Стендовое исследование пропускной способности воздушных фильтров автомобильных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

СТЕНДОВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ФИЛЬТРОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Пузаков А.В., кандидат технических наук

Оренбургский государственный университет

Основными функциями воздушных фильтров являются очистка впускаемого воздуха и подавление шума впуска двигателя. Еще одна функция - главным образом в сфере легковых автомобилей - состоит в подогреве впускаемого воздуха и регулировании температуры. Это регулирование очень важно для эксплуатационных свойств двигателя и состава отработавших газов.

Чтобы подчеркнуть эффективность и тем самым важность фильтрующего элемента, приведем краткий пример с цифрами: в зависимости от местности, погодных условий, состояния дороги и грунта, а также условий использования транспортного средства количество пыли на 1 м³ воздуха составляет от 1 до 10 мг.

На неутрамбованных дорогах или при работе на стройплощадках этот показатель может достигать даже 40 мг.

Если при этом исходить из того, что для полного сгорания одного литра топлива необходима одновременная подача примерно 14 кг воздуха (бензиновый двигатель), то можно представить себе, сколько частиц пыли должно быть при этом отфильтровано.

Вся эта пыль, смешиваясь с имеющимся смазочным маслом, создает абразивную массу, которая неизбежно влечет за собой значительный износ поршней, поршневых колец и рабочих поверхностей цилиндров.

В результате несвоевременной замены воздушных фильтров и увеличения сопротивления течения топливовоздушная смесь становится более богатой, что приводит к повышению уровня выбросов вредных веществ и снижению мощности двигателя [1, 2, 3, 4, 5].

Мелкая пыль, проходящая через фильтровальную бумагу, способствует образованию в двигателе осадка и может также оседать на сенсоре воздушных масс. Эта деталь находится на стороне чистого воздуха впускного фильтра и отвечает за дозировку топлива (растущий расход топлива).

В случае попадания частиц грязи в камеру сгорания снижается срок службы двигателя внутреннего сгорания, так как из-за повышенного абразивного эффекта изнашиваются подшипники скольжения, поршни, поршневые кольца и рабочие поверхности цилиндров.

Для проведения экспериментальных исследований пропускной способности воздушных фильтров автомобильных двигателей разработан специальный стенд, конструкция которого представлена на рисунках 1 и 2.

Отличительной особенностью стенда является приближённость к реальным условиям (обеспечивается штатным корпусом фильтра) и возможность регулирования воздушного потока (путем регулирования напряжения электродвигателя) [6].

Разработанный стенд позволяет проводить исследование пропускной способности как новых фильтров разных фирм-производителей, так фильтров с различной степенью загрязненности.

Основанием стенда является древесно-стружечная плита, на которой смонтирован блок управления (в корпусе автомобильной аптечки) и корпус воздушного фильтра автомобиля BMW. При помощи опорных пластин к корпусу фильтра прикреплен электродвигатель пылесоса, обеспечивающий необходимый расход воздуха. Подача питания к стенду осуществляется бытовым одноклавишным выключателем.

Рисунок 1 - Стенд для исследования пропускной способности воздушных фильтров (вид спереди)

Для осуществления измерений на блоке управления закреплен цифровой мультиметр, индицирующий напряжение с датчика давления воздуха, приемная часть которого с помощью полихлорвиниловой трубки связана с воздушным трактом непосредственно после воздушного фильтра.

1 - Корпус фильтра; 2 - Блок управления; 3 - Основание стенда; 4, 5 - Планка; 6 - Пластина; 7 - Уголок; 8 - Блок питания; 9 - Выключатель; 10 - Датчик абсолютного давления воздуха 45.3829; 11 - Мультиметр цифровой DT181; 12 - Фильтр воздушный SB 223; 13 - Щуп измерительный; 14 - Электродвигатель 052-ПС

Рисунок 2 - Стенд для исследования пропускной способности воздушных фильтров (вид сверху)

Для проведения экспериментальных исследований стенд подключается к сети 220 В, 50 Гц. Этим обеспечивается снабжение электродвигателя и блока питания, преобразующего 220 В в 5 В, необходимые для работы датчика абсолютного давления (давления воздуха). Создаваемое в процессе работы электродвигателя разрежение преобразуется датчиком давления воздуха в аналоговое значение выходного напряжения, которое индицирует дисплей цифрового мультиметра

А1 - блок питания; В1 - датчик абсолютного давления; HG1 - индикатор напряжения; М1 - электродвигатель; S1 - выключатель; Х1 - штепсельная вилка

Рисунок 3 - Электрическая схема стенда

Для имитации различной степени загрязненности воздушного фильтра на его поверхность наклеивалась клейкая лента, блокирующая часть воздушного потока (см. рисунок 4).

