностей, коли для моделювання процесів достатньо мати мінімум параметрів АСП. У цих варіантах відсутнє впорскування палива форсунками, а контролер системи керування не змінює скважність керуючих імпульсів на регуляторі тиску. Але саме так протікають процеси у системі у режимі пуску дизеля, поки тиск палива не досягне 18…20 МПа. Тому для більш ускладнених моделювань потрібна додаткова інформація.
На підставі попереднього математичного моделювання та структурного аналізу паливних систем дизелів обґрунтовані й вибрані інформативні і доступні для вимірювань параметри, які тісно пов'язані з технічним станом елементів системи та зміною показників автомобільного дизеля. Це тиск палива в акумуляторі, скважність керуючого імпульсу на РТП та керуючі сигнали на електромагнітах форсунок, без яких неможливо моделювати тривалість впорскування. Частота обертання колінчатого та розподільного валу потрібні для синхронізації процесу впорскування з робочим процесом дизеля. Нарешті, витрати палива у контрольних точках дають можливість діагностувати форсунки.
У четвертому розділі розглянуто задачі та етапи експериментального дослідження, яке підпорядковане вирішенню наступних задач:
- ідентифікувати математичну модель и перевірити її адекватність;
- перевірити інформативність електричного сигналу на виході штатного датчика тиску палива як діагностичного параметра;
- отримати кількісні характеристики зміни тиску палива в гідроакумуляторі при спрацюванні справних и несправних насосних секцій ПНВТ, форсунок, регулятора тиску палива;
- визначити найбільш раціональні режими роботи автомобільного дизеля при діагностуванні компонентів АСП;
- підтвердити правомірність запропонованих методів експрес-діагнозу гідравлічних вузлів АСП;
- накопичити експериментальний матеріал для розробки обґрунтованих практичних рекомендацій щодо експрес-діагностування компонентів АСП.
Наведена методика експериментального дослідження, вихідним положенням до якої покладено умову, що основні вузли системи CR - ПНВТ, ЕГФ, регулятор тиску палива (РТП) і датчик тиску палива підключені до гідроакумулятору, а керує процесом паливоподачі контролер, встановлюючи відповідну величину тиску в акумуляторі для кожного режиму роботи дизеля. При цьому виконавчою ланкою виступає РТП, а датчик тиску палива є інформаційним елементом у ланцюзі зворотного зв'язку контролера. Отже, процеси, що відбуваються в акумуляторі, взаємопов'язані, а датчик тиску у відповідній формі відображує результат дії кожного вузла, в тому числі і реакцію контролера на його сигнал. Цей факт необхідно враховувати при використанні сигналу датчика тиску для діагностування CR. Якщо записати сигнал штатного датчика тиску як функцію часу і, наприклад, сигнал датчика фази як синхросигнал для визначення періоду робочого циклу, а потім на осцилограмі тиску виділити ділянки, що відповідають спрацьовуванню плунжерів ПНВТ, ЕГФ и РТП, то можна оцінити технічний стан вузлів CR. При цьому важливо мати зразкову осцилограму, записану для аналогічної справної системи, забезпечивши сумісність осцилограм. Якщо зразкова осцилограма відсутня, то для співставлення можна скористатися результатами імітаційного моделювання. На підставі цих базових положень сформульовані вимоги до комп'ютерно-інтегрованого інструментарію, вибрані сучасні програмно-апаратні засоби, що забезпечують процеси моделювання та діагностування необхідними даними і створюють єдине інформаційне середовище. У їх числі: модуль збору даних L783 або UsbOscilloscope, пакет прикладних програм PowerGraph, системний сканер KTS 520, структурована база даних ESI-tronic. Наведено схеми комп'ютерних комплексів та технічні характеристики складових частин.
Для отримання експериментальних даних, які необхідні для ідентифікації розробленої математичної моделі, сформовано фізичну модель, що реалізується на безмоторному стенді. Наведено характеристики автомобільних двигунів, на яких проводили випробування. Це дизель 4ДТНА 2 розробки КП ХКБД та чотири автомобіля закордонного виробництва, на яких встановлені дизелі з АСП: Fiat Ducato 2,8 JTD; Mercedes Vito 2,2 CDI; SSanyong Rexton 2,7 XDi ; Renault Master 2,5 DCI.
Виконано оцінку точності системи збору даних, отримано формулу для оцінювання точності вимірювальних каналів
, (10)
де Pн - нормативне значення вимірюваного параметра, Р - поточне його значення.
У п'ятому розділі наведено результати розрахунково-експериментальних досліджень за прискореним методом діагностування автомобільних дизелів.
