close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка метода безразборного диагностирования электромагнитных форсунок ДВС с впрыском лёгкого топлива и исследование изменений их рабочих показателей

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Березюков Денис Сергеевич Шифр научной специальности: 05.04.02 - тепловые двигатели Шифр диссертационного совета: Д 212.028.03 Название организации: Волгоградский государственный технический университет Адрес организации: 400005, г.В
На правах рукописи
БЕРЕЗЮКОВ Денис Сергеевич
РАЗРАБОТКА МЕТОДА БЕЗРАЗБОРНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ФОРСУНОК ДВС С ВПРЫСКОМ ЛЁГКОГО
ТОПЛИВА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ИХ РАБОЧИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели
Автореферат
диссертации на соискание учѐной степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2012
Работа выполнена на кафедре «Автотракторные двигатели» в Волгоградском
государственном техническом университете
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Васильев Александр Викторович.
Официальные оппоненты:
Гребенников Александр Сергеевич,
доктор технических наук, доцент,
Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.,
профессор кафедры «Автомобили и
автомобильное хозяйство»;
Зотов Николай Михайлович,
кандидат технических наук, доцент,
Волгоградский государственный
технический университет,
доцент кафедры «Техническая
эксплуатация и ремонт автомобилей».
Ведущая организация
ФГБОУ ВПО Московский государственный
агроинженерный университет имени
В.П. Горячкина.
Защита состоится « 09 » ноября 2012 г. в 1000 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном
техническом
университете
по
адресу:
400005,
г. Волгоград,
проспект Ленина, 28.
С диссертацией можно ознакомиться
государственного технического университета.
Автореферат разослан «
Учѐный секретарь
диссертационного совета
в
библиотеке
Волгоградского
» октября 2012 г.
Ожогин Виктор Александрович
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ДВС – двигатель внутреннего сгорания, ЭМФ – электромагнитная форсунка,
ЭБН – электробензонасос, РДТ – регулятор давления топлива, ЭСУД –
электронная
система
управления
двигателем,
ЭЭК
–
эталонный
электромагнитный клапан.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одним из самых ответственных элементов системы
топливоподачи современных бензиновых двигателей является ЭМФ.
Качественное протекание процессов дозирования топлива и образования
топливовоздушной
смеси
во
многом
определяется
техническими
характеристиками ЭМФ. Применяемые в двигателях с впрыскиванием топлива
ЭМФ обладают большим числом важных рабочих показателей, работают в
импульсном режиме в сложных условиях вибрации двигателя, повышенных
температур и загрязнения топлива. Поддержание требуемого быстродействия и
точности дозирования топлива в течение всего срока работы ЭМФ предъявляет
жесткие требования к совершенству их конструкции.
Тем не менее, техническое состояние ЭМФ в процессе эксплуатации
неизбежно ухудшается. Это связано с загрязнением фильтрующего элемента и
каналов для подачи топлива (элементов проточной части), износом подвижных
деталей, возможными межвитковыми замыканиями в обмотке катушки
электромагнита и другими неисправностями ЭМФ. Возникновение этих
неисправностей может оказывать существенное влияние на энергетические и
экологические характеристики двигателя, что объясняет необходимость
периодического контроля технического состояния ЭМФ.
Однако существующие методы оценки работоспособности ЭМФ обладают
рядом серьезных недостатков. С одной стороны, возможно проведение
качественного всестороннего диагностирования ЭМФ, но выполнение такой
комплексной проверки предусматривает демонтаж ЭМФ с двигателя и
использование сложного и дорогостоящего стендового оборудования, что не
всегда экономически оправдано. С другой стороны, методы, не
предусматривающие выполнение демонтажных работ, не позволяют получить
полную картину технического состояния ЭМФ, поскольку не дают возможность
определить абсолютные значения основных рабочих показателей ЭМФ и поэтому
не получили широкого практического применения. Исходя из этого, тема данной
работы является актуальной.
Цель работы. Разработка метода безразборного диагностирования ЭМФ.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Разработанный безразборный метод диагностирования ЭМФ, основанный
на измерении давления топлива в нагнетательной магистрали при неработающем
двигателе с использованием специального электронного блока для управления
работой ЭМФ и ЭБН, позволяет определить абсолютные значения основных
рабочих показателей ЭМФ.
2. Разработанная математическая модель работы ЭМФ впервые позволяет
исследовать влияние различных неисправностей, возникающих в процессе
3
эксплуатации ЭМФ, на закон движения ее запорной иглы и расходную
характеристику.
