Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы определения эффективной мощности ав-торакторных дизелей в эксплуатационных условиях (обзор исследований) 10
1.1. Тормозные методы 10
1.2. Бестормозные методы 11
1.2.1. Метод Н.С. Ждановского 11
1.2.2. Метод определения мощности по расходу топлива 13
1.2.3. Динамический метод 14
1.3. Методы определения эффективной мощности на основе перераспре-деления цилиндровых нагрузок 16
1.3.1. Парциальные методы 16
1.3.2. Дифференциальный метод 22
1.4. Методы определения эффективной мощности специальными приборами 23
1.4.1. Метод индицирования 23
1.4.2. Определение мощности двигателя по величине задросселирован-ного давления в цилиндре двигателя 24
1.4.3. Определение мощности по ходу рейки топливного насоса 25
1.5. Возможности бестормозных методов для диагностирования двигателей 27
1.6. Методы определения мощности механических потерь 28
1.7. Отключение цилиндров ..32
Выводы и задачи исследования 38
ГЛАВА 2. Модель бестормозных испытаний восьмицилиндрового дизельного двигателя (на примере КамАЗ-740) 40
2.1. Обоснование применимости бестормозных испытаний для восьмицилиндровых дизелей 40
2.2. Расчетные формулы для определения эффективной мощности при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизеля и их составляющие 45
2.2.1. Определение эффективной мощности восьмицилиндрового дизеля с использованием пропорциональности тормозной и бестормозной нагрузок (первый вариант) .45
2.2.2. Определение эффективной мощности восьмицилиндрового дизеля по пропорциональности изменения частоты вращения в бестормозном режиме изменению эффективной мощности (по аналогии с методом Н.С. Ждановского) (второй вариант) 48
2.3. Обоснование выбора режимов испытаний восьмицилиндрового дизельного двигателя и определение мощности отдельного цилиндра 56
2.4. Определение топливной экономичности при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизельного двигателя 58
2.5. Информационная модель диагностирования восьмицилиндрового дизеля на основе бестормозных испытаний 63
2.6. Диагностирование технического состояния восьмицилиндрового двигателя на основе бестормозных испытаний 66
Выводы 73
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований по проверке модели бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизельного двигателя 75
3.1. Экспериментальное оборудование и измерительная аппаратура 75
3.2. Методика определения мощности механических потерь и расхода топлива 82
3.3. Методика определения основных параметров бестормозных испытаний 86
3.4. Методика определения стабильности основных параметров бестормозных испытаний при разном техническом состоянии 87
3.5. Методика статистической обработки результатов испытаний 95
3.5.1. Элементы теории статистической обработки экспериментальных данных...95
3.5.2. Обработка экспериментальных данных на ПК 101
Выводы 103
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований модели бестормозных испытаний восьмицилиндрового дизеля камаз-740 104
4.1. Результаты экспериментов по выявлению применимости бестормозных испытаний для восьмицилиндровых дизелей 104
4.2. Проверка стабильности параметров бестормозных испытаний от показателей технического состояния двигателя 110
4.3. Возможности бестормозных испытаний для определения технического состояния восьмицилиндрового дизельного двигателя 119
4.3.1. Определение мощности, дымности отработавших газов и расхода топлива при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизеля 119
4.3.2. Результаты измерения мощности отдельного цилиндра при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизеля 142
4.3.3. Результаты определения частоты вращения начала срабатывания регулятора при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизельного двигателя 144
4.4. Использование бестормозного метода для определения технического
состояния двигателя КамАЗ-740 148
4.4.1. Определение количества информации, полученного при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизеля 148
4.4.2. Приборное обеспечение бестормозного метода диагностирования 151
4.4.3. Совмещенная номограмма для определения мощности и функционального диагностирования системы питания дизельного двигателя КамАЗ-740 при бестормозных испытаниях 153
4.4.4. Алгоритм диагностирования двигателя КамАЗ-740 на основе бестормозных испытаний 158
Выводы 160
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность внедрения предлагаемого метода бестормозных испытаний двигателя камаз-740 162
5.1. Экономическая эффективность внедрения предлагаемого метода бестормозных испытаний двигателя КАМАЗ-740 162
5.2. Определение экономической эффективности внедрения бестормозного метода по сравнению с прибором АДТ-1 164
Выводы 170
6. Общие выводы 171
Список использованной литературы 174
Приложения 193
- Определение мощности по ходу рейки топливного насоса
- Определение топливной экономичности при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизельного двигателя
- Методика определения стабильности основных параметров бестормозных испытаний при разном техническом состоянии
- Определение мощности, дымности отработавших газов и расхода топлива при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизеля
Введение к работе
Автомобильный транспорт, обеспечивающий технологический процесс производства сельскохозяйственной продукции, является неотъемлемой частью сельскохозяйственного производства и в значительной мере определяет производительность труда в этой отрасли народного хозяйства. Использование автомобильного транспорта в сельском хозяйстве постоянно возрастает. В комплексе, трудозатраты на выполнение погрузочных и транспортных работ составляют до 35% общих трудозатрат на возделывание сельскохозяйственных культур и около 17% в животноводстве [32].
