Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования .10
1.1 Анализ режимов работы автомобилей сельскохозяйственного назначения 10
1.2 Особенности протекания рабочего процесса дизелей в режиме холостого хода 14
1.2.1 Особенности изменения показателей дизелей в режиме холостого хода.. 14
1.2.2 Влияние параметров топливоподачи на показатели дизелей в режиме холостого хода 20
1.3 Способы и средства улучшения эксплуатационных показателей автомобилей в режиме холостого хода 25
1.4 Обоснование цели и задачи исследования 39
2 Расчётно - теоретическое обоснование показателей работы дизеля и эксплуатационных показателей автомобиля сельскохозяйственного назначения в режиме холостого хода 40
2.1 Способ работы дизеля на экспериментальном режиме холостого хода и устройство для его осуществления 40
2.2 Анализ программного обеспечения для расчета показателей рабочего процесса дизеля 40
2.3 Уточненная методика расчета показателей рабочего процесса дизеля в режиме холостого хода 41
2.4 Методика расчета показателей процесса впрыскивания топлива на дизеле в режиме холостого хода 54
2.5 Методика расчета сажевыделения 62
2.6 Методика определения эксплуатационных показателей автомобиля в режиме холостого хода 64
Выводы 67
3 Функциональные, электрические и конструктивные схемы системы автоматического управления дизеля в режиме холостого хода 68
3.1 Назначение, устройство и работа системы автоматического управления дизеля в режиме холостого хода и варианты её исполнения 68
3.2 Система автоматического управления дизеля в режиме холостого хода для безмоторных исследований 68
3.3 Система автоматического управления дизеля в режиме холостого хода для эксплуатационных исследований 77
3.4 Система автоматического управления дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях 82
Выводы 87
4 Программа и методика экспериментальных исследований 88
4.1 Программа экспериментальных исследований 88
4.2 Методика контрольных испытаний агрегатов дизельной топливной аппаратуры 89
4.3 Безмоторные исследования дизельной топливной аппаратуры 91
4.4 Методика контрольных испытаний автомобильного генератора переменного тока 95
4.5 Методика безмоторных исследований генератора переменного тока при работе дизеля в режиме холостого хода 97
4.7 Методика исследования дизеля в составе автомобиля 98
4.7.1 Методика оценки дизеля в составе автомобиля при работе
на экспериментальном режиме холостого хода 99
4.7.2 Методика исследований автомобиля МАЗ-53366 по дымности отработавших газов 106
4.7.3 Методика исследований автомобиля МАЗ-53366 по содержанию оксида углерода и углеводородов в отработавших газах 107
4.8 Методика обработки экспериментальных данных и оценка точности измерений 109
Выводы 111
5. Результаты экспериментальных исследований 113
5.1 Результаты расчетов показателей рабочего процесса дизеля в режиме холостого хода 113
5.2 Результаты расчета показателей впрыскивания топлива 116
5.3. Результаты контрольных испытаний агрегатов дизельной топливной аппаратуры 119
5.4 Результаты безмоторных исследований дизельной топливной аппаратуры ... 120
5.5 Результаты контрольных испытаний агрегатов электрооборудования 126
5.6 Результаты безмоторных исследований генератора переменного тока 127
5.8 Результаты исследований дизеля в составе автомобиля 128
Выводы 133
6 Оценка экономической эффективности работы автомобиля, оснащённого системой автоматического управления дизеля в режиме холостого хода . 134
6.1 Расчет затрат на изготовление системы автоматического управления дизеля в режиме холостого хода 134
6.2 Экономическая эффективность работы автомобиля, оснащённого системой автоматического управления дизеля в режиме холостого хода 136
Выводы 141
Общие выводы 142
Список литературы 144
Приложение 158
- Анализ режимов работы автомобилей сельскохозяйственного назначения
- Уточненная методика расчета показателей рабочего процесса дизеля в режиме холостого хода
- Система автоматического управления дизеля в режиме холостого хода для безмоторных исследований
- Результаты безмоторных исследований дизельной топливной аппаратуры
Введение к работе
Улучшение топливной экономичности и снижение токсичности дизелей на эксплуатационных режимах работы автомобиля - основные задачи, стоящие перед двигателестроением. В наибольшей степени это относится к безнагрузочному режиму холостого хода (РХХ). Продолжительность работы дизелей в режиме холостого хода при остановках и стоянках автомобилей в зависимости от назначения и вида выполняемой работы составляет до 30% общего времени, на что непроизводительно расходуется до 15% суммарного расхода топлива. В частности, у автомобиля МАЗ-53366 с дизелем ЯМЗ-238 (84 13/14) в РХХ за рабочую смену расходуется 2,9-6,7 л топлива [1, 2, 3, 4].
