Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследований 13
1.1. Назначение обкатки 13
1.2. Обкатка двигателей внутреннего сгорания с динамическим нагружением 25
1.3. Применение дросселирования и рециркуляции газов и воздуха применительно к двигателям внутреннего сгорания 33
1.4. Способы повышения эффективности работы двигателей на режиме холостого хода 39
1.5. Задачи исследований 41
Глава 2. Расчетно-теоретическое обоснование параметров динамического нагружения и систем его воспроизведения 42
2.1. Методика расчета управляющих воздействий на рейку ТНВД при обкатке дизелей с динамическим нагружением 42
2.2. Обоснование способа холодной обкатки с повышенными нагрузочно-скоростными режимами 52
2.3. Нагрузочно-скоростной режим и продолжительность дополнительных ступенях холодной обкатки 58
2.4. Повышение эффективности обкатки с динамическим нагружением и дросселированием газов на выпуске 64
2.5. Обоснование метода повышения эффективности обкатки регулируемыми инерционно-газовыми силами 77
2.6. Методика расчета параметров управляющих воздействий дизеля на динамическом режиме холостого хода 86
2.7. Методика расчета управляющих воздействий бензинового двигателя на динамическом режиме холостого хода 89
Выводы по главе 2 96
Глава 3. Схемные решения и конструктивные варианты исполнения автоматизированных систем для реализации динамического нагружения ДВС 98
3.1. Электромагнитный исполнительный механизм для дросселирования газов на выпуске 98
3.2. Конструкции стендов для обкатки двигателей в бестормозных неустановившихся режимах 101
3.3. Конструктивные схемы автоматизированных систем для воспроизведения динамического режима холостого хода дизеля 118
3.4. Конструктивные схемы и варианты исполнения автоматизированной
системы управления динамическим режимом холостого хода
бензинового двигателя 127
Выводы по главе 3 137
Глава 4. Программа и методики экспериментальных исследований 140
4.1. Общая программа экспериментальных исследований 140
4.1.1. Методика исследований показателей обкатки дизеля Д-160 142
4.1.2. Методика исследований показателей обкатки дизеля Д-240 149
4.1.3. Методика исследований оценочных показателей работы дизеля
Д-240 на динамическом режиме холостого хода 162
4.1.4. Методика исследований оценочных показателей работы
бензинового двигателя автомобиля на типовом и динамическом
режиме холостого хода 178
4.2. Методика оценки погрешностей величин измерения 185
Выводы по главе 4 188
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований 189
5.1. Результаты исследований дизеля Д-160 189
5.1.1. Результаты определения эталонных значений ускорений разгона и выбега коленчатого вала дизеля Д-160 189
5.1.2. Результаты определения параметров управляющих воздействий регулятора частоты вращения в процессе обкатки 191
5.1.3. Результаты исследования качества приработки дизеля Д-160 в бестормозных неустановившихся режимах после капитального ремонта 194
5.2. Результаты исследований раздельной обкатки дизеля Д-240 после капитального ремонта 198
5.2.1. Экспериментальные исследования рабочего процесса дизеля Д-240 на режимах холодной и горячей обкатки 198
5.2.2. Результаты экспериментальных исследований обкатки дизеля Д-240 после капитального ремонта 203
5.3. Результаты исследований метода бестормозной обкатки дизеля с регулируемыми инерционно-газовыми силами 209
5.3.1 Экспериментальная оценка влияния температуры топлива и хода рейки топливного насоса высокого давления на цикловую подачу и другие параметры топливоподачи 209
5.3.2. Результаты экспериментальной оценки показателей рабочего процесса и топливной экономичности дизеля на статических и динамических режимах нагружения 215
5.3.3. Результаты трехфакторного эксперимента при работе дизеля в номинальном режиме динамического нагружения 228
5.3.4. Результаты тормозной и бестормозной обкатки дизеля после капитального ремонта на статических и динамических режимах нагружения 231
5.3.5. Результаты исследований показателей рабочего процесса дизелей при бестормозной обкатке 240
5.5. Результаты экспериментальных исследований дизеля Д-240 на режиме холостого хода 247
5.5.1. Экспериментальные исследования показателей рабочего процесса дизеля на динамическом режиме холостого хода 247
5.5.2 Оценка влияния исследуемых факторов на технико- экономические показатели дизеля при работе на динамическом режиме холостого хода 251