Затраты на транспортные операции можно уменьшить. Одним из путей их снижения является совершенствование технической эксплуатации транспортных средств, что позволяет снизить расходы на топливо и смазочные материалы, амортизационные отчисления, ремонт и т.д. Известно, что эксплуатационные показатели машины (например, двигателя, трансмиссии и др.) в процессе работы изменяются и ухудшаются - происходят разрегулировки и возникают отказы. Если неисправности вовремя не обнаружены и не устранены, то они начинают прогрессировать, усиливая изнашивание и порождая все новые дефекты. По какой бы причине неисправности не возникали, они отрицательно влияют на работу автомобилей, снижая производительность и увеличивая транспортные расходы.
Одним из важных мероприятий по увеличению эксплуатационной надежности является рациональное техническое обслуживание. Для поддержания автомобилей в исправном состоянии, сокращения затрат труда при обслуживании и контроле технического состояния большое значение имеет внедрение технического диагностирования. Любая необоснованная разборка приводит к простоям техники, нарушению взаимной приработки, снижению долговечности и надежности машин [37,38].
Большой вклад в развитие технической диагностики внесли В.А. Аллилуев, В.В. Альт , В.И. Вельских, Ю.А. Васильев, Г.В. Веденяпин, Д.М. Воро-
нин, Н.Я Говорущенко, И.П. Добролюбов, Н.С. Ждановский, В.А. Зманов-ский, С.А. Иофинов, В.М. Лившиц, Г.П. Лышко, В.М. Михлин, А.Х. Морозов, А.В. Николаенко, Б.В. Павлов, К.Ю. Скибневский, И.П. Терских, Б.А. Улитовский, Ю.Н. Упкунов, А.И. Федотов и многие другие.
Известно, что основная цель системы технического обслуживания, в том числе и диагностирования - предупреждение отказов во время работы. В процессе управления техническое диагностирование выполняет три основные функции: получение информации о техническом состоянии конкретной машины, обработка и анализ информации, подготовка и принятие решения. К основным задачам измерения параметров машин относятся выбор и обоснование структурных и диагностических моделей машин, разработка средств и алгоритмов диагностирования.
Известные методы диагностирования разделяют на две группы: объективные и субъективные. Первые базируются на системе контрольно - измерительных средств, вторые - на опыте и интуиции специалиста диагноста, который по ряду обнаруженных признаков составляет программу поиска технических неисправностей диагностируемого объекта. В зависимости от использования групп контролируемых параметров рядом исследователей методы диагностирования классифицируются [103,104]:
По функциональным параметрам. В эту группу входят оценка мощ-ностных и экономических показателей, определение производительности и т.д.
По параметрам рабочих процессов. В эту группу входят температура и состав отработавших газов, характеристики рабочего цикла, виброакустический и ультразвуковой методы, физико -химический анализ жидкостей и газов.
По структурным параметрам. Сюда входят определение суммарных зазоров, геометрической формы, оценка усилий и перемещений и т.п.
Двигатель является наиболее сложной и ответственной составляющей машины, нарушение его технического состояния зачастую ведет к простою
7 техники и увеличению эксплуатационных издержек. Опыт показывает, что на
двигатель приходится около половины отказов машины, а разборка приводит попаданию абразивных частиц, нарушению взаимной приработки узлов и т.п. Кроме того, необоснованная разборка двигателя снижает надежность техники и увеличивает трудоемкость обслуживания [37,50,88,91,155].