Кроме того, РХХ из-за малых цикловых подач характеризуется ухудшенным протеканием рабочего процесса, интенсивным нагаро- и смолоот-ложением на деталях двигателя, повышенной скоростью закоксовывания распылителей форсунок, высоким расходом моторного масла на угар и значительным содержанием вредных веществ в отработавших газах. Перечисленные негативные последствия особенно резко проявляются на пониженных частотах вращения коленчатого вала (к.в.) [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] и др.
Это обусловлено тем, что при разработке двигателя индивидуальные характеристики отдельных систем (топливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения, газораспределения и др.) удается согласовать лишь на каком-то одном режиме - чаще номинальном. В режиме холостого хода при остановках и стоянках машин эта согласованность нарушается, что приводит к ухудшению качества рабочего процесса двигателя.
Известные способы улучшения эксплуатационных показателей автомобилей на РХХ (отключение части цилиндров ДВС, чередование рабочих циклов при их выключении, варьируемое управление впускными клапанами, изменение фаз газораспределения, использование периодического пуска и останова ДВС) не решают в комплексе все недостатки, присущие холостому ходу (непроизводительный расход топлива, повышенный выброс оксида углерода, высокий расход масла на угар и др.).
Эффективным способом улучшения эксплуатационных показателей дизелей автотракторной техники на типовом РХХ является способ , разрабо-
7 тайный кафедре «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика» ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», заключающийся в переводе их работы на экспериментальный режим периодически повторяющихся тактов полного отключения подачи топлива (тактов выбега) и тактов включения топлива (тактов разгона) с цикловой подачей, составляющей не менее 50-70% от номинального значения, в области пониженной средней частоты вращения к.в. в режиме холостого хода (ниже минимально-устойчивой частоты вращения на типовом РХХ, задаваемой заводом-изготовителем дизеля).
К достоинствам предлагаемого способа относятся универсальность по отношению к различным типам дизелей, компактность, простота в изготовлении и невысокая стоимость устройств для его осуществления.
Реализация на автомобилях предлагаемого экспериментального РХХ позволяет снизить минимально-устойчивую частоту вращения коленчатого вала двигателя по сравнению с частотой вращения, задаваемой заводом-изготовителем (например, с 800 мин"1 до 600 мин"1); улучшить качество протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя; сэкономить значительное количество топлива и уменьшить вредные выбросы с отработавшими газами. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на 2006-2010 гг. по теме № 29 «Энергоресурсосбережение при эксплуатации автотракторной техники» (Раздел I «Улучшение эксплуатационных показателей тракторов, автомобилей и комбайновых двигателей на режиме холостого хода»).
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ - улучшение эксплуатационных показателей автомобилей сельскохозяйственного назначения в режиме холостого хода.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ - процесс работы дизеля 84 13/14 (ЯМЗ-238) в составе автомобиля МАЗ-53366 на экспериментальном режиме холостого хода.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ - эксплуатационные показатели автомобиля.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ представляют: расчетно-теоретическое обоснование показателей рабочего процесса дизеля и эксплуатационных показателей автомобиля в режиме холостого хода;
система автоматического управления дизеля в экспериментальном режиме холостого хода;
показатели рабочего процесса дизеля и эксплуатационные показатели автомобиля при работе в типовом и экспериментальном режимах холостого хода.
Научная новизна конструкторской разработки подтверждена патентом РФ на изобретение № 2296236 «Система автоматического управления работой дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях».