5.5.3. Экспериментальные исследования оценочных показателей работы дизеля на динамическом режиме холостого хода 261
5.6. Результаты экспериментальных исследований бензиновых двигателей на режиме холостого хода 270
5.6.1. Количественная оценка влияния длительности командных импульсов на пропускную способность жиклера электромагнитного клапана системы холостого хода автомобильного карбюратора 270
5.6.2. Результаты сравнительных исследований показателей рабочего цикла бензинового двигателя на типовом и динамическом режимах холостого хода 273
5.6.3. Результаты сравнительных исследований оценочных показателей работы бензинового двигателя на типовом и динамическом режимах холостого хода 279
Выводы по главе 5 291
Рекомендации производству 295
Основные результаты и выводы 323
Список использованной литературы
- Обкатка двигателей внутреннего сгорания с динамическим нагружением
- Методика расчета управляющих воздействий на рейку ТНВД при обкатке дизелей с динамическим нагружением
- Электромагнитный исполнительный механизм для дросселирования газов на выпуске
- Общая программа экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность проблемы. Работа большей части двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в условиях эксплуатации характеризуется частыми и резкими сменами режимов. В наибольшей степени это относится к двигателям автомобильных, дорожно-строительных и других мобильных машин [82, 107, 298]. Однако обкатка ДВС после их ремонта проводится, как правило, на тормозных стендах на установившихся режимах [113, 191, 192, 201, 288]. В связи с этим, очевидно, параметры приработки сопряжений двигателей, полученные при обкатке на установившихся режимах, не будут оптимальными как по нагрузочной способности, так и но углу приложения максимальных и минимальных нагрузок, что потребует дополнительной приработки в начальный период эксплуатации. Между тем желательно, чтобы потребитель получил технику, полностью готовую к использованию без каких-либо ограничений по режимам эксплуатации. Кроме юго, используемые технолоіии обкатки ДВС являются сложными и ірудоемкими процессами, обладающим рядом недостатков технико-экономического, методического и экологического характера, в связи с чем разработка альтернативных ресурсосберегающих технологий предсіавляет собой актуальную задачу. Для решения этой задачи в Санкт-Петербургском ГАУ был разработан способ обкатки двигателей после текущего ремонта с динамическим нагружением на неустановившихся бестормозных режимах (БНР) [12]. Однако данный способ имеет и свои недостатки, одним из которых является повышенная продолжительность обкатки по сравнению с тормозным способом. Кроме того, отсутствуют технологии обкатки дизелей в БНР после капитального ремонта. Остается не решенной проблема повышения эффективности работы ДВС на режиме холостого хода. Известно, что время работы автомобильного двигателя на холостом ходу в условиях плотного городского движения с автоматизированной системой управления дорожным движением (в зависимости от градостроительных особенностей, длины перегонов, количества перекрестков,
8 времени ожидания проезда перекрестка, соотношения грузовых и легковых автомобилей в транспортном потоке и т.п.) составляет от 15,0 до 35,% общего времени работы автотранспортного средства (АТС). При этом непроизводительно расходуется от 7 до 15 % топлива [284, 297]. В связи с этим, в условиях постоянно растущих цен на топливно-энергетические ресурсы, на первый план перед работниками автотранспортного комплекса выходят вопросы, связанные с разработкой ресурсосберегающих технологий обкатки ДВС и принципиально новых меюдов управления топливоподачей на режиме холостого хода, основанных на использовании динамических режимов нагружения.
Вышесказанное подтверждает, что тема диссертационного исследования является актуальной и направлена на решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГОУ ВПО «Пензенский ГУ АС» и до-юворов с ОАО «Пензавтотранс», ОАО «Уралтрак», ФГУП «Большая Волга», НТЦ ОАО «Камский автомобильный завод» и другими организациями.
Цель исследования - повышение эффективности и экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта на основе разработанных теоретических положений, новых технологий обкатки и способов улучшения показателей работы ДВС.
