Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования .9
1.1 Производство и потребление топлива в России .9
1.2 Общая характеристика загрязненности топлива с учетом его производства, хранения, транспортирования и эксплуатации транспортных средств 14
1.3 Влияние загрязнения топлива на надежность дизельных двигателей 18
1.4 Требования, предъявляемые к дизельному топливу 21
1.5 Методы очистки топлива и устройства для очистки в системах питания дизельных двигателей .25
1.6 Методы оценки ресурса фильтрующих элементов и системы определения загрязненности фильтров 33
1.7 Выводы 38
1.8 Цели и задачи исследования .39
Глава 2 Теоретические основы оценки состояния фильтра в процессе эксплуатации 41
2.1 Общие теоретические положения метода аналогий 41
2.2 Применение метода аналогий для оценки состояния фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки 44
2.3 Оценка изменения ресурса фильтра тонкой очистки в зависимости от пробега транспортного средства 55
2.4 Выводы 59
Глава 3 Программа и методика экспериментальных исследований 61
3.1 Программа. Общая структура исследования 61
3.2 Методика проведения замеров параметров топлива 62
3.3 Методика проведения замеров упругости мембран фильтров и их веса .68
3.4 Методика проведения замеров разряжения в топливопроводе системы «Common Rail» с помощью калибратора «Метран» 71
3.5 Методика оценки выбросов вредных веществ в выхлопных газах 75
3.6 Методика эксплуатационных испытаний транспортных средств, укомплектованных системой Common Rail 82
3.7 Методика обработки результатов исследований .83
Глава 4 Результаты испытаний устройств для контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail 84
4.1 Разработка конструкции устройств для оценки загрязненности фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива 84
4.2 Результаты исследования дымности дизельных двигателей, укомплектованных фильтрами с различным пробегом 98
4.3 Результаты исследования изменения коэффициента упругости фильтрующего элемента при его обработки ультразвуком .101
4.4 Результаты исследования пропускания топлива фильтрами с различным пробегом .103
4.5 Результаты эксплуатационных исследований автомобилей, укомплектованных фильтрами тонкой очистки с пробегом более 10000 км 106
4.6 Выводы 107
Глава 5 Экономическая эффективность использования устройств оценки состояния фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail .109
Общие выводы .111
Список литературы
- Общая характеристика загрязненности топлива с учетом его производства, хранения, транспортирования и эксплуатации транспортных средств
- Применение метода аналогий для оценки состояния фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки
- Методика проведения замеров упругости мембран фильтров и их веса
- Результаты исследования изменения коэффициента упругости фильтрующего элемента при его обработки ультразвуком
Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что производство топлив для автотранспортной и сельскохозяйственной техники продолжает неуклонно расти. По данным Росстата в 2000-е годы производство автобензинов в России увеличилось на 32%, а дизельного топлива – на 42%. Прогнозы, проведенные специалистами различных организаций, свидетельствуют, что парк мобильной сельскохозяйственной техники, оснащенной дизельными двигателями также будет расти.
Ввиду ужесточения экологических норм выброса вредных веществ в атмосферу, а также потребностью в повышении мощностных характеристик двигателей внутреннего сгорания была разработана топливоподающая система Common Rail – ее характерным отличием от традиционных систем топливоподачи является высокое давление подачи топлива в камеру сгорания и высокая степень очистки используемого топлива. Наиболее уязвимым звеном системы Common Rail является степень фильтрации, определяемая моментом наступления закупоривания пор фильтрующего элемента.
Существующие методы оценки ресурса фильтрующих элементов топливных фильтров достаточно сложны для реализации в условиях хозяйств, а предлагаемые технические решения по определению загрязненности фильтров имеют существенные недостатки, связанные со своевременностью принятия решения о проведении замены.