3. Экспериментально исследовано влияние изменения пропускной
способности и параметров быстродействия ЭМФ на цикловую подачу топлива на
различных режимах работы двигателя.
Достоверность
и
обоснованность
научных
положений
работы
обусловливаются использованием фундаментальных уравнений механики,
гидродинамики и электродинамики, обоснованностью допущений, принятых при
разработке расчѐтных моделей, высокой сходимостью результатов расчѐтов и
экспериментальных данных, согласованностью с известными результатами
исследований других авторов.
Практическую ценность работы представляют следующие результаты и
разработки.
1. Метод диагностирования ЭМФ и устройство для его реализации, в состав
которого входят электронный блок управления, датчик давления, ЭЭК и линии
связи с электрическими разъемами. Использование разработанного метода
позволяет повысить качество процесса диагностирования ЭМФ и снизить затраты
на его осуществление.
2. Методика расчета продолжительности электрических управляющих
импульсов ЭМФ, учитывающая как переходные процессы и характерные
временные задержки в работе ЭМФ, так и эксплуатационные изменения
статических и динамических показателей ЭМФ.
3. Рекомендации по совершенствованию алгоритмов бортовой диагностики
ЭСУД, позволяющие организовать управление рабочим процессом двигателя в
режиме ОС по техническому состоянию ЭМФ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной
работы были представлены на следующих конференциях: Юбилейная научнотехническая
конференция
«5-е
Луканинские
чтения.
Решение
энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, 2011); I
инновационная выставка достижений молодежи Волгоградской области
(Волгоград, 2011), работа отмечена дипломом I степени; Всероссийская научнопрактическая конференция с международным участием «Современные железные
дороги: достижения, проблемы, образование» (Волгоград, 2012); 25
Международный научно-технический семинар имени Михайлова В. В.
«Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники» (Саратов,
2012); Региональный молодежный инновационный конвент (Волгоград, 2012);
XIV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области
(Волгоград, 2010); ежегодные научно-практические конференции ВолгГТУ
(Волгоград, 2010, 2011, 2012), а также на научных семинарах и заседаниях
кафедры “Автотракторные двигатели” ВолгГТУ.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных
работ, из них 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объѐм работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 89
4
наименований. Работа содержит 131
включающего 7 таблиц и 47 рисунков.
страницу
машинописного
текста,
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении кратко изложены основные аспекты решаемой проблемы и
обоснована еѐ актуальность, сформулированы научная новизна и практическая
ценность работы.
В первой главе выполнен обзор по существующим исследованиям,
посвященным проблемам изменения рабочих показателей ЭМФ в процессе
эксплуатации и созданию эффективных способов оценки их технического
состояния. Данные вопросы освещены в работах С. Г. Драгомирова, В. И.
Ерохова, В. Н. Шапрана, Н. Г. Певнева и других авторов. В этих работах
отмечено, что неисправности ЭМФ приводят к падению мощности двигателя,
неустойчивой работе на режимах минимальных частот вращения, увеличению
расхода топлива, повышенной токсичности отработавших газов, затрудненному
пуску двигателя, возрастанию уровня шума и вибрации, повышению склонности
двигателя к детонации. Так, исследования Г. В. Овчинникова показали, что
загрязнение и износ деталей ЭМФ после наработки 150 тыс. км пробега
автомобиля приводит к снижению эффективной мощности двигателя на 3 – 9 %,
эффективного крутящего момента на 4 – 6 %, увеличению удельного
эффективного расхода топлива на 2 – 6 %, выбросов CO и CH на 15 – 25 % и 15 –
40 % соответственно.
В работах А. Ю. Вереютина, И. П. Залозного, А. Н. Патрина, Н. В. Викторова
и др. показана возможность диагностирования ЭМФ без демонтажа их с
двигателя. В качестве диагностических параметров рассматривались
интенсивность колебаний давления топлива в нагнетательной магистрали
двигателя и давления воздуха в корпусе РДТ при работе ЭМФ, расход воздуха на
фиксированных режимах работы двигателя, вибрации трубопровода
нагнетательной магистрали и др. Основными недостатками этих методов
являются относительность результатов проверки, сложность поддержания
одинаковых условий процедуры диагностирования для всех установленных на
двигателе ЭМФ, сложность разделения статических и динамических показателей
пропускной способности ЭМФ.