Согласно ГОСТ 14846-81 при диагностировании двигателя должны проверяться прямые (структурные) параметры или соответствующие им косвенные. Так, например, комплексным обобщающим эксплуатационным показателем технического состояния двигателя, как объекта диагностирования, является его эффективная мощность. Таким образом, определение мощности двигателя - неотъемлемая часть всего процесса диагностирования и определяющий фактор в постановке диагноза какого - либо элемента, или всего объекта диагностирования в целом.
На сегодняшний день конструкция машинно-тракторных агрегатов (МТА), автомобилей и др. техники постоянно усложняется, что требует применения современных средств диагностирования и квалифицированного персонала. Поэтому совершенствование методов и средств контроля технического состояния двигателей внутреннего сгорания является актуальной задачей. Сложившаяся же на сегодняшний день ситуация показывает, что многие хозяйства и предприятия не могут приобрести дорогостоящее диагностическое оборудование для проверки технического состояния техники. Этим объясняется крайне низкая обеспеченность хозяйств Восточно-Сибирского региона средствами технического диагностирования. Для решения данной проблемы необходимо совершенствовать известные и разрабатывать новые методы диагностирования. Примером может служить бестормозной метод испытаний, разработанный для четырехцилиндровых тракторных дизельных двигателей. Для двигателей, имеющих восемь цилиндров, данный метод остался практически не изученным, хотя он характеризуется тем же соотношением числа работающих и выключенных цилиндров. Между тем, в структуре машинно-тракторного парка хозяйств имеется достаточное количество авто-
8 мобилей с восьмицилиндровыми дизелями. Наиболее распространенным из
них является двигатель КамАЗ-740 (автомобили семейства «КамАЗ» и «Урал», некоторые тракторы), однако применимость бестормозных испытаний для данного двигателя не изучалась. На основании изложенного, разработка простого и доступного метода испытаний мощных двигателей современных автомобилей представляет важную задачу, является актуальной и экономически целесообразной.
Работа выполнена на кафедре Эксплуатации машинно-тракторного парка и безопасности жизнедеятельности Иркутской государственной сельскохозяйственной академии в период 2001 ...2005 гг.
Цель работы: повышение эффективности использования автомобилей КамАЗ в условиях хозяйств, за счет диагностирования технического состояния дизеля и поддержания его в исправном и работоспособном состоянии.
Рабочая гипотеза: возможность формирования нагрузочного цикла восьмицилиндрового дизельного двигателя за счет перераспределения цилиндровых нагрузок и механических потерь отключенных цилиндров и, на этой основе, определение его технического состояния в бестормозном режиме.
Объект исследования: процесс формирования и параметры нагрузочного цикла восьмицилиндрового дизельного двигателя за счет механических потерь при перераспределении цилиндровых нагрузок.
Предмет исследования: взаимосвязь основных параметров бестормозных испытаний с техническим состоянием восьмицилиндрового дизеля.
Научную новизну диссертации представляют:
Модель бестормозных испытаний для определения мощностных и топливных показателей восьмицилиндрового дизельного двигателя (на примере КамАЗ-740).
Параметры и режимы бестормозных испытаний, перераспределения цилиндровых нагрузок, рациональные сочетания работающих и выключенных цилиндров восьмицилиндрового дизеля.
Формулы для определения мощности восьмицилиндрового дизеля, двух цилиндров вместе и каждого в отдельности.
Способ определения технического состояния восьмицилиндрового дизеля на основе бестормозных испытаний.
Практическая значимость работы заключается в том, что предлагаемый метод бестормозных испытаний позволяет с достаточной для практики точностью и достоверностью определять техническое состояние двигателя без снятия двигателя с шасси автомобиля. При этом используется простейшее измерительное оборудование, доступное большинству хозяйств.
Апробация и результатов работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Иркутской ГСХА (2002...2005), Иркутского государственного технического университета (2003... 2005), на международной научно-практической конференции «Агро-инфо-2003» в Сибирском физико-техническом институте аграрных проблем г. Новосибирск, Санкт-Петербургском государственном аграрном университете (март 2003), Красноярском государственном аграрном университете (декабрь 2003), Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (апрель 2005 г.)