Поэтому исследования по совершенствованию способов фильтрации топлива, конструкций и устройств для повышения качества фильтрации топлива и оценке состояния фильтрующих элементов является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. Научными исследованиями по диагностированию фильтров тонкой очистки дизельного топлива занимались многие исследователи: Г.Ф. Большаков, Г.В. Борисова, Г.С. Бродский, Н.В. Бышов, В.И. Ванцов, В.И. Волков, В.А. Готовцева, М.А. Григорьев, Ю.И. Дмитриев, Н.С. Ждановский, Е.Н. Жулдыбин, В.П. Зезекало, В.А. Зорин, Г.Д. Исаенко, М.В. Калинина, А.П. Картошкин, В.П. Коваленко, Г.Д. Кокорев, Т.Н. Митусова, А.В. Николаенко, В.М. Пащенко, А.С. Поляков, А.И. Руденко, К.В. Рыбаков, А.П.Севостьянов, А.А.Симдянкин, А.В.Симоненко, Э.И.Удлер, Е.А.Улюкина, И.А.Успенский, З.Л.Финкельштейн и др.
Однако, не смотря на большое количество технико-технологических решений по повышению эффективности оценки состояния фильтра тонкой очистки дизельного топлива и его реализации, они далеко не исчерпаны.
Цель исследований – определить остаточный ресурс фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail на основании оценки состояния его фильтрующего элемента.
Задачи исследований:
1. Получить аналитические зависимости, основанные на применении метода электромеханических аналогий, позволяющие ранжировать влияние параметров топливоподачи и состояния фильтрующего элемента на
характеристики фильтра тонкой очистки топлива;
2. Получить аналитические зависимости, позволяющие прогнозировать
реальный ресурс фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail,
учитывающий состояние его фильтрующего элемента;
3. Определить конструктивно-технологические параметры устройств
для реализации систем контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива
системы Common Rail, позволяющих оценить фактическое состояние и его
остаточный ресурс непосредственно в период эксплуатации транспортного
средства;
4. Оценить работоспособность устройства для реализации систем
контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail в
производственных условиях и определить его технико-экономическую
эффективность.
Объект исследования – характеристики фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail.
Предмет исследования – изменение характеристик фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail в процессе эксплуатации.
Научная проблема заключается в формировании подхода к оценке изменения характеристик фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail в процессе эксплуатации, и на ее основе – остаточного ресурса.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- аналитические зависимости, позволяющие оценить влияние
параметров топливоподачи системы Common Rail и состояния
фильтрующего элемента на характеристики фильтра;
- аналитические зависимости, позволяющие спрогнозировать реальный
ресурс фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail,
учитывающие состояние его фильтрующего элемента;
- конструкции устройств для реализации систем контроля состояния
фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail, позволяющих
оценить фактическое состояние и остаточный ресурс фильтра
непосредственно в период эксплуатации транспортного средства;
- результаты исследований по оценке фактического состояния и
остаточного ресурса фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail.
Научную новизну работы представляют:
методика оценки изменения характеристик фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail;
методика оценки ресурса фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail, учитывающая состояние его фильтрующего элемента;
- аналитические зависимости, основанные на применении метода
электромеханических аналогий, позволяющие ранжировать влияние
параметров топливоподачи и состояния фильтрующего элемента на
характеристики фильтра тонкой очистки топлива;
- конструктивно-технологические параметры устройств для реализации систем контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail, позволяющих оценить фактическое состояние и его остаточный ресурс непосредственно в период эксплуатации транспортного средства.
Практическую значимость работы представляют:
-система контроля состояния фильтра двигателя внутреннего сгорания (патенты №120149, №113788)
-система оценки состояния фильтра, обеспечивающая контроль его характеристик в процессе эксплуатации и позволяющая использовать 23…27% фильтров после установленного пробега 10000 км повторно до достижения ими пробега 20000 км.
Методы исследования. Для оценки ресурса топливного фильтра
тонкой очистки топлива системы Common Rail, а также топливно-
экономических и экологических показателей использовалась методика,
изложенная в действующих государственных и отраслевых стандартах. С
целью оценки изменения характеристик фильтрующего элемента топливного
фильтра использовался метод электромеханических аналогий. Для
определения технологических и конструктивных параметров устройств для
реализации систем контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива,
позволяющих оценить фактическое состояние и остаточный ресурс фильтра
непосредственно во время эксплуатации транспортного средства,
использовалось оборудование, прошедшее своевременную поверку.
Достоверность основных положений работы подтверждена
сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований
(расхождение не более 5%), и положительными результатами
производственных испытаний.