Результаты анализа позволяют сделать выводы об актуальности темы и
сформулировать следующие задачи исследования:
1. Исследовать возможность определения показателей пропускной
способности и параметров быстродействия ЭМФ по различным диагностическим
параметрам (изменение давления топлива в нагнетательной магистрали во время
работы ЭМФ при работающем и отключенном ЭБН, падения напряжения на
выводах обмотки катушки ЭМФ).
2. Разработать математическую модель работы ЭМФ и оценить влияние
неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации, на закон движения
запорной иглы и расходную характеристику ЭМФ.
3. Создать лабораторную установку, разработать методику и провести
экспериментальное исследование влияния изменений рабочих показателей ЭМФ
5
на процесс топливоподачи на различных режимах работы, дать оценку
адекватности разработанной математической модели.
4. Разработать метод для безразборного диагностирования ЭМФ,
позволяющий с минимальными трудовыми и временными затратами установить
техническое состояние ЭМФ по основными рабочим показателям и предложить
устройство для его реализации.
Во второй главе решалась задача разработки методики расчета
продолжительности электрических управляющих импульсов, поступающих на
ЭМФ в процессе работы двигателя для обеспечения требуемой цикловой подачи
топлива, с учетом переходных процессов и характерных временных задержек в
работе ЭМФ, а также эксплуатационного изменения пропускной способности и
параметров быстродействия (статических и динамических показателей) ЭМФ.
Для теоретического исследования влияния эксплуатационных факторов на работу
ЭМФ проведено математическое моделирование движения запорной иглы ЭМФ.
Наличие временных задержек в работе ЭМФ приводит к несоответствию
значений длительности поступающих от ЭБУ двигателя электрических
управляющих импульсов TВПР и действительной продолжительности открытого
состояния ЭМФ (рис. 1). Неуправляемые временные параметры работы ЭМФ в
алгоритмах программы управления рабочим процессом двигателя учитываются
специальной динамической поправкой к значению TВПР. Однако, как показали
проведенные в ходе данной работы эксперименты, значения этих временных
задержек в процессе эксплуатации ЭМФ могут значительно изменяться. Кроме
того, пропускная способность ЭМФ (статическая производительность) под
действием неблагоприятных эксплуатационных факторов также подвержена
изменению.
ния иглы; TОП – времени опускания иглы; TСРАБ
пускания.
Рис. 1. Характеристика
время-сечение и временные параметры работы
ЭМФ: TВПР – длительность
управляющего сигнала от
ЭБУ; TТР – время трогания; TПОД – время подъема
иглы; TСТ – время с момента полного открытия
ЭМФ до окончания подачи импульса управления; TЗАЛ – время залипа– время срабатывания; TОТП – время от-
Разработанная методика расчета TВПР предполагает учет эксплуатационного
изменения параметров быстродействия и пропускной способности ЭМФ с
использованием различных коэффициентов коррекции и временных поправок.
Так, временные задержки в работе ЭМФ учитываются аддитивными поправками
K1 и K2, а их изменение – коэффициентом KД. Изменение пропускной способности
6
ЭМФ
учитывается
коэффициентом
KСТ.
Таким
образом,
расчет
продолжительности электрических управляющих импульсов TВПР сводится к
следующей системе взаимосвязанных уравнений:
K1 Д K 2 Д
GВПР
QСТ
T
K
K
K
K
K
;
K
;
K
;
СТ
1
СТ
2
Д
СТ
Д
ВПР Q
Q
K
K
СТ
ДСТ
1
2
(1)
GПОД
G
ОП
K1 TПОД
TЗАЛ TОП
; K 2 TТР TПОД ; TПОД
;
TОП
,
QСТ
QСТ
где GВПР – количество топлива, которое должно быть подано ЭМФ в текущем
цикле; QСТ – номинальная статическая производительность ЭМФ; KСТ –
коэффициент изменения статической производительности (пропускной
способности); K1, K2 – временные поправки, учитывающие переходные процессы
работы исправной ЭМФ, соответственно, зависящие и не зависящие от
пропускной способности ЭМФ; KД – коэффициент изменения динамических
показателей работы ЭМФ (поправок K1 и K2); QДСТ – текущая статическая
производительность ЭМФ; K1Д, K2Д – действительные (текущие) значения
временных поправок K1 и K2; T’ПОД, T’ОП – приведенное время, соответственно,
подъема и опускания иглы (время, необходимое для подачи того же количества
топлива, что и на этапах, соответственно, подъема и опускания иглы, при
номинальной статической производительности QСТ); GПОД, GОП – количество
топлива, поступившего, соответственно, за периоды подъема и опускания
запорной иглы ЭМФ.