Для каждой степени блокирования (загрязненности) определялось напряжение датчика давления воздуха и перепад напряжения между исправным (новым) и загрязненным воздушным фильтром.

Рисунок 4 - Схема эксперимента

Результаты стендовых испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты определения выходного напряжения датчика давления воздуха

Графическое представление полученных зависимостей приведено на рисунке 5.

Рисунок 5 - Изменение напряжения датчика абсолютного давления при изменении пропускной способности воздушного фильтра

Используя данные таблицы 1 аналитическим способом построим зависимости перепада напряжения от степени загрязненности воздушного фильтра. Результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Зависимость перепада напряжения от степени загрязненности воздушного фильтра

Графическое представление полученных зависимостей приведено на рисунке 6.

Рисунок 6 - Определение загрязненности воздушного фильтра по величине перепада напряжения

Результаты экспериментальных исследований позволили установить взаимосвязь между удельным сопротивлением воздушного фильтра и выходным напряжением датчика давления воздуха. При изменении удельного сопротивления от 0 до 1 напряжение датчиков колебалось от 5,06 до 1,2 В.

Обработка результатов эксперимента показала, что удельное сопротивление воздушного фильтра по мере увеличения степени загрязненности изменяется практически линейно. Перепад напряжения между новым (исправным) воздушным фильтром и загрязненным может быть использован для определения необходимости замены фильтра независимо от величины пробега автомобиля, а значит предотвратить работу автомобиля со сниженной мощностью двигателя, а также с увеличенным расходом топлива и токсичностью отработавших газов. Кроме того, исключается повышенный износ двигателя, вызванный попаданием в него частиц пыли в связи с прорывом воздушного фильтра.

датчик фильтр воздух двигатель автомобиль

Список литературы

1. Ряднов, А.И. Стратегии технического обслуживания воздухоочистителя двигателя внутреннего сгорания / А.И. Ряднов, О.А. Федорова, В.А. Кочергин. - Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2017. - №1(45). - С. 226-234.

2. Ганошенко, Е.Н. Ресурсный потенциал отработанных автомобильных фильтров / Е.Н. Ганошенко, Ю.С. Голик, А.Г. Колтунов. - Sciences of europe. - 2016. - №5-2(5). - С. 72-77.

3. Прохорченко, Е.С. Результаты экспериментальных исследований изменения интенсивности засорения масляных (тонкой очистки) и воздушных фильтров автомобилей КАМАЗ в зависимости от сезонных условий эксплуатации / Е.С. Прохорченко // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин: материалы Международной научно-технической конференции. - Тюмень: ТИУ, 2009. - С. 275-281.

4. Бузин, В.А. Влияние температуры окружающего воздуха на интенсивность загрязнения воздушных фильтров автомобилей / В.А. Бузин // Опыт, актуальные проблемы и перспективы развития нефтегазового комплекса: материалы Международной научно-практической конференции обучающихся, аспирантов и ученых. - Тюмень: ТИУ, 2017. - С. 335-338.

5. Бузин, В.А. Оценка значимости сезонных изменений интенсивности загрязнения воздушных фильтров двигателей автомобилей КАМАЗ / В.А. Бузин // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы международной научно-технической конференции. - Тюмень: 2017. - С. 54-58.

6. Пузаков, А.В. Совершенствование лабораторной базы при изучении электрического и электронного оборудования автомобилей / А.В. Пузаков, А.М. Федотов // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно- методической конференции. - Оренбург: ОГУ, 2016. - С. 443-446.

Размещено на Allbest.ru