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ использование системы автоматического управления на двигателе ЯМЗ-238 в составе автомобиля МАЗ-53366 при работе на экспериментальном РХХ, по сравнению с работой дизеля на типовом РХХ, при одинаковой минимально-устойчивой частоте вращения к.в. 600 мин"1, позволяет снизить часовой расход топлива на 31%, содержание оксида углерода в отработавших газах на 12 %, путевой расход топлива при этом составил: на типовом РХХ - 39,37 л/100 км, на экспериментальном РХХ - 38,96 л/100 км; транспортный расход топлива соответственно 4,54 л/100 т-км и 4,49 л/100 т-км, а удельные энергозатраты 4,45 л/100 т-км и 4,41 л/100 т-км.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ подтверждается сравнительными исследованиями дизеля в составе автомобиля при работе в типовом и экспериментальном РХХ с использованием протарированной тензомет-рической и осциллографической аппаратуры, контрольно-измерительных приборов и разработанной системы автоматического управления. В работе применялись основные положения теории ДВС и автоматизации процессов с обработкой опытных данных на ПЭВМ, а также высокой степенью сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований (погрешность 5-10%).
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ конструктивный вариант системы автоматического управления дизелем в режиме холостого хода прошел производственную проверку на автомобиле МАЗ в муниципальном предприятии «Комбинат Благоустройства» г. Пензы.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на научно-практических конференци-
9 ях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2004 - 2007 гг.), 15-й региональной конференции вузов Поволжья и Предуралья ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА» (2004 г.), 16-й региональной конференции вузов Поволжья и Предуралья (ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», 2005 г.), 18 и 20-ом Межгосударственном научно-техническом семинаре ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2005 - 2007 гг.).
Опытно-конструкторский вариант системы автоматического управления дизеля в режиме холостого хода экспонировался на IV Ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов Приволжского Федерального Округа (г. Саранск, 2006 г.) и на VI Всероссийской выставке «НТТМ-2006» (г. Москва - ВВЦ, 2006 г.).
ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в т. ч. 1 статья в издании, указанном в «Перечне ... ВАК». Получен патент на изобретение. Две статьи опубликованы без соавторов. Общий объем публикаций составляет 2,38 п.л., из них 1,0 п.л. принадлежит автору.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы из 153 наименований и приложения. Работа изложена на 193 с, содержит 91 рис. и 13 табл.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
расчетно-теоретическое обоснование показателей рабочего процесса дизеля и эксплуатационных показателей автомобиля в режиме холостого хода;
система автоматического управления дизеля в экспериментальном режиме холостого хода;
результаты исследований дизеля в составе автомобиля при работе в типовом и экспериментальном режимах холостого хода.
Анализ режимов работы автомобилей сельскохозяйственного назначения
По мере снижения частоты вращения вала дизеля в основном ухудшается процесс сгорания. Прежде всего, снижается индикаторный КПД из-за ухудшения качества смесеобразования, например, у тепловозного дизеля Д-70 индикаторный КПД снижается до 35% [33]. Это объясняется уменьшением давления впрыскивания топлива, зависящего от объемной скорости плунжера ТНВД, прямо пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, и величины цикловой подачи топлива, меняющейся в большей степени, чем частота вращения вала.
На минимальной частоте вращения РХХ тепловозного дизеля удельный эффективный расход топлива достигает 800 г/кВт-ч, что обусловлено уменьшением механического КПД по сравнению с режимом полной нагрузки. Коэффициент избытка воздуха (а) при этом достигает 8,5, что превышает а на номинальном режиме в 4 раза. При больших а увеличивается период задержки воспламенения, ухудшается смесеобразование из-за снижения цикловой подачи топлива, интенсивности вихря и повышения относительных потерь тепла в стенки цилиндров, что приводит к понижению индикаторного КПД. С уменьшением частоты вращения при работе дизеля на РХХ индикаторный КПД снижается еще более резко, что свидетельствует об ухудшении рабочего процесса в условиях уменьшения мощности, затрачиваемой на трение сопрягаемых деталей ДВС [33].