Реализация исследований. Результаты исследований приняты к внедрению Иркутской областной инспекцией Гостехнадзора, прошли производственную проверку в условиях совхоза «Аргунь» Краснокаменского района Читинской области и ОАО «Балаганское РТП» Балаганского района Иркутской области и приняты к внедрению. Результаты работы используются в учебном процессе по дисциплине «Эксплуатация МТП» и «Диагностика и ТО машин».
Определение мощности по ходу рейки топливного насоса
Поскольку приведенный момент инерции для данной марки двигателя величина постоянная, то по ускорению коленчатого вала можно судить о величине МП.
В статье [162] приводится исследование влияния теплового режима двигателя и способа выключения подачи топлива на результат измерения. Приведен также способ определения приведенного момента инерции двигателя при неизвестном его значении. Прекращение подачи топлива осуществлялось механизмом останова и рычагом акселератора. Выявлено, что более приемлем второй вариант, т.к. он исключает возможность полной остановки двигателя, и, следовательно, выбег в этом случае может повторяться несколько раз, что увеличивает точность замеров.
В работе [144] приводится описание определения мощности МП методом двойного выбега. Суть этого метода состоит в том, что выбег производится дважды с одинакового скоростного режима, но в различных условиях: один -без нагрузки, другой с постоянной нагрузкой. Точность контроля повышается за счет того, что в расчетную формулу не входит величина момента инерции. Однако его применение ограничено в силу трудности обеспечения условия постоянства нагрузки во время второго выбега.
Оригинальный способ определения мощности механических потерь был разработан в Вологодском политехническом институте [11]. Суть его такова: двигатель нагружают тормозным устройством, а его коленчатый вал прокручивают сжатым воздухом. Причем перед впуском в цилиндры его стабилизируют по температуре и давлению. Регистрируя индикаторную мощность и сравнивая ее с эффективной, получают мощность МП. Отмечается, что данный способ имеет высокую точность и исключает загазованность помещений и окружающей среды.
Отключение цилиндров является составляющей парциального, бестормозного, дифференциального и др. методов Известные способы отключения цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС) можно классифицировать по трем принципиально различным группам, отличающимся друг от друга технической сущностью и сложностью конструкций [18]: 1. Отключение цилиндров путем полной остановки кривошипно-шатунного механизма (КШМ) выключаемых цилиндров. 2. Отключение цилиндров путем прекращения подачи топлива. 3. Отключение цилиндров путем прекращения подачи топлива с одновременным прекращением газообмена. Отключение цилиндров путем полной остановки КШМ выключаемых цилиндров является наиболее подходящим способом с точки зрения топливной экономичности, но конструктивное исполнение носит пока чисто теоретический характер. Выключение подачи топлива применяется давно и подробно изучено. Это наиболее простой вид отключения и применим для эксплуатационных условий. В связи с разработкой электрических устройств для отключения цилиндров некоторыми авторами предлагается отключать цилиндры не полностью, а отдельные циклы [35,36,100,134,141] Принципиально прекращение подачи топлива насосом в отдельные цилиндры может быть достигнуто [122]: 1. Дросселированием топлива на впуске в насосные секции 2. Остановкой плунжера 3. Разворотом плунжера в положение выключения подачи 4. Перепуском топлива из контура высокого давления 5. Отключением сигнала электрогидравлической форсунки и подключением «холостой» (в основном для аккумулятивных систем впрыска типа "Common Rail" [45,180] 6. Изменением порядка подачи топлива в цилиндры [42] Для дросселирования топлива на впуске предлагается вводить в наполнительное отверстие втулки плунжера запорную иглу. Для остановки плунжера в ВМТ разработаны оригинальные конструкции фиксаторов [18,122]. Большое количество технических решений связано с использованием перепуска топлива из контура высокого давления в контур низкого. Конструкции таких выключателей подачи принципиально идентичны. Их использование требует разборки контура высокого давления, что повышает вероятность попадания в него загрязнителей. Основным недостатком рассмотренных методов является введение в конструкцию топливной аппаратуры (ТА) узлов, практически ненужных для топливоподачи, их присутствие объективно снижает работоспособность топливного насоса. Для осуществления процесса диагностирования нежелательно, чтобы ТА разбиралась (по крайней мере не должен разбираться контур высокого давления как наиболее чувствительный к гидравлическим характеристикам его составляющих элементов). С этой точки зрения наиболее целесообразно применять отключение остановкой плунжера в ВМТ. Однако это несколько искажает величину механических потерь на привод топливного насоса (ТН) [133]. Кроме того, некоторые конструкции ТН не всегда позволяют это осуществить. Наиболее простым и доступным способом перепуска топлива является ослабление гаек крепления трубок высокого давления. Этот способ не изменяет конструкцию ТА в работающем состоянии и, стало быть, не искажает процесса топливоподачи. Тем не менее, при этом способе существует трудность в сборе топлива. Применение съемных выключателей позволяет применять частичную подачу и решает проблему сбора топлива. Однако, как показала практика применения таких выключателей, в зависимости от конструкции в большей или меньшей степени изменяется процесс топливоподачи и зачастую не обеспечивается требуемая герметичность контура высокого давления. В литературе имеются данные о системе автоматического регулирования числа работающих цилиндров [137], куда входят (а.