Реализация результатов исследования. Разработанные системы контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail в составе двигателей Cummins ISF прошли производственную проверку в ООО «Павелецкий молочный завод» и при пробеге автомобилей КАМАЗ 43255 от 19024 км до 20891 км подтвердили выдвинутые теоретические предположения о возможности увеличения ресурса без ухудшения основных характеристик двигателя (мощности, расхода топлива, экологической безопасности).
Личный вклад автора состоит в формировании методик оценки ресурса топливного фильтра тонкой очистки топлива системы Common Rail непосредственно в процессе эксплуатации транспортного средства, определении технологических и конструктивных параметров устройств для реализации систем контроля состояния фильтра тонкой очистки топлива, проведении лабораторных и производственных испытаний.
Апробация результатов. Основные положения диссертации и результаты исследований доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов ФГБОУ ВПО РГАТУ (2010…2014 гг.); Международной научно-практической
конференции «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» (г.Саранск, 2012 г.); в рамках конкурса «Молодой ученый года-2012» имени академика И.П. Павлова (г. Рязань, 2012 г.); победитель программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 статей опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента РФ на полезные модели. Общий объем публикаций составляет 5.7 п.л., из них автору принадлежит 4.1 п.л.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 101 наименований и приложений 7 с. Работа представлена на 135 с., содержит 61 рисунок и 22 таблицы.
Общая характеристика загрязненности топлива с учетом его производства, хранения, транспортирования и эксплуатации транспортных средств
Кроме того, Интерфакс-ЭРА привлекает расчеты объемов выбросов, загрязняющих веществ от автомобильного транспорта, при этом методика оценки автомобильных выхлопов базируется на данных о структуре автомобильного парка, выборочном мониторинге интенсивности движения и вычислении суммарного пробега.
Интересным фактом таких расчетов является то, что только в нескольких регионах (Магаданская область, Камчатский край, Чукотский округ, Республики Саха-Якутия и Карелия) оценка потребленного топлива по автомобильным выхлопам меньше, чем данные по реализации топлива. Дело в том, что 80% из этих регионов снабжаются нефтепродуктами через систему «северного завоза», осуществляющую жесткий контроль за объемом поставок. Совсем по-другому обстоят дела в группе регионов (Дагестан, Чечня, Ингушетия), где это соотношение резко превышает средний для РФ показатель. Статистический анализ данных, приведенных на рисунок 1.3, показывает, что для большей части регионов России не учитывается, минимум, половина потребленных моторных топлив. 1.2 Общая характеристика загрязненности топлива с учетом его производства, хранения, транспортирования и эксплуатации транспортных средств
При производстве, хранении, транспортировании и использовании моторного топлива в него попадают частицы, находящиеся в кристаллическом, аморфном, жидком и газообразном состояниях. Эти примеси могут обладать высокой твердостью или быть пластичными, могут коагулироваться и образовывать достаточно сложные цепочки, вступать в химические реакции друг с другом и образовывать нежелательные химические соединения. Загрязнениями можно считать все частицы, которые попали в топливо, независимо от их структуры, состава и количества, которое может существенно изменяться.
Прогнозы специалистов позволяют предположить рост парка дизельных двигателей, применяемых на мобильной сельскохозяйственной технике (таблица 1.3) [48]. Поэтому весьма актуальными становятся вопросы снижения выбросов вредных веществ этими двигателями [45], при этом известно, что твердые частицы – это очень большой процент от общих выбросов.
По действующим стандартам и техническим условиям заводы-изготовители ограничивают максимальное количество загрязнений в дизельном топливе, при этом не выделяются какие-либо группы, а также вода [ГОСТ 55475-2013]. Например, доля серы не должна превышать 10 мг/кг для класса К5 и 350 мг/кг для класса К3; общее загрязнение 24 мг/кг; массовая доля воды 200 мг/кг. Объединенная проба составляет 3 дм3 независимо от представленного на экспертизу объема топлива [16].
Существующие методы оценки загрязнений могут обнаруживать содержание механических загрязнений в случае, если их концентрация 0,005% [29]. Метод Дина-Старка позволяет определить содержание свободной воды в топливе, если ее больше, чем 0,025%, все остальное - следы воды в топливе [14].
Типы присадок, улучшающие свойства дизельных топлив Упаковка, транспортирование и хранение дизельного топлива должно соответствовать ГОСТ 1510, срок хранения дизтоплива – 1 год. В этот период присадки в дизтопливо должны вести себя достаточно нейтрально, а вот при перевозке топлива или хранения в нем может накапливаться очень большое количество загрязнений (рис.1.5) [24]. В общем случае, присадки могут химически реагировать с загрязнениями, как правило, не являющимися нейтральными.