Объект исследования - процессы обкатки ДВС после капитального ремонт и технические средства для реализации динамического режима нагружения.
Методы исследований и достоверность результатов. Методической основой экспериментальных исследований является метод сравнения показателей работы ДВС на типовых и динамических режимах. Методологической основой исследований являются положения теории ДВС, теоретической механики, электропривода и автоматизации процессов, физического и математического моделирования. Обкатка ДВС и определение качества приработки сопряжений проводились в соответствии с действующими стандартами и нормативно-технической документацией. Достоверность полученных результатов подтвер-
ждается сопоставимостью теоретических и экспериментальных результатов и практическим внедрением.
Научная новизна исследования заключается в разработке теоретических положений и методологии повышения эффективности и экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта, научных и практических способов и методов, методик, математических моделей, которые выносятся на защиту:
теоретические и методологические положения обоснования холодной обкатки ДВС с повышенными нагрузочно-скоростными режимами и способа повышения эффективности цикла динамического нагружения дросселированием газов на выпуске;
одно- и многофакторные математические модели параметров рабочего процесса, индикаторных и эффективных показателей дизеля с нагрузочно-скоростными режимами динамического нагружения;
теория и результаты реализации способов повышения эффективности работы ДВС на холостом ходу;
-теоретическое обоснование и результаты реализации способа повышения эффективности обкатки дизелей с динамическим нагружением путем управляющего воздействия на топливоподачу;
теоретические положения и новые технологии обкагки дизелей на бестормозных неустановившихся режимах;
технические средства для использования динамических режимов нагружения ДВС и повышения эффективности и экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта.
Практическая значимость. Предлагаемые в диссертации теоретические положения, методологические подходы, выводы, новые технологии обкатки двигателей и способы улучшения показателей работы ДВС могут быть использованы Министерством транспорта и предприятиями для повышения эффективности и экологической безопасности эксплуатации автомобильного транс-
10 порта. Автоматизированные системы, реализующие динамический режим холостого хода, позволяют снизить расход топлива до 33 %, уменьшить содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов в 1,7-3,0 раза у дизелей и оксида углерода на 14-15 % и углеводородов на 15-27 % у бензиновых двигателей по отношению к обычному установившемуся холостому ходу.
Личный вклад автора заключается в формировании идеи и цели работы, в постановке задач и их решении, в разработке теоретических положений для всех элементов научной новизны исследования, новых технологий обкатки ДВС и способов улучшения эффективных показателей работы автотракторных двигателей на всех этапах выполнения диссертации - от научного поиска до разработки технических средств и реализации их в практике.
Реализация результатов исследования. Теоретические, методологические и прикладные результаты использовались:
новые технологии обкатки после капитального ремонта и раздельной обкатки ДВС, способы повышения эффективности работы ДВС на режиме холостого хода и средства для их реализации прошли производственную проверку и внедрены в ОАО «Пензавтотранс», ОАО «Уралтрак», ОАО «Механика» г. Пенза, ОАО «Ремонтный завод «Нижнеломовский» Пензенской области, ООО «Пензенское автотранспортное предприятие №2», ФГУП «Большая Волга», НТЦ ОАО «Камский автомобильный завод»;
производство стендов для обкатки ДВС с использованием метода динамического нагружения освоено в ОАО «Завод коммунальной энергетики» г. Пенза;
результаты научных исследований, реализованные в учебных изданиях, используются вузами Учебно-методического объединения вузов РФ Минобр-науки России по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов (УМО) в учебном процессе при подготовке дипломированных специалистов по специальностям 190601 (150200) «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603 (230100.02) «Сервис транспортных и
технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)», а также при организации учебного процесса.
Технические средства для бестормозной обкатки ДВС отмечены дипломом оргкомитета V межрегиональной выставки-ярмарки «Автомобиль. Автосервис. СТО. АЗС».