Препятствием на пути снижения нижнего частоты вращения к.в. дизеля на РХХ обычно является сохранение устойчивой работы топливной аппаратуры, которая лимитируется уменьшающейся по мере понижения частоты вращения цикловой подачей топлива в сочетании с уменьшенной скоростью плунжера. Нестабильная работа топливной аппаратуры может привести на пониженной частоте вращения к пропускам подачи топлива и резкому ухудшению показателей двигателя. Кроме того, при малой частоте вращения несколько уменьшается скорость движения воздушного вихря в цилиндре и возрастает коэффициент остаточных газов.
Следует отметить также, что ухудшение процесса сгорания на РХХ связано с увеличением периода задержки воспламенения в условиях все понижающихся (по мере уменьшения частоты вращения) температур воздушного заряда в конце сжатия, как за счет снижения давлений, так и за счет увеличения относительных потерь на участке горения - расширения, которые на минимальной частоте вращения достигают, например, у тепловозных дизелей 20% внесенного с топливом тепла.
Аналогичные результаты по распределению относительного времени работы на РХХ при пхх = 700 мин"1 получены для автомобилей БелАЗ, эксплуатируемых в различных климатических зонах, характеризующихся низкими температурами окружающего воздуха (до -60С).
Исследованиями [30] установлено, что при пхх = 700 мин"1, температуре окружающего воздуха ta = — 30 С и ниже двигатель переохлаждается при закрытых жалюзи радиаторов систем охлаждения дизеля, смазки и охладителя наддувочного воздуха. Увеличение частоты вращения коленчатого вала до 1000 мин" позволяет обеспечить стабилизацию теплового режима двигателя.
Известно, что эксплуатация дизелей ЧН 21/21 при низких температурах окружающей среды на РХХ осуществляется при частоте вращения коленча 16
того вала равной пк = 1000 мин" . Исследования параметров рабочего процесса, выполненные на открытой площадке при ta = — 37 С и в боксе при ta = 10С показали, что при ta = -37С по мере прохождения воздуха по впускному тракту происходит повышение температуры воздуха до минус 6-10С на входе в цилиндры за счет подогрева в компрессоре, детали которого омываются охлаждающей жидкостью из системы охлаждения дизеля, и в охладителе наддувочного воздуха, где циркулирует антифриз, температура которого в течение длительного времени работы на РХХ не опускалась ниже минус 10С вследствие подогрева от корпусных деталей двигателя [30].
В итоге при разнице температур воздуха в боксе и на открытой площадке около 50С его температура на входе в цилиндры отличается лишь на 25С. Несмотря на столь существенное повышение температуры воздуха во впускном тракте, поступление в цилиндры заряда с отрицательной температурой сопровождается значительными изменениями индикаторного процесса - начало сгорания смещается по ходу процесса за ВМТ с соответствующим увеличением периода задержки воспламенения(Ті). Так, при частоте вращения коленчатого вала двигателя пхх = 1000 мин" и температуре наружного воздуха ta = —37С период т,- возрастает на 7 поворота коленчатого вала в сравнении с ta = 10С, а сгорание начинается при 6 после ВМТ. Это ведет к ухудшению процессов смесеобразования и сгорания, связанному с увеличениям количества топлива, осаждающегося на относительно холодных стенках поршня и головки цилиндра в периферийных зонах камеры сгорания. Причем на РХХ при пхх = 1000 мин"1 в сравнении в ггхх = 700 мин"1 эти явления усугубляются из-за примерно в 1,5 раза большей цикловой порции топлива и более интенсивного его впрыскивания. Поэтому длительная работа при повышенной п на РХХ с этой точки зрения неблагоприятна [30].