Известно, что существует непосредственная зависимость загрязненности топлива в топливных баках транспортных средств от запыленности, а, следовательно, и от сезона эксплуатации. Загрязненность может достигать значений 200…400 г на 1 т топлива [3,5,8,25,34,36,39], а елси транспортное средство работает в карьерах, часто использует для перемещения проселочные дроги, то содержание загрязнений может увеличиваться до 1,5 раз.
В средней климатической зоне при транспортировании, хранении и заправке транспортных средств летом загрязненность топлива имеет вид, представленный на рис.1.6, в баках транспортных средств – на рис.1.7. Рисунок 1.6 – Накопление загрязнений (%)
Загрязненность топлива в баках автомобиля (%) При колебаниях температуры и влажности дизельное топливо начинает впитывать пары влаги из воздуха, и, чем больше площадь поверхности топлива, тем больше паров будет поглощено. Пары могут образовывать отдельные микрокапли, а если они перемешаются с топливом, то образуют водотопливную эмульсию [64]. Переход воды в эмульсионное состояние с диаметром капли 7…8 мкм происходит при понижении температуры топлива, а осаждение на поверхности холодного топлива микрокапель сопровождается повышением температуры. Однако, и то, и другое чрезвычайно затрудняет удаление влаги из топлива.
В топливе «растворенная» вода находится в виде отдельных молекул, и до точки насыщения эти молекулы не взаимодействуют с молекулами углеводородов. Однако, вода может стать «инкубатором» для микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности: при проведении исследований в резервуаре емкостью 4000 м3 в 1 мл отстоявшейся воды обнаружено 62 млн. колоний микроорганизмов (при сроке хранения топлива, превышающим 1 год), а на границе раздела «вода - дизельное топливо» - 196 млн. колоний.
Таким образом, исходный объем загрязнений топлива многократно увеличивается при его хранении в емкостях на складах, транспортных цистернах и топливных баках транспортных средств, и многократно же превосходит данные, указанные в стандартах. Безусловно, это крайне отрицательно скажется на надежности, в первую очередь, топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы дизеля при его эксплуатации.
Применение метода аналогий для оценки состояния фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки
Наибольшее распространение в последнее время получили фильтры второй группы (с пористыми перегородками), поэтому ограничимся в рамках данного исследования рассмотрением способов устройств их реализации и расчета ресурса.
Наряду непосредственно с фильтрацией топлива большое значение имеет информация о состоянии фильтрующего элемента топливного фильтра. Это связано с тем, что загрязнение топлива зависит и от его исходного состояния, и от условий эксплуатации, как уже указывалось выше. Создание систем контроля состояния фильтров дизельного топлива направлено на проведение замены фильтра, в первую очередь, в зависимости от степени загрязнения фильтрующего элемента, а не только от установленного производителем ресурса [33]. При сильно загрязненном топливе фильтрующие элементы фильтра тонкой очистки топлива закупориваются уже до проведения плановых профилактических работ. В этом случае производится досрочная замена загрязненного фильтра тонкой очистки дизельного топлива. При использовании высокого качества топлива, фильтры тонкой очистки дизельного топлива заменяются преждевременно, в результате чего происходит замена еще работоспособного фильтра.
Системы оценки ресурса фильтров базируются, в основном, на расчетно экспериментальном определении сразу нескольких параметров [6,21,32,40,72,76]. В качестве примера приведем расчет ресурса фильтра, базирующегося на законе фильтрации Дарси. Этот закон применяется для условно сплошного цилиндрического пористого фильтрующего элемента (мембраны), с учетом линейного увеличения степени обжатия фильтрующего материала от периферии к центру и уменьшения проницаемости по гиперболическому закону: где Р0 – перепад давления на фильтрующем элементе; V – расход топлива; –кинематическая вязкость топлива; – кинематическая плотность; К0 – коэффициент проницаемости фильтрующего материала в свободном состоянии; – соотношение наружного и внутреннего диаметров фильтрующего элемента; nв – степень обжатия материала на внутреннем диаметре.