Апробация работы. Основные положения диссертации представлены и одобрены на межгосударственном научно-техническом семинаре стран СНГ «Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей» Санкт-Петербургского ГАУ (1992-1993 гг.); межгосударственном постоянно-действующем научно-техническом семинаре стран СНГ «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» Санкт-Петербургского ГАУ (1995-2005 гг.); международной научно-технической конференции «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания АПК СНГ» Саратовского ГТУ (1999 г); международной научно - технической конференции «Точность и надежность технологических и транспортных систем Пензенского ГУ (1999 г.); Поволжской межвузовской конференции «Актуальные агроинженерные проблемы АПК» Самарского ГАУ (2001 г.), межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» Саратовского ГАУ (2001 г.); межгосударственной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств Пензенского ГУ АС (2002-2004 гг.); всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» Пензенского ГУАС (2001-2003 гг.); научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» МАДИ (ГТУ) (2003 г.); 6 международной научно-практической конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» Санкт-Петербургского ГАСУ (2004 г.), 62, 63 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ) (2004, 2005 г.г.); 11, 12 международной научно-
12 практической конференции Владимирского ГУ (2004, 2005 г.г.); международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2005» Тюменского ГНГУ (2005 г.); X международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития транспортного машиностроения» Пензенского ГУ (2005 г.); международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем-2005» Волгоградского ГТУ (2005 г.); IV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» Владимирского ГУ (2005 г.); III всероссийской научно-техническая конференция «Транспортные системы Сибири» Красноярского ГТУ (2005 г.); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе» Пермского ГТУ (2005 г.).
Публикации. Основные положения исследования отражены в 72 печатных работах, в том числе в 12 статьях центральных журналов, рекомендованных ВАК РФ, монографии, двух учебных пособиях, шести патентах РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, рекомендаций производству, основных результатов и выводов, списка литературы (301 наименование) и приложений. Работа изложена на 326 страницах основного текста, содержит 119 рисунков и 45 таблиц. В приложениях приведены расчетно-информационные материалы и документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований.
Настоящая диссертационная работа - это обобщение исследований, выполненных в 1990-2005 г.г. в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете, Пензенской государственной сельскохозяйственной академии и Пензенском государственном университете архитектуры и строительства, поэтому автор счиїаег необходимым отметить, что оформлению результатов исследований как диссертации во многом способствовали советы и критические замечания д. т. н., профессора А.В. Николаенко, д. т. н., профессора СВ. Тимохина, д. т. н., профессора А.П. Уханова и выражает им искреннюю признательность.
Обкатка двигателей внутреннего сгорания с динамическим нагружением
Отличие от традиционной тормозной обкатки заключается в том, что горячая обкатка под нагрузкой осуществляется с использованием динамического метода нагружения сопряжений и деталей двигателей инерционными силами, возникающими при работе на бестормозных неустановившихся скоростных режимах. Данный мегод реализуется при обкатке двигателей под нагрузкой на циклических режимах увеличения и уменьшения частоты вращения коленчатого вала в определенном интервале с постепенным ростом углового ускорения. Это достигается управлением топливоподачей по определенной закономерности, обеспечивающей её включение на такте разгона, фиксирование для каждой ступени обкатки и отключение при выбеге. По мере приработки ДВС увеличивают скорость перемещения органа управления подачей топлива и количество циклов изменения частоты вращения в единицу времени, что приводит к увеличению нагрузки на детали и сопряжения.
При работе двигателя в условиях неустановившихся режимов интенсивность износа основных сопряжений возрастает в несколько раз. Поэтому метод обкатки двиїателей в бестормозных неустановившихся режимах, максимально приближенных к эксплуатационным, является реальной возможностью повышения качества приработки и её ускорения.
Динамические свойства двигателя характеризуются дифференциальным уравнением, составленным в соответствии с принципом Даламбера I-d(y)/dt = Mc-Mc, (1.4) где / - приведенный к коленчатому валу ДВС момент инерции движущихся масс; с/со/с//= є - угловое ускорение коленчатого вала; Ме, Мс - соответственно эффективный крутящий и момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала.