Фізичне моделювання процесів в АСП на безмоторному стенді виконується без штатного контролера з залученням спеціалізованого модуля керування форсунками та регулятором тиску (МКФР). Це дає змогу вмикати або вимикати окремі компоненти АСП і в чистому вигляді отримувати результат дії того чи іншого гідравлічного вузла
Натомісць циклова подача палива Qц суттєво залежить від тиску в акумуляторі та тривалості керуючого імпульсу. Стендові випробування надають можливість змінювати у широкому диапазоні незалежно тиск в акумуляторі та тривалість керуючого імпульсу на електромагніті форсунки, визначити залежність циклових подач палива від цих параметрів і накопичити базу даних, якою можна скористатися при діагностуванні АСП на автомобілях.
Крім того, при стендових випробуваннях з'являється можливість встановити на форсунку датчик руху голки, а на доопрацьованому розпилювачі форсунки розмістити датчик, що вимірює тиск палива під конусом голки.
За допомогою датчика у середовищі ВОК були записані осцилограми тиску палива під голкою перед розпилюючими отворами форсунки. При цьому за допомогою МКФР встановлювали постійну (1 мс) тривалість керуючого імпульсу на електромагніті форсунки, а зміною скважності імпульсів на РТП та положенням рейки ПНВТ встановлювали тиск в акумуляторі. автомобільний дизель паливоподача тиск
Отримані дані, свідчать про те, що з підвищенням тиску палива в гідроакумуляторі більш стрімко зростає тиск палива в під голкою форсунки та скорчується час запізнення голки форсунки, але в 2,5 рази зростає загальна тривалість впорскування палива при тій же тривалості керуючого імпульсу. Діаграми швидкості наростання тиску відображають швидкість руху голки форсунки, яка збільшується з підвищенням тиску в акумуляторі.
На підставі цих діаграм наведено параметри ЕГФ у таблиці 1.
Таблиця 1. Головні характеристики для ЕГФ
|
Тиск в акумуляторі, МПа |
Затримка наростання тиску під голкою, мс |
Сумарна тривалість упорскування, мс |
Зниження тиску в акумуляторі в період упорскування, МПа |
Максимальний тиск під голкою, МПа |
Максимальна швидкість наростання тиску під голкою, МПа/мс |
||
|
Позитивна |
Негативна |
||||||
|
19,7 |
0,69 |
1,27 |
19,5 |
15,4 |
0,567 |
-1,09 |
|
|
23,5 |
0,6 |
1,52 |
22,7 |
20,45 |
0,77 |
-1,4 |
|
|
29,7 |
0,48 |
1,65 |
29 |
29,8 |
1,2 |
-1,83 |
|
|
39,2 |
0,42 |
2,05 |
38,3 |
40,8 |
1,81 |
-2,31 |
|
|
48,1 |
0,38 |
2,17 |
46,9 |
49,9 |
2,36 |
-2,47 |
Розглянута фізична модель дозволяє виміряти тиск палива в паливному акумуляторі, підйом голки й тиск палива в об'ємі під голкою, циклову подачу палива Qц, витрату палива на технологічні потреби для керування голкою Qк й витоку через зазори в прецизійних частинах мультиплікатора й голки. Ці дані дозволяють виконати ідентифікацію математичної моделі АСП і перевірити її адекватність.
Запис при випробуваннях на стенді виконаний за допомогою датчиків, перерахованих вище, в інформаційному середовищі вимірювального комплексу, результати оброблені програмою PowerGraph, експортовані в Excel і представлені у відносних величинах, де поточне значення кожного параметра розділено на його максимальне значення. Максимальна сила струму становила 26 А, максимальний тиск палива в акумуляторі - 113 МПа, підйом голки форсунки - 0,29 мм. Для ідентифікації математичної моделі були використані дані про розміри компонентів АСП. Із результатів фізичного моделювання було взято силу струму та фазові характеристики процесів, що використовувалися як граничні умови, а саме: тривалість керуючого імпульсу, початок наростання тиску під голкою, початок та кінець руху голки.
Порівняння результатів фізичного та математичного моделювання дає підстави стверджувати, що математична модель адекватно описує процеси в АСП. Дійовість запропонованого методу й технічних засобів перевіряли на безпосередньо автомобілях. З'ясовували можливість виявлення несправностей у ПНВТ, регуляторі тиску та форсунці. Важливо скористатися впливом зворотного зв'язку в ланцюзі керування регулятором на тиск в акумуляторі. При зміні тиску в акумуляторі поза межами програми, контролер намагається компенсувати її зміною скважності керуючих імпульсів.
Несправності у ПНВТ моделювали шляхом відключення однієї секції насосу. За відсутності неполадок тиск в акумуляторі зростає жвавіше, а коливання скважності керуючих імпульсів відсутні. При відмові впускного клапану у насосі одна секція не працює. Контролер компенсує недостачу тиску зміною скважності керуючих імпульсів.
Результати підтверджують залежність окремих ділянок сигналу штатного датчика тиску та скважності керуючого імпульсу на РТП від технічного стану елементів АСП, що дало підставу обрати ці сигнали діагностичними параметрами.
