Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 9
1.1. Народнохозяйственное значение проблемы 9
1.2. Обзор исследований надежности элементов систем зажигания автомобилей 13
1.3. Анализ методов диагностирования искровых свечей зажигания 26
1.4. Анализ методов разработки нормативов технической эксплуатации элементов электрооборудования автомобилей 41
Выводы по 1 главе 46
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
2.1. Сбор и анализ информации о надежности, вычисление законов распределения наработок на отказ (до отказа) 48
2.2. Закономерности температурных изменений электрических свойств нагара, образующегося на тепловом конусе искровой свечи зажигания 57
2.3. Ранжирование факторов, влияющих на нагарооб-разование 62
2.4. Определение экстремального режима работы искровых свечей зажигания на двигателе 75
2.4.1. Разработка математической модели системы зажигания 75
2.4.2. Численные эксперименты 86
Выводы по 2 главе 93
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 94
3.1. Эксплуатационные исследования надежности элементов систем зажигания автомобилей 94
3.2. Лабораторные исследования электрических свойств mнагаров на тепловых конусах искровых свечей зажигания 104
3.2.1. Методика лабораторных исследований 104
3.2.2. Результаты лабораторных исследований 107
3.3. Лабораторные исследования влияния шунтирования искрового промежутка искровой свечи зажигания mна протекание рабочего процесса двигателя 111
Выводы по 3 главе 129
4. МЕТОДИКА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И НОРМАТИВЫ ТО ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ 131
4.1. Алгоритм диагностирования системы зажигания автомобиля с учетом сведений о надежности ее элементов 131
4.1.1. Методика разработки алгоритма диагностирования системы зажигания 131
4.1.2. Пример разработки алгоритма диагностирования системы зажигания автомобиля ВАЗ-21051...134
4.2. Нормативы технической эксплуатации искровых свечей зажигания 148
4.3. Оценка технико-экономической эффективности предлагаемой системы технической эксплуатации..152
Выводы по 4 главе 154
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 155
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 156
ПРИЛОЖЕНИЯ 170
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
- Народнохозяйственное значение проблемы
- Сбор и анализ информации о надежности, вычисление законов распределения наработок на отказ (до отказа)
- Эксплуатационные исследования надежности элементов систем зажигания автомобилей
- Алгоритм диагностирования системы зажигания автомобиля с учетом сведений о надежности ее элементов
Введение к работе
В последние годы во всем мире характерной проблемой стало повышение цен на энергоресурсы, которое, как следует ожидать, и в дальнейшем будет продолжаться в связи с истощением запасов нефти. Не менее серьезно в настоящее время стоит вопрос охраны окружающей среды. Ему уделяется все большее внимание в развитых промышленных странах, во многих из которых приняты правительственные программы, ужесточающие требования к экологической чистоте автомобильного транспорта.
Поддержание автомобильного двигателя в состоянии, отвечающем современным экологическим нормам, делает актуальным оперативное и достоверное диагностирование элементов системы зажигания (СЗ), от состояния которой в значительной степени зависят экономические и экологические показатели двигателя.
Наименее надежным элементом СЗ являются искровые свечи зажигания (ИСЗ), требующие замены несколько раз за период эксплуатации. Поэтому они нуждаются в особенно частом и тщательном диагностировании. Для этого требуются простые способы диагностирования с малой трудоемкостью и дешевым компактным оборудованием, которое может быть использовано в частности, в системах бортового контроля и диагностирования.
Кроме того, очень важно проводить диагностирование, техническое обслуживание (ТО) и ремонт (замену) элементов СЗ с оптимальной периодичностью, для установления которой требуется исследование их эксплуатационной надежности.
Поэтому актуальной научной проблемой, имеющей в настоящее время теоретический и практический интерес, является исследо- - 7 -вание методов диагностирования и надежности элементов СЗ бензиновых автомобильных двигателей, особенно ИСЗ.
Настоящая работа выполнена в 1991...94 гг. на кафедре "Электротехника и электрооборудование" Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета) . Часть лабораторных экспериментов проведена в лабораториях кафедры "Транспортные- двигатели" МГАДИ (ТУ). Эксплуатационные исследования проводились на Станции диагностики N 1 Управления ГАИ г. Москвы.
Целью работы является разработка нормативов технической эксплуатации и методов диагностирования элементов СЗ автомобильных двигателей.