При отсутствии внешней нагрузки уравнение принимает вид Ml-Mu=I-d( /dt, (1.5) где Mt - индикаторный крутящий момент ДВС; Ми - момент механических потерь ДВС. При установившемся скоростном режиме холостого хода (со = const) l-d&/dt = 0. (1.6)
В этом случае индикаторный крутящий момент затрачивается только на преодоление механических потерь двигателя. Увеличение подачи топлива вызывает нарушение равенства Mt=MM, вследствие чего в системе возникает угловое ускорение є, следовательно, и направленный противоположно ему инерционный динамический момент МЦ=1-в, соответствующий мгновенному крутящему моменту при свободном разгоне двигателя на заданном скоростном режиме. Так как значение приведенного момента инерции / постоянно для данной конкретной марки двигателя, величина М„ определяется величиной углового ускорения є. Следовательно, нагружение двигателя моментом сил инерции тем значительнее, чем с большим угловым ускорением є он разгоняется. Максимальному значению нагрузочного динамического моменіа (НДМ) соответствует наибольшее ускорение разгона.
При окончании разгона и стабилизации частоты вращения НДМ принимает нулевое значение и для повторения цикла нагружения необходимо возвратиться к исходной частоте вращения путем выключения подачи топлива в цилиндры двигателя. Следовательно, для создания динамической нагрузки необходимо обеспечить колебание частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Величина и характер распределения по деталям и сопряжениям динамических нагрузок, возникающих при работе двигателя на неустановившихся режимах, близки к сооїветствующим тормозным режимам. Оптимальным законом изменения НДМ считается прямоугольный или близкий к нему закон, что позволяет в любой момент времени разгона или выбега измерить амплитудное значение нагрузки измерителями мгновенных ускорений типа ИМД-ЦМ, которые широко применяются для диагностирования технического состояния ДВС.
Комплекс последовательных тактов разгона и выбега инерционной системы образуют цикл динамического нагружения (ЦДН) сопряжений ДВС (рис. 1.2).
Многократное повторение ЦДН в заданном интервале изменения УСКВ с разными значениями нагрузочного и круїящего динамических моментов на ступенях обкатки под нагрузкой обеспечивает приработку сопряжений ДВС и является сущностью рассматриваемого способа обкатки с ДН. Были исследованы два способа управления топливоподачей в ЦДН: с воздействием на рейку топливного насоса высокого давления и на рычаг регулятора частоты вращения (см. рис. 1.2, кривые h и а).
Из анализов циклов динамического нагружения видно, что такт выбега име-ei пониженную эффективность вследствие меньших газовых нагрузок, обусловленных процессами сжатия, и большую продолжительность, что увеличивает время ЦДН и обкатки в целом. Использование при выбеге индикаторных нагрузочных циклов в цилиндрах ДВС, осуществляемых, например, дросселированием газов на выпуске, позволяет увеличить газовые нагрузки и в 2-3 раза уменьшить его продолжительность. Величина индикаторной нагрузки при выбеге задается степенью прикрытия дроссельной заслонки на выпуске (см. рис. 1.2, кривая у) и контролируется по ускорению выбега.
Методика расчета управляющих воздействий на рейку ТНВД при обкатке дизелей с динамическим нагружением
В результате решения системы (2.1) получена зависимость /2 = 22,3-33,1/,, (2.15) определяющая закономерность перемещения рейки ТНВД при разгоне до постановки на упор. Время перемещения рейки ТНВД до постановки на упор составляет для первой ступени обкатки t\ - 0,25 с; для второй - /,"= 0,39 с; для третьей - /,11,= 0,50 с; для четвертой - /jlv = 0,53 с. Время нахождения рейки на упоре ti определено экспериментально и составляет для первой ступени обкатки t\ = 5,72 с; для второй - t\l = 3,21 с; для третьей - /,111 = 2,20 с; для четвертой - /,1V = 1,98 с. Изменение положения рейки ТНВД дизеля Д-160 при разгоне на различных ступенях бестормозной обкатки представлено на рис. 2.3.
Так как характер изменения НДМ при разгоне зависит от динамики перемещения рейки ТНВД, желательно, чтобы рейка мгновенно становилась на упор. При этом скорость перемещения рейки vp, определяемая силой упругости Е пружины регулятора, должна быть максимально возможной.