Наряду с сокращением расхода топлива поддержание нормальной температуры воздуха на впуске ведет к повышению надежности работы ДВС в режиме холостого хода, так как повышенная температура воздуха на впуске и рабочего тела в цилиндре способствует уменьшению нагарообразований. При повышении средней температуры рабочего тела в цилиндре меняется и характер нагароотложений: вместо смол, характерных для низких температур, остается лишь сажа [35]. Исследованиями на дизеле 2Д100 установлено, что с увеличением температуры воды в системе охлаждения на 30 С происходит снижение часового расхода на 5...10% [33]. При этом примерно на такую же величину уменьшаются потери тепла в воду. Снижение часового расхода топлива объясняется уменьшением потерь на трение и некоторым улучшением индикаторного КПД за счет повышения качества процесса сгорания. Улучшение процесса сгорания происходит за счет уменьшения теплоотдачи от газов в стенки гильз цилиндров (в связи с уменьшением перепада температур между температурой рабочего тела - в цилиндрах и температурой стенки гильзы) и главным образом вследствие уменьшения периода задержки воспламенения, обусловленного увеличением температуры конца сжатия и увеличением влияния теплоотдачи от стенок.
Часовой расход более существенно понижается с ростом температуры масла. Так, для дизеля 2Д100 при повышении температуры масла от 35 до 65С часовой расход топлива в режиме холостого хода при 400 мин"1 снижается на 28%. Более резкое снижение расхода топлива с ростом температуры масла по сравнению с температурой воды объясняется более существенным влиянием температуры масла на мощность трения. При повышении температуры масла на 10С мощность трения на РХХ уменьшается на 11кВт [33].
Влияет на часовой расход и температура топлива, так как с ее повышением уменьшается вязкость топлива, энергия струи, и ее дальнобойность. С ростом температуры топлива часовой расход топлива увеличивается [36].
Следует отметить, что на РХХ дизелей вследствие ухудшения процесса смесеобразования и сгорания, нестабильной работы двигателя, наблюдается выброс топлива через выпускной тракт. При низкой температуре поверхностей выпускного тракта и поршней происходит интенсивное смолообразование. Такое явление приводит к смолоотложениям на поверхностях выпускных клапанов, каналах выпускного тракта и в последующем, к ухудшению топливной экономичности ДВС [37].
Уточненная методика расчета показателей рабочего процесса дизеля в режиме холостого хода
Экспериментальный режим холостого хода предполагает перевод работы дизеля при остановках, стоянках и движении накатом автомобиля на пониженный скоростной режим, заключающийся в создании периодически повторяющихся тактов выбега и разгона от некоторого верхнего значения частоты вращения коленчатого вала (например, nB = 800 мин"1) до нижнего значения (например, nH = 400 мин"1). При этом средняя частота вращения к.в. на экспериментальном РХХ будет составлять п — (nB + nH)/2 = 600 мин"1 [79]. Устройство (система автоматического управления - САУ), реализующее данный способ, состоит из электронного блока управления (ЭБУ), электромагнитного исполнительного механизма (ЭИМ) и датчика частоты вращения к.в.. Функции датчика частоты вращения к.в. по величине изменения частоты фазного тока выполняет одна из фазных обмоток штатного генератора переменного тока автомобиля.
Такты выбега и разгона создаются соответственно выключением и включением подачи топлива при циклических перемещениях якоря электромагнитного исполнительного механизма, кинематически соединенного со скобой останова дизеля, по командным сигналам, поступающим от электронного блока управления. Продолжительность тактов выбега и разгона зависит от типа и технического состояния дизеля, назначения автомобиля и условий его эксплуатации, величины цикловой подачи топлива при разгоне, интервала изменения частоты вращения к.в. от верхнего до нижнего значений. В настоящее время проектирование и доводка ДВС осуществляется методами математического моделирования и компьютерной оптимизации. Паспортное значение минимальной частоты вращения к.в. на типовом РХХ для дизеля ЯМЗ-238 М2 составляет 550 - 650 мин Анализ данных [34, 47, 80], показывает, что из программ, предназначенных для расчета рабочего процесса дизеля с учетом экологических показателей, наибольшей популярностью пользуются программы: KIVA (разработчик фирма Los Alamos), STAR-CD (Computational Dynamics Ltd.), BOOST (AVL), FIRE (AVL), WAVE (Ricardo), VECTIS (Ricardo), GT-Power (Gamma Technologies), Дизель-РК (МГТУ им.Баумана).