Висновки
У дисертаційному дослідженні поставлена та вирішена науково-практична задача розробки методу прискореного діагностування автомобільних дизелів з акумуляторними системами паливоподачі на основі аналізу сигналу штатного датчика тиску та скважності керуючого імпульсу на регуляторі тиску палива. Вирішення цієї задачі забезпечено застосуванням перспективних підходів до функціонального діагностування ДВЗ, використанням імітаційного моделювання та комп'ютерно-інтегрованого інструментарію.
Вирішення задачі має важливе значення для експлуатації та ремонту засобів транспорту, бо дозволяє уникнути зайвих складних операцій демонтажу паливної апаратури з дизеля, коли в цьому немає потреби, сприяє скороченню часу на виконання діагностичних процедур та поліпшує діагностичне забезпечення автомобілів.
Рішення даної задачі дозволило одержати наступні результати:
1. Систематизовано прогресивні напрями у визначенні технічного стану автомобільних дизелів, обгpунтована перспективна концепція прискореного діагностування, яка базується на аналізі результатів математичного моделювання, тестового та функціонального діагностування у єдиному комп'ютерно-інтегрованому інформаційному середовищі.
2. Для реалізації запропонованого підходу розроблено математичну модель як основний інструмент, що дозволяє розрахувати нормативні значення тиску палива в АСП та тиск при імітації зміни технічного стану її елементів. Наступне порівняння результату моделювання із результатом вимірювань тиску палива в АСП на дизелі дає змогу визначити вид технічного стану.
3. Обґрунтовані й вибрані інформативні та доступні для вимірювань параметри, які тісно пов'язані з технічним станом елементів системи та зміною показників автомобільного дизеля: тиск палива в акумуляторі, скважність керуючого імпульсу на регуляторі тиску палива та керуючі сигнали на електромагнітах форсунок, витрати палива у контрольних точках, частота обертання колінчатого та розподільного валу. Вибір параметрів здійснено на підставі математичного моделювання та структурного аналізу паливних систем дизелів.
4. Комп'ютерно-інтегрований інструментарій, необхідний для прискореного діагностування дизелів з АСП, сформовано на основі комп'ютера, розробленої математичної моделі, як ключової, та сучасних програмно-апаратних засобів, що забезпечують даними процеси моделювання та діагностування і створюють єдине інформаційне середовище: модуль збору даних L783 або UsbOscilloscope, пакет прикладних програм PowerGraph, системний сканер KTS 520, структурована база даних ESI-tronic.
5. Експериментальні дані, які необхідні для ідентифікації розробленої математичної моделі, отримані на безмоторному стенді шляхом фізичного моделювання процесів у акумуляторній системі паливоподачі з форсунками та регулятором тиску палива фірми Bosch, що входять до складу системи паливоподачі Mercedes Vito 108 CDI.
6. Виконано розрахунки для перевірки адекватності розробленої математичної моделі, проведено моторні випробування на автомобілях для отримання бази даних та для перевірки достовірності запропонованого методу прискореного діагностування і його готовність для використання при діагностуванні існуючих та введенні в експлуатацію нових дизелів з АСП.
7. Доведено, що запропонований метод прискореного діагностування, заснований на аналізі сигналу штатного датчика тиску та скважності керуючого імпульсу на регуляторі тиску палива, забезпечує визначення майже всіх поширених несправностей в акумуляторних системах паливоподачі, а найбільш сприятливими є режими пуску та вільного прискорення дизеля.
8. Результати наукового дослідження впроваджені i використовуються у казенному підприємстві "Харківське конструкторське бюро з двигунобудування", у науково-дослідних і навчальних лабораторіях та у навчальному процесі ХНАДУ при підготовці студентів за фахом 7.0922058 "Автомобілі та автомобільне господарство".
9. Розроблений метод та обладнання для прискореного діагностування автомобільних дизелів впроваджені i використовуються на СТО "Дизельсервіс" ("Таіс" ЛТД) м. Харків.
Список опублікованих праць за темою дисертації
Зенкин Е.Ю. Диагностика в эксплуатации автомобильных дизелей с помощью ЭВМ / Е.Ю. Зенкин // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов,- Х., 2005. - Вып. 16. - С. 73-75.
Зенкин Е.Ю. Диагностирование неисправностей топливной аппаратуры системы Common Rail путём измерения расхода топлива в линиях слива / Зенкин Е.Ю. // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов,- Х., 2005. - Вып. 17. - С. 52-54.
Врублевский А.Н., Принцип организации использования топлива с помощью электрогидравлической форсунки / А.Н. Врублевский, Ф.И. Абрамчук, Е.Ю. Зенкин // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов,- Х., 2007. - Вып. 21. - С. 119-124.