Научная новизна работы заключается в следующем: получены законы распределения наработок до отказа элементов СЗ автомобилей ВАЗ; получена зависимость сопротивления нагара на тепловом конусе ИСЗ от температуры при работе двигателя на неэтилированном бензине Аи-93; установлен режим работы двигателя, критичный к состоянию ИСЗ; количественно исследовано влияние наличия тетраэтил-свинца (ТЭС) в топливе на образование нагара на тепловом конусе ИСЗ.
Практическая ценность работы заключается в разработке метода диагностирования ИСЗ без их демонтажа с автомобиля и методики расчета нормативов их технической эксплуатации.
Реализация результатов исследований. Результаты работы реализованы в виде методических рекомендаций и технических требований на устройство для диагностирования ИСЗ на пред- - 8 -приятии в/ч 33971, а также в нормативах технической эксплуатации ИСЗ для автомобилей ВАЗ и ЗИЛ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 51-й и 52-й научно-исследовательских конференциях МАДИ и 24-й научно-методической конференции РВВАИУ (г. Рязань).
На зашиту выносятся: законы распределения наработок до отказа элементов СЗ; методика диагностирования ИСЗ без демонтажа с двигателя; методика расчета нормативов технической эксплуатации ИСЗ;
Публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 146 наименований и приложений. Содержит 204 страницы, в том числе 119 страниц машинописного текста, 36 страниц рисунков и таблиц, а также 3 приложения.
Народнохозяйственное значение проблемы
Одним из аспектов повышения эффективности автомобильного транспорта является сокращение затрат на его производство, техническое обслуживание (ТО), сокращение простоев и возвратов с линии из-за отказов, возникших в системах и агрегатах автомобилей.
Часть отказов может быть предотвращена периодическим диагностированием, а целый ряд так называемых, скрытых отказов, может не обнаруживать себя явно в эксплуатации автомобиля, проявляясь в повышении расхода топлива, токсичности отработавших газов (ОГ) и др.
В последние годы наряду с совершенствованием стационарных средств диагностирования получают развитие бортовые системы контроля и диагностики, которые открывают новые пути для системы технической эксплуатации автомобильного парка. Это так называемое техническое обслуживание "по состоянию", заключающееся в исключении планово-предупредительного ТО некоторых узлов автомобилей при постоянном проведении бортового диагностирования.
Теоретической предпосылкой этой стратегии ТО является отсутствие у некоторых технических объектов зависимости между интенсивностью отказов и наработкой. Следовательно, на безотказность этих изделий нельзя позитивно влиять путем периодической их замены, а в некоторых случаях замена ведет к некоторому снижению надежности изделия в начальный период его эксплуатации.
Однако несмотря на столь многообещающие перспективы ТО "по состоянию", планово-предупредительная система ТО по-прежнему остается актуальной по целому ряду причин.
Опыт использования ТО "по состоянию" на двигателях военных самолетов в США, показал, что основными недостатками этой стратегии являются повышение трудозатрат и необходимость увеличения производственных емкостей, связанные главным образом с трудностью планирования объемов ТО и номенклатуры запасных частей, непредсказуемостью рабочей нагрузки постов ТО [138].
Сбор и анализ информации о надежности, вычисление законов распределения наработок на отказ (до отказа)
Для получения наиболее достоверной информации о надежности исследуемых объектов используются наблюдения в условиях эксплуатации [23]. Перед началом исследований проводится планирование эксперимента, цель которого заключается в определении требуемого объема наблюдений для получения оценок показателей надежности с заданной точностью и достоверностью. Планирование наблюдений предусматривает выбор объектов наблюдения, режимов эксплуатации и режимов работы изделий.
В соответствии с требованиями [23] объектами наблюдений могут быть только однотипные технические объекты, не имеющие конструктивных отличий, использующиеся или испытывающиеся в одинаковых условиях.
План наблюдений устанавливает число объектов наблюдения, порядок проведения и критерий прекращения наблюдений. Исходными данными для расчета минимального объема наблюдений являются:
1. Доверительная вероятность р оценки соответствующего показателя надежности.
2. Предельная относительная ошибка 5 оценки соответствующего показателя надежности, представляющая собой меру точности показателя надежности.
Эксплуатационные исследования надежности элементов систем зажигания автомобилей
Исследование надежности элементов систем зажигания (СЗ) легковых автомобилей отечетсвенного производства проводилось в июне-июле 1992 года на Станции диагностики N 1 Управления ГАИ г. Москвы и на посту ГАИ в г. Рязани.