с. 1268773 СССР) датчик длительности командного импульса ЗП, блок сравнения БС, и блок отключения подачи. Например, если текущее значение сигнала на выходе, оказывается меньше значения установленного ЗП, то происходит автоматическое отключение части цилиндров.
Определение топливной экономичности при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизельного двигателя
Теоретические предпосылки подтвердили гипотезу о том, что бестормозные испытания могут быть применены для восьмицилиндровых дизелей со свободным впуском и механическим регулированием подачи топлива.
Эффективную мощность восьмицилиндрового дизельного двигателя в бестормозном режиме можно определить по частоте вращения двумя методами: 1). - С нахождением мощности механических потерь по зависимости 2). - По пропорциональности изменения разности частоты вращения коленчатого вала разности изменения эффективной мощности по сравнению их с номинальным значением (по аналогии с методом проф. Н.С. Ждановского). 3. Для определения мощности всего двигателя бестормозным методом необходимо произвести четыре измерения на двух работающих ци линдрах. Наиболее рациональными при этом являются сочетания ци линдров: 1и6;4и7;2и8;3и5. Для определения мощности отдель ных цилиндров можно использовать метод дополнительных сочета ний работающих и выключенных цилиндров. Минимальный цикл для измерения мощности каждого из восьми цилиндров составляет восемь сочетаний. 4. Основными нормативными параметрами бестормозных испытаний являются коэффициент пропорциональности бестормозной нагрузки нагрузке по тормозу м, коэффициент пропорциональности изменения частоты вращения изменению эффективной мощности С, частота вращения при работе двигателя на двух цилиндрах нормального технического состояния п"_6 5 позволяющие определить мощностные показатели восьмицилиндрового дизельного двигателя. Для этой цели получены следующие формулы: (второй вариант) Параметры бестормозных испытаний %м, п"_61 и С подлежат экспериментальному определению. 5. Установлено, что основные параметры бестормозных испытаний %м, С и л"_6 можно определить с помощью тормозного и парциальных методов. 6. Измерение часового расхода топлива и частичное подключение третьего вспомогательного цилиндра расширяют возможности бестормозных испытаний, т.к. позволяют оценить номинальную подачу топлива и настройку регулятора. Кроме того, значение часового расхода топлива, замеренного при испытаниях на двух цилиндрах, является дополнительным диагностическим параметром. 7. Предложенная методика и классификация неисправностей, позволяет наметить подходы к разработке методов диагностирования неисправностей двигателя на основе бестормозных и парциальных испытаний. Диагностическими параметрами в этом случае служат соотношение мощность/расход топлива и характер их распределения по цилиндрам. Для разработки и исследования предлагаемого бестормозного метода диагностирования восьмицилиндрового дизельного двигателя на кафедре Эксплуатации ИрГСХА была собрана и оборудована экспериментальная установка, включающая обкаточно-тормозной стенд MEZ VSETIN (принципиальная схема приведена на рис. З.1.), двигатель внутреннего сгорания с выключателями цилиндров , весы с трехходовым краном для измерения расхода топлива. При контроле, регулировке и определении технического состояния двигателя использовались следующие приборы: автодизель тестер КамАЗ (АДТ-1), разработанный сотрудниками СибИМЭ, мотор-тестер МТ-5, прибор для проверки форсунок КИ-15706, дизельный стробоскоп-тахометр «Мультитроникс М ЗД»,компрессиметр КИ-28125 , приспособления для регулировки клапанов КИ-9918, дымомер МЕТА-01 МП. Стенд работает следующим образом: первоначально с пульта управле . ния стендом (рис. 3.3) запускается главный асинхронный двигатель Ml, имеющий жесткую связь с генератором постоянного тока G2 и компаундным возбудителем G3. Генератор постоянного тока G2 служит для выработки по стоянного тока для динамометра G1. При применении динамометра в качест ве тормоза последний работает в качестве генератора постоянного тока и по дает энергию генератору G2 , который в данном случае работает как двига тель постоянного тока и приводит в движение трехфазный асинхронный электродвигатель Ml при сверхсинхронном числе оборотов. Приводной дви гатель работает в режиме асинхронного генератора и возвращает энергию в сеть. При применении динамометра в качестве двигателя для приводов испы туемой машины, генератор постоянного тока работает как динамо с приво # дом от двигателя Ml, получающего энергию из сети.