Зенкин Е.Ю. Метод определения неравномерности срабатывания цилиндров дизеля в условиях электронной компенсации частоты вращения / Е.Ю. Зенкин // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов,- Х., 2008. - Вып. 22. - С. 102-108.
Пойда А.Н. Определение эксплуатационных показателей дизельной топливной аппаратуры по балансу расходов / А.Н. Пойда, А.Н. Врублевский, Е.Ю. Зенкин // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов, - Х., 2009. - Вып. 23. - С. 135-139.
Визначення закону керування електрогідравлічної форсунки /[ Врублевський А.М., Бородин Д.Ю., Герасименко В.В., Зенкiн Є.Ю. ] Науковий вісник будівництва. ХДТУБА ХОТВ АБУ. - Х., 2006, - №39. - С. 300 - 301.
Пойда А.Н. Анализ технического состояния топливной аппаратуры на основе колебаний давления топлива в гидроаккумуляторе / А.Н. Пойда, Е.Ю. Зенкин. // Двигатели внутреннего сгорания: Всеукр. научно-технический журнал. -Харьков: НТУ "ХПИ". - 2009. - Вып. 1. - С. 114-118.
Зенкін Є.Ю. Діагностування високого тиску в акумуляторної паливної апаратурі // Автомобілебудування. Експлуатація. Транспортний менеджмент: сб. доповідей XXXVII Науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, за участю співробітників та студентів університету за участю працівників науково-дослідницьких організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці / Є.Ю.Зенкін А.М. Пойда. - Вінниця ВНТУ "інститут машинобудування та транспорту", 2008р. - С. 47.
Пойда А.Н. Оценка процессов, протекающих в аккумуляторной топливной аппаратуре // 4-е Луканинские чтения. Решение энергетических проблем в автотранспортном комплексе: cб. докладов научно-технической конференции / А.Н. Пойда Е.Ю. Зенкин. - Москва: МАДИ, 2009г.- С.60-61.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Аналіз типових систем технічного обслуговування автомобілів, визначення їх періодичності. Розробка математичної моделі та алгоритму діагностування агрегатів і систем автомобіля. Оцінка фактичного рівня технічного стану та надійності конструкцій підвісок.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 21.04.2015Значення та місце діагностування машин в системі технічного обслуговування і ремонту техніки. Види діагностування та їх коротка характеристика. Суб'єктивні методи діагностики, широко вживані для попередньої оцінки полягання сільськогосподарської техніки.
реферат [45,6 K], добавлен 19.09.2010Чинники, що впливають на потужність і паливну економічність та методи діагностування двигунів. Визначення потужності дизеля за допомогою обладнання. Розрахунок витрати палива на холостому ходу та випробування тракторних дизелів гальмівним методом.
реферат [124,4 K], добавлен 19.09.2010Вибір засобів технічного діагностування (стенд, установка) в залежності від виду операції; форми організації технічного обслуговування і ремонту в господарстві та майстерні; рівня організації праці. Визначення тягово-силових характеристик тракторів.
реферат [1,8 M], добавлен 01.08.2011Розрахунок кількості і трудомісткості ремонтно-обслуговуючих робіт тракторів, автомобілів, комбайнів і інших машин. Розподіл ремонту і ТО за місцем їх виконання. Підбір устаткування поста технічного обслуговування. Процес діагностування паливного насосу.
курсовая работа [906,0 K], добавлен 29.05.2014Характеристика бази технічного обслуговування машино-тракторного парка сільськогосподарського підприємства. Розрахунок річного плану ТО і ремонтів тракторів. Вибір технологічного обладнання, приладів та інструментів для дільниці ТО і діагностування машин.
курсовая работа [814,1 K], добавлен 19.08.2014Засоби діагностування, їх класифікація за різними ознаками. Тип живлення, мобільність, вид індикації, місце проведення діагностичних операцій, ступінь локалізації несправності, функціональне наповнення. Засоби діагностування на борту автомобіля.
реферат [64,8 K], добавлен 25.09.2010Організаційна система тракторного парку сільськогосподарського підприємства. Технологія технічного обслуговування та діагностування системи охолодження двигуна ЯМЗ-236ДЗ. Розрахунок річних витрат на проведення технічних обслуговувань за тракторами.
курсовая работа [878,3 K], добавлен 20.12.2013Загальна будова системи мащення автомобіля. Функціональна та принципова схема роботи системи мащення дизелів типу СМД-60, будова та особливості роботи її елементів, технічне обслуговування, техніка безпеки. Принцип та опис вентиляції картера двигуна.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 15.09.2010Перелік обладнання та інструментів, необхідних для перевірки систем охолодження та мащення двигуна. Діагностування систем охолодження та мащення, ознаки та причини несправностей, способи їх виявлення та усунення. Дільниця діагностування систем двигуна.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 21.05.2010