С целью изучения влияния характеристики пружины на скорость перемещения рейки ТНВД до постановки на упор составлен алгоритм и программа расчет зависимости h = ((t\) при различных значениях восстанавливающей силы Е, которая при неизменном положении муфты и органа управления РЧВ прямо-пропорционально зависит от силы F. Установлено, что при увеличении восстанавливающей силы Е в два раза максимальная скорость перемещения рейки при разгоне возрастает с 32 до 78 мм/с, т.е. в 2,4 раза. При этом резко увеличиваются динамические нагрузки на поводок рейки в момент постановки на упор, что может вызвать неисправность ТНВД. В то же время площадь под кривой динамического нагрузочного момента увеличивается всего на 1,3%, что не оказывает существенного влияния на время обкатки дизеля Д-160 в БНР.
Таким образом, установленная в настоящее время пружина РЧВ с характеристикой b = 3,29 Н/мм обеспечивает близкий к прямоугольному закон изменения НДМ. Увеличение силы упругости пружины не приводит к существенному ускорению процесса обкатки.
Для осуществления обоснованных закономерностей h =f[t) управления рейкой ТНВД в процессе обкатки необходимо создать исполнительный механизм, обеспечивающий свободный разгон дизеля Д-160 при заданной предварительной максимальной деформации пружины регулятора и практически мгновенное выключение подачи топлива в цилиндры дизеля для реализации такта выбега.
Таким условиям в качестве рабочего органа ИМ в наибольшей степени отвечают однофазные электромагниты переменного тока тянущего исполнения защищенной серии МИС [42]. Они предназначены для перемещения частей механизмов в закрытых помещениях с температурой воздуха от -15 до +35 С. Электромагниты могут работать в парах и брызгах масла с температурой до 60 С и имеюі износостойкие катушки на 220 В.
С целью подбора электромагнита с требуемыми данными была установлена зависимость усилия F, необходимого для перемещения рейки ТНВД, от величины h. Орган управления РЧВ был установлен в положение, соответствующее полной подаче топлива. При частоте вращения кулачкового вала топливного насоса nQ = 300 мин-1 необходимое усилие определяется из выражения F = 32,49 + 1,30/г. (2.16)
Электромагнит должен обеспечивать надежную работу ИМ в диапазоне частот вращения коленчатого вала дизеля 850-1250 мин-1. Предварительно в качестве рабочего органа выбираем электромагнит МИС-3100 с развиваемым усилием Рм = 30 Н, ходом якоря I = 20 мм. Усилие Ри зависит от хода якоря электромагнита и определяется выражением Ры=е4 ш-Г У). (2.17)
Из анализа полученных данных видно, что электромагнит МИС-3100 обеспечивает преодоление усилия пружины регулятора при частотах вращения коленчатого вала более 600 мин-1, что является достаточным для условий работы исполнительного механизма.
В связи с тем, что полное выключение подачи топлива в цилиндры происходит, как правило, при выходе рейки ТНВД 17-21 мм, а при разгоне рейка не должна касаться пружины корректора, диапазон действия электромагнита от /2і = 2мм до /г2=21 мм является наиболее подходящим для реализации цикла бестормозного нагружения дизеля Д-160.
Электромагнитный исполнительный механизм для дросселирования газов на выпуске
Для создания на такте выбега дополнительной индикаторной нагрузки на сопряжения и детали двигателя эффективно дросселирование газов на выпуске. Для реализации ЦДН необходимо осуществлять циклические повороты рычага РЧВ от положения %\ до %2 при разгоне и от %2 до %\ при выбеге, кроме этого необходима пауза в положении %\ для стабилизации нижнего предела частоты вращения. В качестве механизма, обеспечивающего требуемый закон перемещения рычага РЧВ, наиболее целесообразно использование электрических мотор-редукторов с кулачковыми преобразователем вращательного движения в поступательное с непосредственным воздействием на рычаг РЧВ, обеспечивая тем самым более высокий КПД исполнительного механизма.
Кинематическая схема исполнительного механизма с кулачковым преобразователем представлена на рис. 3.1.