Методика определения стабильности основных параметров бестормозных испытаний при разном техническом состоянии
Поисковые эксперименты на двигателе КамАЗ-740 показали, что двигатель на двух цилиндрах работает устойчиво, развивая вполне определенную частоту вращения. Номера работающих цилиндров, как было отмечено выше, выбирали исходя из порядка их работы для получения более равномерного вращения коленчатого вал двигателя (1-6; 4-7; 3-5; 2-8). Для того, чтобы получить численные значения основных параметров бестормозных испытаний, нами использовался тормозной стенд. Частоту вращения коленчатого вала двигателя при работе на двух цилиндрах и на всех цилиндрах замеряли тахометром стенда, а также с помощью прибора АДТ-1.
Первоначально, нами, на основании теоретических предпосылок были получены значения основных параметров бестормозных испытаний: пропорциональности бестормозной нагрузки нагрузке по тормозу м, коэффициента пропорциональности С и частоты вращения п"_6 следующим образом: 1. Двигатель прогревался до температуры воды и масла 82-85 С; 2. Определялась мощность механических потерь на номинальном скоростном режиме методом прокручивания и выбега [117,161]; 3. Устанавливалась максимальная частота вращения; 4. Из работы в соответствии с порядком работы выключались из работы шесть цилиндров и фиксировалась частота вращения при работе на двух цилиндрах; 5. Электротормозом устанавливался номинальный скоростной режим и подсчитывалось значение эффективной мощности. 6. Цилиндры двигателя включались в работу, двигатель работал на всех цилиндрах 1-1,5 мин для восстановления теплового режима на максимальных оборотах. Далее пункты 2-6 повторялись для каждой пары. При каждом из опытов, полученные фактические частоты вращения коленчатого вала при работе на каждой их четырех пар цилиндров усреднялись. Далее определялось значение мощности механических потерь при усредненной частоте вращения на основании полученной зависимости NM =f(n). После этого двигатель нагружался тормозом до номинального режима, вычислялась его эффективная мощность в тормозном режиме и подсчитывались значения 4м, С и частоты вращения га"_6 Повторность опыта многократная. Полученные при каждом опыте параметры бестормозных испытаний м, С и частоты вращения п"_6 анализировались и усреднялись. При принятых расчетных параметрах подсчитывались значения мощности двух цилиндров и всего двигателя. Полученные по этим формулам значения сравнивались со значениями мощностей, полученных тормозным, парциальным, дифференциальным и динамическим методом. Для разработки предлагаемого бестормозного метода необходимо проверить величины, входящие в формулы бестормозных испытаний на предмет стабильности от различного технического состояния, выявить зависимости и отработать алгоритм диагностирования. Предположим, что мощность, являющаяся выходным функциональным параметром, можно принять в качестве диагностического параметра, а также контроля правильности и качества ТО и ремонта. Мощность двигателя (и отдельных цилиндров) зависит от большого числа факторов. Рассмотрим наиболее общие из них для дизельного двигателя с непосредственным впрыском. Она зависит от [125,130,179]: 1. Количества подаваемого в цилиндры топлива; 2. Количества и качества воздушного заряда (температура, давление и масса заряда и т.п.); 3. Качества рабочей смеси (сортность топлива и его фракционный состав, качество распыла при впрыскивании и т.п.); 4. Фазовых параметров (фазы газораспределения, топливоподачи и т.д.). Положим в соответствии с известной методикой, что неисправности подразделяются на общие (влияющие на все цилиндры) и цилиндровые (влияющие на один цилиндр). Тогда исходя из этого, а также из анализа литературных данных можно наметить следующие разрегулировки: 1. Разрегулировка угла впрыска топлива; 2. Имитация засорения воздухоочистителя; 3. Разрегулировка давления впрыска форсунки. Имеем в виду, что форсунка является наименее надежным узлом дизеля, и ее неисправности часто встречаются в практике; 4. Разрегулировка цикловой подачи. 