Для расчета показателей рабочего цикла, смесеобразования и сгорания, эти программы используют методики, базирующиеся на уравнениях, предложенных в 1962 г. И.И. Вибе [81], или на более поздних, но аналогичных подходах. Именно моделирование смесеобразования и сгорания представляет собой основную проблему при разработке таких программ. В лучшем случае, в перечисленных программах применяются расчетные методы, каким-либо образом учитывающие характеристику впрыска и мелкость распыливания, среднее расстояние от сопел до стенки и турбулизацию заряда в КС. Прежде всего, имеется в виду метод профессора Разлейцева Н.Ф. (ХПИ, Украина), опубликованный в 1980 г. [20].
В программном комплексе Дизель-РК, разработанным А.С.Кулешовым [36], реализован метод расчета смесеобразования и сгорания в дизелях, базирующийся на уравнениях, полученных профессором Н.Ф. Разлейцевым.
Данные программные продукты представляют собой достаточно совершенные разработки, но предполагают расчеты показателей рабочего цикла, впрыскивания, тепловыделения и сажеобразования в дизельных ДВС только на нагрузочно-скоростных режимах работы. Хотя, время работы дизелей на безнагрузочных режимах достигает 30% и более.
В связи с особенностями экспериментального РХХ стандартная методика расчета параметров топливоподачи, показателей рабочего цикла дизеля, характеристик тепловыделения и сажеобразования требуют уточнения.
Такт разгона дизеля на экспериментальном РХХ осуществляется с постоянной цикловой подачей топлива (рейка ТНВД стоит на «упоре»), причем с завышенной по отношению к подаче на типовом РХХ, а в такте выбега подача топлива полностью отключается (цилиндры лучше очищаются от отработавших газов), то в первую очередь это влияет на величину коэффициентов избытка воздуха (а) и наполнения цилиндра свежим зарядом (rjv). Кроме того, в зависимости от продолжительности такта разгона (в зависимости от величины интервала изменения частоты вращения от нижнего до верхнего предела, т.е. от величины хода рейки ТНВД) в том или ином цилиндре может произойти от одной до трех «вспышек». К примеру, при частоте вращения к.в. 600 мин"1 время разгона составляет 0,4 с, что соответствует двум рабочим циклам (вспышкам) В конечном итоге все это скажется и на законе топливо-подачи, показателях рабочего цикла, характеристике тепловыделения и саже-образования.
Система автоматического управления дизеля в режиме холостого хода для безмоторных исследований
Для улучшения эксплуатационных показателей работы автомобильных дизелей МАЗ, разработаны два конструктивных варианта системы автоматического управления (САУ) дизеля в режиме холостого хода с воздействием на орган управления топливоподачеи (на скобу останов дизеля) [79,107].
При разработке систем автоматического управления работой автомобильного дизеля в режиме холостого хода основополагающим принципом является формирование заданных управляющих воздействий на орган управления топливоподачеи, так как воздействуя на последний можно получить при разгоне различные цикловые подачи топлива и любой характер их изменения во времени [108, 109, 110].