Исполнительный механизм состоит из корпуса 1, закрепляемого непосредственно вблизи ТНВД (у дизеля Д-240 под фильтр тонкой очистки топлива), на котором на оси 2, совпадающей с осью качания рычага 3 РЧВ, установлена подвижная пластина 4 с закрепленным на ней мотор-редуктором 5 постоянного тока. На выходном валу мотор-редуктора 5 с одной стороны установлен металлический диск 6 с прорезью, управляющий работой двух датчиков Холла 7, которые неподвижно установлены на корпусе мотор-редуктора 5. С другой стороны выходного вала установлен кулачок 8, которые при вращении воздействуют на подшипник 9, установленный на рычаге 3 РЧВ топливного насоса 10. Подвижная пластина 4 может перемещаться по корпусу 1 и фиксироваться ручкой 11 в любом положении.
Кулачковый преобразователь вращательного движения в поступательное позволяет получить любой необходимый закон перемещения толкателя и связанного с ним рычага РЧВ. Наличие механизма ручного перемещения рычага РЧВ 6 обеспечивает возможность плавной регулировки частоты вращения коленчатого вала дизеля при его обкатке на холостом ходу, а также выключение подачи топлива при остановке.
Для определения профиля кулачка необходимо задаться длиной рычага РЧВ /р, величиной угла % поворота рычага РЧВ, радиусом подшипника толкателя г, минимальным радиусом кулачка Rmm и углом \{/ поворота кулачка (рис. 3.2).
Значения /р и х определяют для каждого дизеля индивидуально, причем угол % определяют при угле поворота рычага РЧВ из положения, соответствующего нижнему пределу изменения частоты вращения в ЦЦН, в положение, соответствующее верхнему пределу. Значения г и Rmm выбирают из конструктивных соображений, а величина угла \\i не должна превышать 270 , поэтому принимаем ці = 270 .
Для ручного перемещения рычага РЧВ с сохранением кинематических соотношений между осями толкателя и кулачка необходимо, чтобы радиус вращения оси кулачка относительно оси вращения О рычага РЧВ был равен длине рычага РЧВ /р.
Разделив угол вращения \\i кулачка п лучами на какие-то равные углы, построим профиль кулачка следующим образом (считая, что подача топлива в функции угла поворога рычага РЧВ изменяется линейно): на первом луче отложим от центра вращения кулачка величину, равную Rmm + SJn\ на втором луче - величину, равную Rmm + ISJn и т.д.; на последнем луче - Rmm + S . Полученные точки на концах лучей соединяем плавной кривой, которая и будет являться профилем кулачка.
С целью исключения повышенных динамических нагрузок на детали кулачкового преобразователя и уменьшения износа профиля кулачка резкие изменения профиля кулачка необходимо сгладить, учитывая при этом радиус подшипника толкателя. С этой же целью переход от максимального радиуса кулачка к минимальному делают в зоне с углом \j/ = 15 . Оставшаяся зона кулачка \/ = 75 с минимальным радиусом используется для торможения электродвигателя и нахождения подшипника толкателя в этой зоне на всем протяжении выбега и стабилизации (при необходимости) частоты вращения коленчатого вала дизеля, а также для разгона электродвигателя в начале нового цикла динамического нагружения.
Управление индикаторной нагрузкой при реализации рассмотренного способа обкатки возможно при управлении дроссельной заслонкой с помощью ИМ. На такте разгона дроссельная заслонка открыта и не препятствует прохождению отработавших газов. На такте выбега поступает питание на обмотку электромагнита и его якорь, втягиваясь, через тросик с оплеткой поворачивает заслонку на некоторый угол, зависящий от хода якоря, который определяется регулятором хода, перемещающего относительно корпуса ИМ сердечник электромагнита. Возвратная пружина, соединенная с двуплечим рычагом, растягивается. По окончании такта выбега блок управления снимает питание с электромагнита и заслонка возвращается в исходное состояние под действием пружины. Неподвижный упор обеспечивает положение полного открытия дроссельной заслонки.
Для контроля положения рейки, рычага РЧВ ТНВД и других органов управления предложено семейство датчиков [179, 180, 181, 182, 209], предназначенных для получения цифровой информации о положении или направлении и величине перемещения контролируемого объекта путем преобразования модулей комплексных сопротивлений или взаимной индуктивности параметрических первичных преобразователей положения в активный сигнал.
Предлагаемый датчик многопозиционного контроля положения обеспечивает контроль величин и направление перемещения рейки или рычага регулятора частоты вращения топливного насоса высокого давления, что позволяет точно задавать величину нагрузки в пределах цикла динамического нагружения.