Далее постулируется, что очистка загрязнений достигает 95%, и из заданных условий выводится формула очистки топлива фильтрующим элементом: (1.2) где 0 – начальная пористость исходного материала фильтра.
Далее вводится условие, что пористая (поровая) структура фильтрующего материала обеспечивает процесс фильтрования с постепенным закупориванием пор. Это условие в конечном итоге помогает определить максимальный ресурс работы фильтрующего материала, связав его с начальным Р0 и конечным Р перепадом давления на фильтрующем элементе: с0 - концентрация загрязнений; ф - коэффициент полноты очистки; I эмпирический коэффициент конкретного процесса очистки топлива; т - время процесса фильтрования; -разность квадратов наружного и внутреннего диаметров фильтрующего элемента; Н– высота фильтроэлемента.
Следует иметь в виду, что для большинства сельскохозяйственной техники параметр будет выражаться в мото-часах, а для автотранспортной техники – в пробеге в километрах. Понятно, что в условиях эксплуатации транспортного средства провести теоретико-экспериментальную проверку вышеуказанных параметров крайне затруднительно, и, более того, требует высокой квалификации работника и специального дорогостоящего оборудования. Поэтому постоянно предпринимаются попытки оценить в процессе работы дизеля состояние фильтрующего элемента более простыми методами, и сделать вывод о необходимости замены фильтра или, наоборот, о продолжении его эксплуатации, например, при использовании топлива с низкой степенью загрязненности.
Рассмотрим наиболее эффективные технические решения в данной области. Например, известен индикатор засоренности фильтра, включающий манометр, фильтр, в корпусе которого установлен фильтрующий элемент, и обратный клапан, фильтр дополнительно снабжен установленным в канале основного обратного гидроклапана вторым гидроклапаном и дросселем, к которому присоединен манометр (рисунок 1.10) [1]. Однако, такое решение имеет существенный недостаток – оно не позволяет информировать водителя транспортного средства или технический персонал, его обслуживающий, о разгерметизации фильтрующего элемента.
Также известен сигнализатор засорения фильтра топливной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащий включенный в цепь сигнализации и размещенный в корпусе манометрический датчик, полости которого сообщены каналами с входом и выходом фильтра, отличающийся тем, что с целью устранения влияния изменения параметров топлива на показания сигнализатора, он снабжен дополнительным чувствительным элементом манометрического датчика и установленным за фильтром сопротивлением, гидравлическая характеристика которого идентична характеристике фильтра, а вход и выход сопротивления сообщены с полостями дополнительно чувствительного элемента (рисунок 1.11) [2].
Методика проведения замеров упругости мембран фильтров и их веса
Аналогичные действия можно провести для двух других режимов работы двигателя. С использованием метода электромеханических аналогий получена зависимость изменения скорости реагирования мембраны от параметров топливоподачи (сила, действующая на мембрану при создании разрежения; частота пульсаций топлива в топливопроводе), вязкости топлива и засоренности фильтрующего элемента (изменение коэффициента упругости; изменение массы мембраны). При этом показано, что определяющим для скорости колебаний мембраны является ее засоренность, а полученная закономерность изменения скорости колебаний от состояния фильтрующего элемента в период эксплуатации двигателя близка к линейной.
В качестве косвенного параметра состояния фильтрующего элемента, который регламентируется технической документацией производителя, предложено использовать разрежение в системе топливоподачи Common Rail, измеряя которое можно однозначно утверждать, нужна ли замена фильтра тонкой очистки или нет.
Получены аналитические зависимости, позволяющие оценить разрежение в системе топливоподачи Common Rail в зависимости от пробега транспортного средства на трех режимах: холостой ход, частота вращения коленчатого вала 1400 мин-1 и 2000 мин-1.
Получены аналитические зависимости ресурса фильтрующего элемента топливного фильтра тонкой очистки системы CommonRail от разряжения в топливопроводе. выбор конструкций устройств для оценки загрязненности фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива, встраиваемых непосредственно в систему Common Rail,с возможностью оперативного получения информации о его техническом состоянии; исследование основных параметров устройств для оценки загрязненности фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива в составе системы Common Rail; исследование характеристик топлива до и после его прохождения через фильтры, имеющие различную наработку (плотность, динамическая вязкость, температура); эксплуатационные исследования дизельных двигателей применяемых на мобильной сельскохозяйственной технике штатного и экспериментального (с устройством для оценки загрязненности фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива) исполнения по эксплуатационным показателям.