Исследования проводились по плану [NRr] путем опроса водителей и диагностирования автомобилей. Использовалась следующая методика опроса водителей: предлагался список вопросов, включающий сведения о марке автомобиля, его пробеге и годе выпуска, числе владельцев, режиме эксплуатации, усовершенствованиях, внесенных владельцами в конструкцию СЗ, отказах, происшедших в СЗ и соответствующих им наработках.
Выборка формировалась следующим образом.
Использовались только сведения от первых владельцев автомобилей, постоянно и бессменно эксплуатирующих автомобиль.
Наиболее точные, сведения о наработках до отказа получены от водителей автомобилей, имеющих пробег до 50 тыс. км. Погрешность, с которой они указывали наработки до отказа редко превышала 5 тыс. км, а примерно в 80 % случаев была не больше 1 тыс. км. При пробеге, превышающем 50 тыс.км. точность указываемых данных заметно снижалась и составляла от 5 до 10 тыс.км. Сведения об отказах, точность которых вызывала сомнения у самого водителя не включались ни в число наработок до отказа, ни в число цензурированных наработок. Не были включены в выборку также показания водителей, не знающих названий эле - 95 -ментов СЗ и потому не способных ответить на вопросы анкеты (таких оказалось не более 1 %). Водители автомобилей, принадлежащих организациям, редко могли указать точно значения наработок до отказа и потому их сведения в большинстве своем также не могли быть использованы.
Точность названных наработок до отказа оценивалась водителями самостоятельно, а цензурированные наработки определялись по показаниям спидометра, если он работал безотказно до момента диагностирования. Наработки элементов СЗ, подвергнутых владельцами модернизации, не вошли в выборку.
Измерения шунтирующих сопротивлений искровых свечей зажигания (ИСЗ) производились мегаомметром Ф 4102/1 ТУ 25-0413-0071-83. Измерительное напряжение составляло 1000+50 В. Температура изоляторов ИСЗ составляла 343+10 К. Измерения проводились только на ИСЗ новых автомобилей ВАЗ-21051, если они не заменялись. У этих же автомобилей проводилось измерение токсичности отработавших газов (ОГ) в соответствии с требованиями [21]. Замеры токсичности ОГ проводились газоанализаторами Infrallt производства ГДР и Yanako (Япония). Оба газоанализатора принадлежали ГАИ и своевременно прошли поверку. Замеры были проведены на 556 ИСЗ автомобилей ВАЗ-21051.
Алгоритм диагностирования системы зажигания автомобиля с учетом сведений о надежности ее элементов
В настоящее время общепринятым является алгоритмирование поиска отказавших элементов в сложных электротехнических системах, одной из которых является СЗ автомобиля. Такие алгоритмы широко известны [10, 19, 30, 61, 97 и др.] и используются при ремонте автомобилей и в бортовых системах контроля и диагностирования. Однако в этих алгоритмах или вовсе не учитывается надежность элементов СЗ или она принята независящей от наработки.
В то же время очевидно, что вероятности отказов отдельных элементов СЗ не остаются постоянными с увеличением наработки автомобиля. Это приводит к тому, что наиболее вероятные в начальный период времени отказы со временем становятся менее вероятными. Особенно это касается ИСЗ, которые подлежат замене несколько раз за период эксплуатации автомобиля.
Проведенные теоретические исследования позволили предложить инженерную методику разработки алгоритмов диагностирования СЗ с учетом надежности ее элементов.
Исходными данными для разработки алгоритма являются:
- структурная схема модели надежности СЗ;
- законы распределения наработок до отказа (на отказ) элементов СЗ;
- плановая периодичность замены и ТО элементов СЗ;
Кроме того задаются некоторыми допущениями, упрощающими расчеты. Например, допущение о независимости отказов позволяет считать невозможным одновременный отказ нескольких элементов СЗ. Однако здесь следует иметь в виду, что в СЗ имеются очевидно зависимые отказы, например, связанные с повышением вторичного напряжения при обрыве высоковольтной цепи.
Поскольку незначительные отличия вероятностей отказов при диагностировании не являются существенными, целесообразно разбить наработку на интервалы, кратные периодичности ТО (примерно 10 тыс. км).
По общепринятым алгоритмам определяется список признаков и возможных причин отказов.
Затем необходимо по известным законам распределения определить средние для данного интервала вероятности безотказной работы элементов СЗ.