Общая программа экспериментальных исследований
Программа исследований включала:
контрольные испытания систем питания двигателей на соответствие их параметров технического состояния требованиям соответствующих госстандартов и технических условий;
безмоторные исследования топливных насосов высокого давления для снятие характеристик РЧВ с целью расчета параметров исполнительного механизма; дизельной топливной аппаратуры для оценки влияния хода рейки и температуры топлива в ТНВД на цикловую подачу топлива и параметры процесса впрыскивания (давление топлива перед форсункой, объемная скорость впрыскивания и скорость нарастания давления); электромагнитного клапана карбюратора для оценки влияния длительности управляющих импульсов на пропускную способность топливного жиклера СХХ;
моторные исследования капитально отремонтированного дизеля для сравнительной оценки его работы на статических (тормозных) и динамических (бестормозных) режимах обкатки по параметрам рабочего цикла и экономическим показателям, определения эталонных значений ускорений разгона и выбега коленчатого вала дизеля и продолжительности обкатки в БНР, определение параметров управляющих воздействий РЧВ, а также для оценки работоспособности и выбора схем автоматизированных систем для воспроизведения динамического нагружения;
моторные сравнительные исследования капитально отремонтированного дизеля на режимах типовой и экспериментальной технологической обкатки, а также бензинового двигателя УМЗ-414.10 с карбюратором ДААЗ-2107 для сравнительной оценки его работы на типовом и экспериментальном РХХ по экономическим, экологическим, износным и лаконагарным показателям;
лабораторные исследования автомобиля ВАЗ-21061 (с двигателем 2103) с карбюраторами ДААЗ-2107 и ДААЗ-2108 и с контактной и бесконтактной системами зажигания для сравнительной оценки его работы на типовом и экспериментальном РХХ по экономическим и экологическим показателям;
производственная проверка экспериментальной технологии бестормозной обкатки капитально отремонтированных дизелей в условиях ремонтного производства, а также автомобиля УАЗ-3741 (с карбюратором ДААЗ-2107) в условиях эксплуатации для оценки эффективности использования регулируемой подачи ТВС в экспериментальном РХХ и доводки конструкторских параметров АСУ.
Основной задачей экспериментальных исследований являлась разработка технологии обкатки автотракторных дизелей после капитального ремонта в бестормозных неустановившихся режимах, технологии раздельной обкатки дизелей, оценка влияния параметров топливоподачи, параметров энергетического состояния топлива и параметров процесса сгорания-расширения на приработоч-ные процессы капитально отремонтированного дизеля при обкатке с использованием тормозного (статического) и бестормозного (динамического) методов нагружения; уточнение и конкретизация нагрузочных, скоростных и температурных режимов бестормозной обкатки дизеля с динамическим нагружением, когда нагрузка на сопряжения создается регулируемыми инерционно-газовыми силами путем автоматизированного воспроизведения переходных режимов разгона и выбега в области повышенных частот вращения коленчатого вала за счет периодически повторяющихся управляющих воздействий на рейку ТНВД или рычаг РЧВ, а также путем впрыска топлива на такте разгона с повышенным теплосодержанием; проверка работоспособности автоматизированных систем для воспроизведения динамического нагружения, доводка конструктивных и управляющих параметров этих систем для практического применения в ремонтном производстве на заключительном этапе - этапе обкатки дизеля, включая контроль приработки сопряжений и проверку на соответствие фактических параметров технического состояния нормативным значениям, проверка верности гипотезы о возможности использования динамического метода для работы дизеля и бензинового двигателя на холостом ходу.
В основу исследований по определению оценочных показателей эффективности приработки сопряжений дизеля положен принцип сопоставления выбранных показателей в условиях статического (тормозного) и динамического (бестормозного) режима обкатки на основе анализа осциллограмм давления топлива, индикаторных диаграмм рабочего процесса и различных характеристик дизеля в его штатной комплектации. Идентичность теплового состояния дизеля и цикловой подачи топлива на исследуемых (статическом и динамическом) режимах обеспечивалась поддержанием соответственно температурного режима в системах смазки, охлаждения, воздухо-топливоподачи и фиксацией рейки ТНВД.