5. Разрегулировка теплового зазора клапанов; Таким образом, исходя из приведенных возможных неисправностей для решения поставленной задачи можно произвести имитацию двух общих (1 и 2) и трех цилиндровых неисправностей (3,4 и 5), что и было намечено для эксперимента. Для каждого значения параметра технического состояния под-считывались значения основных параметров бестормозных испытаний в соответствии с методикой, изложенной выше в п. 3.3. Нарушение угла впрыска топлива является общей неисправностью. Оптимальное значение угла опережения важно для дизеля. При его нарушении падает мощность, изменяется жесткость работы дизеля, а также дымность отработавших газов. При раннем угле опережения топливо воспламеняется и сгорает до прихода поршня в ВМТ, в результате чего возрастает жесткость работы дизеля и дымность отработавших газов, мощность при этом снижается. При позднем угле опережения воспламенение происходит позже, и топливо догорает при такте расширения, в результате чего уменьшается мощность и топливная экономичность, а двигатель работает «мягче» и дымит. Примечание: угол опережения впрыска зависит от следующих параметров [101]: 1. Износа плунжерной пары. При сильном износе происходит запаздывание момента впрыска из-за утечек топлива через зазор в паре. 2. Затяжки иглы форсунки. При слабой затяжке впрыск произойдет раньше, особенно при неисправном распылителе. 3. Работы и настройки муфты опережения впрыска. Она изменяет общий угол. 4. Регулировки плунжеров на геометрическое начало подачи топлива. При отклонении угла опережения впрыска от оптимального снижается эффективная мощность, увеличивается удельный расход топлива. Перед проведением имитации нарушения угла впрыска топлива проверялась работа автоматической муфты опережения угла впрыска: - Устанавливался датчик частоты вращения и адаптер давления. - На штуцер форсунки первого цилиндра устанавливался датчик впрыска 5 (рис. 3.6.).
Определение мощности, дымности отработавших газов и расхода топлива при бестормозных испытаниях восьмицилиндрового дизеля
Поскольку ранее было доказано, что нагрузка создаваемая механическими потерями отключенных цилиндров пропорциональна тормозной и от технического состояния двигателя не зависит, были исследованы возможности бестормозных испытаний для определения технического состояния восьмицилиндрового дизеля. Проведенная серия экспериментов предусматривала имитацию перечисленных выше неисправностей (нарушение угла опережения начала подачи топлива, имитация засоренности воздухоочистителя, нарушение давления начала подъема иглы распылителя, разрегулировка цикловой секционной подачи топлива, нарушение тепловых зазоров клапанов).
Анализируя данные, представленные на рис. 4.20., можно сделать вывод о том, что тенденция изменения фактической частоты вращения при работе на двух цилиндрах в зависимости от угла опережения начала подачи топлива носит практически одинаковый характер для всех цилиндров. Вместе с тем, можно отметить, что техническое их состояние различно (кривые 1,2,3,4 на рис. 4.20.). При увеличении угла опережения начала подачи топлива было отмечено возрастание жесткости и шумности работы при некотором снижении мощности. Замер дымности отработавших газов (ОГ) в бестормозном режиме, проведенный совместно с А.В. Кошевенко показал при этом, что с увеличением угла впрыска дымность имеет тенденцию к снижению (рис. 4.21.). В этом случае измеряется дымность двух цилиндров, работающих на корректорной ветви регуляторной характеристики, а значение дымности ОГ выступает в качестве дополнительного показателя технического состояния цилиндров. При снижении угла опережения начала подачи топлива помимо повышения дымности наблюдалось также повышение температуры ОГ.