Исследования показали, что для качественного протекания рабочего процесса в цилиндрах дизеля необходимо обеспечить постоянную цикловую подачу топлива на уровне не менее 50-70% от номинального значения. На такте выбега подача топлива полностью отключается. При разработке САУ также необходимо предусмотреть её отключение в случае возникновения неполадок в самой системе автоматического управления, а так же в аварийных ситуациях при работе дизеля в составе автомобиля. С учетом вышеизложенного оправдывается выбор цифровых логических элементов, так как они имеют небольшой разброс параметров и менее требовательны к напряжению питания по сравнению с аналоговыми логическими элементами. Система автоматического управления дизеля в режиме холостого хода для безмоторных исследований Система автоматического управления дизеля в режиме холостого хода для безмоторных исследований состоит (рисунок 3.1) из электронного блока управления 9 (ЭБУ), датчика частоты вращения 7 коленчатого вала и элек 69 тромагнитного исполнительного механизма 6 (ЭИМ), якорь которого, соединён гибким металлическим тросом со скобой 3 останова ТНВ Д 2 двигателя 1. Электронный блок управления состоит (рисунок 3.2) из корпуса 1, крышки корпуса 2 и кронштейнов 3 крепления ЭБУ. В корпусе 1 установлена электронная плата 10. Конструктивно на передней панели ЭБУ расположены рукоятки 4 и 5 установки соответственно верхнего и нижнего пределов частоты вращения коленчатого вала дизеля на ЭРХХ, светодиод 6 включения ЭИМ, светодиод 7 отключения ЭИМ, светодиод 8 «Питание» ЭБУ, кнопка 9 имитатора датчика педали подачи топлива. 4 Отличительной особенностью разработанной САУ (от ранее предлагаемых систем автоматического управления работой различных типов двигателей в режиме холостого хода) является: функции датчика частоты вращения коленчатого вала выполняет одна из фазных обмоток штатного генератора переменного тока, устанавливаемого на автомобилях семейства МАЗ, соединенная с ЭБУ. наличие новых функциональных связей и алгоритмов формирования сигналов; использование логических элементов более высокого порядка. Электромагнитный исполнительный механизм (рисунок 3.4) для непосредственного воздействия на скобу останова ТНВД устанавливается на кронштейне 5 и представляет собой электромагнит 1 (ЭМ-2, ЭКШ 140.01.01, 24В производства ОАО «Катав-Ивановский приборостроительный завод»), якорь 2 которого связан с упором 3, ограничивающим вылет якоря 2, а с другой сторону на корпусе электромагнита 1 сделана проушина 4 для крепления корпуса электромагнита 1 к кронштейну 5. Корпус электромагнита посредством кронштейна 6 жестко крепится на крышке регулятора частоты вращения ТНВД.
Результаты безмоторных исследований дизельной топливной аппаратуры
Анализ существующих конструкций систем автоматического управления дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях показывает, что у всех рассмотренных систем существуют следующие основные недостатки: 1. Ограниченность функциональных возможностей, так как в конструкции предлагаемых устройств только предусмотрено: защита дизеля от разноса [112]; защита дизеля от падения давления масла в системе смазки [113]; защита дизеля в пусковом режиме [114]; создание только экспериментального режима холостого хода [74, 75]; 2. Низкая надёжность, приводящая к незапланированным остановкам дизеля. Поэтому возникла необходимость создания системы автоматического управления дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях в комплексе устраняющей указанные недостатки, обладающей расширенными функциональными возможностями и высокой надежностью. Функциональная схема системы автоматического управления дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях (вариант 3) (наименование позиций в тексте)
Система автоматического управления дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях разработана на основе известных систем управления дизелем [74, 75], защищена патентом РФ № 2296236 [115] и содержит (рисунок 3.13) ДВС 1 с установленным на нём топливный насос 2 высокого давления, снабжённым органом 3 управления топливоподачей, центробежным регулятором частоты вращения 4 коленчатого вала и задатчиком скоростного режима 5, датчик положения 6 задатчика 5 скоростного режима, датчик 7 частоты вращения коленчатого вала, электронный блок управления 21 топливоподачей на холостом ходу, содержащий усилитель сигнала 22, логический блок 11, первый 12 и второй 13 электронные ключи, регистры сдвига верхнего 14 и нижнего 15 предела частоты вращения, мультивибраторы верхнего 33 и нижнего 34 предела частоты вращения, задатчики верхнего 16 и нижнего 17 пределов частоты вращения, блок стабилизированного питания 18, выключатель 19 электрической цепи в режиме холостого хода, первый электромагнитный исполнительный механизм 8 кинематически связан с органом управления топливоподачей 3 и снабжённый ограничителем хода 10 с приводом от второго 9 электромагнитного механизма, блок защиты 23 ДВС от аварийного падения давления моторного масла в смазочной системе, содержащий датчик-сигнализатор 24 аварийного давления и третий электронный ключ 25, электрически соединённых с первым 8 электромагнитным исполнительным и вторым 9 исполнительным механизмами, выключатель 32 блока защиты ДВС от аварийного падения давления моторного масла в смазочной системе, а также блок защиты 26 ДВС от аварийного превышения частоты вращения коленчатого вала, содержащий регистр сдвига 29 аварийного предела частоты вращения, мультивибратор 28 и задатчик 27 аварийного предела частоты вращения, четвертый электронный ключ 30 и электромагнитный запорный клапан 31, установленный на входе топлива в топливный насос 2 высокого давления.