Двигатель Cummins ISF-дизельный, 4-тактный, с турбонаддувом, охлаждением наддувочного воздуха, жидкостного. Данный тип дизельных двигателей устанавливается на Камаз 43255. Технические характеристики двигателя приведены в таблице 3.1.
Выбор конструкций устройств для оценки загрязненности фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки топлива проводился на основе патентных исследований и обзора литературы. На основании проведенного анализа были разработаны и запатентованы две конструкции, позволяющие оперативно получать информацию о техническом состоянии фильтрующего элемента (см. раздел 4). Вязкость и динамическая плотность топлива измерялись в условиях специализированной лаборатории, при этом все оборудование имеет соответствующие сертификаты качества и прошло своевременную поверку.
Для определения вязкости дизельного топлива до и после обработки применялся плотномер вибрационный «ВИП–2М» (рисунок 3.1), технические характеристики которого приведены в таблице 3.2.
Методика проведения замеров состояла в следующем. Перед заполнением датчиков плотномеров исследуемой пробой убеждались в том, что все смачиваемые детали (патрубки для заполнения и измерительная ячейка) являются стойкими к загружаемой пробе.
Проба должна находиться в однородном состоянии и быть свободной от газовых пузырьков. Суспензии или эмульсии могут подвергаться разделению в измерительной ячейке, что приведет к ошибочным результатам измерения. Такие пробы следует держать в измерительной ячейке короткое время, а перед заполнением ячейки их рекомендуется подвергать предварительному термостатированию
Результаты исследования изменения коэффициента упругости фильтрующего элемента при его обработки ультразвуком
При этом, исходя из данных (таблица 4.1), в зоне допустимых значениях разряжений находится 23 из 30 фильтров (76,7%). Анализ показывает, что запас пробега у фильтров, находящихся в зоне 105…108,3 мБар, составляет в среднем 11%; в зоне 108,3…111,7 мБар - 8,3%; в зоне 111,7…115 мБар - 5,5%; в зоне 115… 118,3 мБар - 2,8%; в зоне 118,3…120 мБар - 0,7%. Таким образом, существует запас пробега у фильтров, попадающих в зону 105… 111,7 мБар, количество которых составляет 7 шт. (23%).
Начальное среднее значение разряжения на выходе для всех новых фильтров, используемых в эксперименте, составляет 51,63 мБар (среднее квадратичное отклонение а = 1,43). В процессе эксплуатации единая группа фильтров распадается на две подгруппы. Первая - фильтры, быстро теряющие упругость фильтрующего элемента и, следовательно, быстро приближающиеся к максимально допустимым значениям разряжения на выходе (количество фильтров при пробеге 10000 км – 22 шт. или 73%, при пробеге 20000 км – 23 шт. или 77%). И вторая – «умеренно» приближающаяся к максимально допустимым значениям разряжения на выходе (количество фильтров при пробеге 10000 км – 8 шт. или 27%, при пробеге 20000 км – 7 шт. или 23%). Построим зависимости изменения разряжений отдельно для этих двух подгрупп (рисунок 4.10). На рисунке приведены линии аппроксимирующих зависимостей y и величины достоверности аппроксимации R2.
Анализ приведенных зависимостей показывает, что существует возможность продления срока эксплуатации части фильтров (23…27% от общего количества) после установленного производителем срока их замены (10000 км) вплоть до 20000 км.
Изменение средних значений разряжения на выходе фильтров для двух подгрупп в зависимости от пробега
Кроме того, найденные по результатам измерений в Разделе 2 зависимости – рисунки 2.15 и 2.17, формулы (2.23)-(2.25),– позволяют водителю транспортного средства, находясь в кабине, контролировать остаточный ресурс фильтра тонкой очистки топлива, прогнозировать вероятность его отказа или дать рекомендации по замене фильтра непосредственно по показаниям калибратора давления "Метран" путем периодического включения электромагнитного клапана.