Сравнение эффективных мощностей, полученных тормозным и бестормозным методами показали идентичность характера ее изменения. Снижение эффективной мощности относительно оптимального значения угла опережения начала подачи топлива объясняется следующим. При раннем угле опережения топливо воспламеняется и сгорает до прихода поршня в ВМТ, в результате чего возрастает жесткость работы дизеля, мощность при этом снижается. При позднем угле опережения воспламенение происходит позже, и топливо догорает при такте расширения, в результате чего уменьшается мощность и топливная экономичность, а двигатель работает «мягче» и дымит на всех режимах.
Анализ данных приведенных в табл. 4.3. показывает, что наименьшая погрешность наблюдается у метода, связанного с определением мощности по пропорциональности бестормозной и тормозной нагрузок %м -2,3%; наибольшая погрешность (6,2%) -у метода, аналогичного методу проф. Н.С. Ждановского (по коэффициенту пропорциональности С).
В целом можно заключить, что бестормозной метод «чувствует» нарушение угла опережения начала подачи топлива. При этом показатели, полученные при работе двигателя на двух цилиндрах не противоречат исследованиям, проведенным по этому вопросу ранее в тормозном режиме [173]. В связи с этим можно сделать вывод о применимости метода бестормозных испытаний для выявления технического состояния двигателя, вызванного нарушением угла опережения впрыска.
При уменьшении площади живого сечения впускного коллектора фактическая частота вращения при работе двигателя на двух цилиндрах в бестормозном режиме имеет устойчивую тенденцию к снижению всех четырех пар цилиндров, что позволяет отнести неисправность воздухоочистителя к разряду общих. Сказанное проиллюстрировано рис. 4.23.
Вместе с тем значительное снижение частоты вращения при работе двигателя на двух цилиндрах, а также и эффективной мощности, отмечено лишь при существенном уменьшении площади живого сечения впускного коллектора, т.е. при значительном увеличении разряжения на впуске. Так, уменьшение его сечения до 20% вызывает снижение эффективной мощности на 5%, а при уменьшении до 10% уже на 21%. Данный факт можно объяснить тем, что дизельный двигатель работает на бедной смеси и только при ее значительном обогащении (т.е. с уменьшением коэффициента избытка воздуха) теряется мощность, вызванная худшими условиями сгорания. Подтверждением данного высказывания может служить зависимость, приведенная на рис. 4.24. Идентичность протекания зависимости эффективной мощности при разных методах замера (рис. 4.25.) от площади живого сечения воздухоочистителя показывает, что указанные изменения чувствуются при бестормозных испытаниях, так же, как и при тормозных. Анализируя данные, представленные в табл. 4.4., можно заключить, что предлагаемые методы имеют по отношению к тормозному невысокую погрешность (не более 3,2%).
На основании данных, приведенных на рис. 4.20., 4.21., 4.22, 4.23., можно констатировать, что результаты по дымности и мощности отдельных пар цилиндров сходны, и их техническое состояние различно. Так, наименьшая дымность ОГ наблюдается у 2 и 8 цилиндров, в то же время эти цилиндры развивают и наименьшую мощность (рис. 4.20. и 4.23.). Это позволяет констатировать уменьшенное приращение цикловой подачи на корректорном режиме, что может быть вызвано, например, износом плунжерных пар или разрегулировкой секционной подачи. Максимальная дымность наблюдалась у 3 и 5 цилиндров, причем эти цилиндры имели некоторое снижение мощности (рис. 4.20. и 4.23.). Данный факт позволяет сделать вывод об ухудшенном качестве распыления топлива и неудовлетворительном состоянии деталей цилиндро-поршневой группы (сизый дым, вызванный попаданием картерно-го масла в камеру сгорания и понижена компрессия в пятом цилиндре). Наилучшие показатели по дымности ОГ и мощности были получены для 4 и 7 цилиндров, что свидетельствует об их достаточно хорошем техническом состоянии.
Сказанное выше, позволяет сделать заключение о том, что бестормозные испытания пригодны для определения технического состояния, вызванного засоренностью воздухоочистителя или колпака воздухозаборника.