Работа системы автоматического управления дизеля на холостом ходу и в аварийных ситуациях происходит следующим образом. Перед началом работы задатчиками верхнего 16 и нижнего 17 пределов частоты вращения устанавливают предел изменения частоты вращения коленчатого вала при работе дизеля на динамическом режиме холостого хода (например от верхнего щ =800 мин"1 до нижнего п2 = 400 мин"1), а задатчиком 27 устанавливают аварийный уровень частоты вращения коленчатого вала при разносе, превышающий номинальную частоту вращения коленчатого вала в 1,1-1,15 раза. Запускают ДВС 1, выключателем питания 19 переводят систему в режим готовности к работе, выключателем 32 включают блок защиты 23 ДВС от аварийного падения давления масла в смазочной системе. При переходе ДВС 1 с некоторого эксплуатационного рабочего режима на динамический режим холостого хода происходит перемещение задатчика 5 скоростного режима в сторону уменьшения частоты вращения коленчатого вала до момента срабатывания датчика 20 положения при частоте п = 1,1 nxx . . Срабатывание датчика соответствует началу работы системы. В этом исходном положении задатчик 5 постоянно воздействует на датчик 20, а на второй исполнительный механизм 9 через второй электронный ключ поступает напряжение, для срабатывания ограничителя хода 10 органа 3 управления топливоподачей. Напряжение, полученное от датчика 7 частоты вращения коленчатого вала, в качестве которого используется любая из трёх фазных обмоток штатного генератора переменного тока, пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя, поступает на усилитель сигнала 22, далее усиленный сигнал поступает на вход регистров сдвига верхнего 14 и нижнего 15 предела частоты вращения, которые начинают подсчет импульсов. Временной интервал задается мультивибраторами верхнего 33 и нижнего 34 предела частоты вращения, по сигналам задатчиков верхнего 16 и нижнего 17 предела частоты вращения. При достижении верхнего предела частоты вращения на выходах регистров сдвига 14 и 15 и в логическом блоке 11 формируется высокое напряжение, необходимое для срабатывания первого электронного ключа 12 и первого электромагнитного исполнительного механизма 8, перемещающего орган 3 управления топливоподачей в положение прекращения подачи топлива. При этом происходит "затухание" частоты вращения коленчатого вала и создание такта выбега. При частоте вращения, превышающей нижний заданный предел частоты вращения, на выходе регистра сдвига 14 верхнего предела частоты вращения, формируется низкое напряжение, но на выходе логического блока 11 напряжение остаётся высоким, и такт выбега продолжится. При достижении нижнего предела частоты вращения на выходе регистра сдвига 15 нижнего предела частоты вращения появляется низкое напряжение, приводящее к переключению логического блока 11 и обесточиванию первого электромагнитного исполнительного механизма 8. Орган 3 управления топливоподачей переместится в положение, соответствующее частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода. Подача топлива в цилиндры ДВС возобновится, начнется такт разгона. При достижении верхнего предела частоты вращения коленчатого вала, произойдёт переключение регистра сдвига 14 верхнего предела частоты вращения и процесс чередования тактов выбега и разгона повторится. Продолжительность тактов выбега и разгона зависит от типа и назначения ДВС, положения ограничителя хода 10 органа управления топливоподачей 3, верхнего и нижнего пределов частоты вращения, условий эксплуатации и технического состояния ДВС 1. При переходе ДВС 1 на рабочие режимы задатчик 5 скоростного режима устанавливается в положение, при котором частота вращения превышает п = 1,1 пХХт.п, срабатывает датчик 20 положения, и второй электронный ключ 13 отключает питание электронного блока управления топливоподачей на холостом ходу от блока стабилизированного питания 18, что приводит к отключению второго исполнительного механизма 9 и ограничителя хода 10. Последний снимает ограничения на перемещение органа 3 управления топливоподачей.