При низкой температуре окружающей среды вязкость дизельного топлива высокая. При увеличении вязкости дизельного топлива увеличивается сопротивление фильтрующего элемента, которое приводит в свою очередь к увеличению разряжения в системе питания. При высокой вязкости возможен пробой фильтрующего элемента и последующий выход из строя топливного насоса высокого давления из-за высокого разряжения в системе топливоподачи. С целью получения информации о температуре и вязкости дизельного топлива в топливопроводе перед фильтром тонкой очистки, штатная система двигателя Common Rail была снабжена нами электронным температурным датчиком [приложение 2]. Температурный датчик показывает температуру дизельного топлива, как при запуске дизельного двигателя, так и при других нагрузках работы двигателя. При получении температурного состояния дизельного топлива можно анализировать и иметь информацию по вязкости топлива, которая оказывает влияние на работоспособность фильтрующего элемента. При работе двигателя отслеживать температуру дизельного топлива нет необходимости, поэтому система питания дизельного двигателя снабжена электровыключателем. С целью оперативного получения информации по температуре и вязкости дизельного топлива перед фильтром тонкой очистки двигателя электровыключатель установлен в кабине водителя в удобном для него месте. Водитель имеет возможность в любое время при различных режимах работы двигателя включить электровыключатель и иметь информацию о температуре и вязкости дизельного топлива. Нами предложена система контроля состояния фильтра двигателя внутреннего сгорания (рисунок 4.11) состоящая из топливного бака 1, фильтра 2 тонкой очистки дизельного топлива, магистрали 3 низкого давления, топливного насоса 4 высокого давления (ТНВД), магистрали 5 высокого давления, топливной рампы 6, клапана 7 контроля потока топлива, инжекторов 8, магистрали 9 обратного потока топлива, электромагнитного клапана 10, калибратора давления "Метран" 11, электронного датчика температуры 12, электровыключателя 13, электронного контрольного прибора 14, выполненного в виде циферблата показывающего температуру и вязкость дизельного топлива, причем вязкость обозначена разными цветами, стрелки 15 (рисунок 4.12).
Схема реализации системы контроля состояния фильтра с учетом температуры и вязкости топлива
Для снятия показаний вязкости и температуры дизельного топлива электронный температурный датчик 12, устанавливается перед фильтром тонкой очистки 2, так как в этом случае минимальны потери на сопротивление в системе топливопровода. При рабочей температуре двигателя отслеживать температуру дизельного топлива нет необходимости. Поэтому система питания дизельного двигателя снабжена электровыключателем 13. Для удобства контролирования показаний температурного датчика, электронный контрольный прибор 14 выведен на щиток приборов автомобиля (рисунок 4.12). Рисунок 4.12 - Индикатор системы контроля состояния фильтра с учетом температуры и вязкости топлива
На циферблате электронного контрольного прибора 14 отградуированы температурные значения от -30 до +40C, эти значения позволяют определить температуру дизельного топлива в топливопроводе перед фильтром тонкой очистки. При этом возможно дать рекомендации по эксплуатации (запуску) двигателя внутреннего сгорания в условиях низких температур. Рассмотрим пример работы предложенного устройства. Все сектора циферблата выполнены в виде разноцветных участков, причем каждый участок отвечает за определенный диапазон температуры и вязкости дизельного топлива. Вязкость дизельного топлива измеряется в мм2/c (сСт).Температура фильтрации дизельного топлива составляет Тф=-26C.
Возможны следующие варианты при работе устройства. 1. Белый сектор (-5 до +40)C. Вязкость дизельного топлива составляет 1,5 мм2/с (сСт). Благоприятные условия эксплуатации дизельного топлива. 2. Зеленый сектор (-5-15)C. Вязкость дизельного топлива составляет 2,5 мм2/с (сСт). Благоприятные условия эксплуатации дизельного топлива. 3. Синий сектор (-15-20)C. Вязкость дизельного топлива составляет3,0 мм2/с (сСт). Благоприятные условия эксплуатации дизельного топлива. 4. Желтый сектор (-20-25)C. Вязкость дизельного топлива составляет 4,0 мм2/с (сСт). Благоприятные условия эксплуатации дизельного топлива. 5. Красный сектор (-25-30)C. Вязкость дизельного топлива составляет5,0 мм2/с (сСт). Критично. Необходимо произвести нагрев дизельного топлива, до понижения вязкости до 4.0 мм 2/с (сСт). 6. Черный сектор (-30-35)C. При вязкости дизельного топлива 6,5 мм2/с (сСт) и более производить запуск двигателя внутреннего сгорания запрещено, так как возможно повреждение фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки.