Разработанная математическая модель работы ЭМФ, упрощенная расчетная
схема которой показана на рис. 2, позволяет исследовать процесс подачи топлива
при поступлении на выводы обмотки ЭМФ электрического управляющего
импульса.
а – элементы конструкции
б – сопряжение игла-корпус
распылителя
Рис. 2. Упрощенная расчетная схема ЭМФ: 1 - сердечник; 2 – обмотка электромагнита; 3 - пружина; 4 - якорь; 5 – запорная игла; 6 – распылитель.
В основу разработанной математической модели положено уравнение
движения запорной иглы ЭМФ:
7
d 2
m 2 FЭМ ОТК ,ЗАК FПР FТР FД FТ ,
(2)
dT
где m – масса подвижной части (запорная игла + якорь); d2δ/dT2 – ускорение
запорной иглы; FЭМ ОТК, FЭМ ЗАК – тяговое усилие электромагнита, действующее на
этапах, соответственно, открытия и закрытия ЭМФ; FПР – сила упругости
пружины; FД – сила от перепада давлений на входе и выходе клапана; FТР – сила
трения скольжения, действующая на подвижные части ЭМФ; FТ – сила тяжести
подвижной части.
Входящие в уравнение (2) силы определяются следующими выражениями:
R
R
T
U 02
U 0 2 L T 2 2
2
2
2
L
(1 e
) w 0 D
e
w 0 D 2
2
2
FЭМ ОТК R
; FЭМ ЗАК R
;
2
2
8
8
G d ПР 4 ( ПР )
d
FПР ;
FТР kТР kТР ;
FТ m g cos Ф ;
3
8 DПР iПР
dT
FД ( P1 P2 ) S ИД ( P1 P2 ) ( d И 2 d КИ 2 ),
4
где U0 – рабочее (установившееся) значение напряжения в обмотке
электромагнита ЭМФ; R, L – соответственно, сопротивление и индуктивность
обмотки; T – время; w – число витков обмотки; μ0 – магнитная постоянная
воздуха; Dδ – диаметр сечения воздушного зазора между сердечником и якорем
электромагнита; δ – перемещение запорной иглы; G – модуль сдвига для
материала пружины; DПР, dПР – диаметр, соответственно, пружины и проволоки;
δПР – предварительная деформация пружины; iПР – число витков пружины, kТР –
коэффициент гидродинамического трения в сопряжении игла – корпус
распылителя; υ – скорость движения иглы; P1 – высокое давление внутри ЭМФ; P2
– низкое давление на выходе ЭМФ; SИД – площадь воздействия давления на
запорную иглу; dИ, dКИ – диаметр иглы на стороне, соответственно, высокого и
низкого давления; g – ускорение свободного падения; αФ – установочный угол
наклона ЭМФ относительно вертикальной плоскости.
Дифференциальное уравнение движения запорной иглы ЭМФ (2) решалось в
системе компьютерной алгебры Mathcad. Для этого весь процесс движения иглы
ЭМФ, был разбит на этапы подъема, удержания и опускания с заданными
начальными условиями для каждого этапа. Поиск решений уравнения на всех
этапах проводился с использованием встроенной функции rkfixed, реализующей
численный метод Рунге–Кутты четвертого порядка с фиксированным шагом.
Для оценки адекватности разработанной математической модели проводилось
сравнение результатов определения временных параметров работы ЭМФ,
полученных экспериментально и при помощи данной модели (рис. 3).
Экспериментально временные параметры работы ЭМФ определялись по
характерным точкам осциллограмм напряжения на выводах обмотки ЭМФ при
подаче на нее электрических управляющих импульсов. При помощи
разработанной модели временные параметры работы ЭМФ были найдены по
закону движения запорной иглы ЭМФ.
8
GВПР, мг
Эксперимент
Модель
20
15
10
5
0
0
5
10
TВПР, мс
Рис. 3. Закон движения запорной иглы ЭМФ
Siemens Deka VAZ6238: теоретический (1) и
экспериментальный
(2),
построенный
по
характерным точкам осциллограммы напряжения (3)
на выводах обмотки ЭМФ.
Рис. 4. Теоретическая и
экспериментальная зависимости цикловой подачи топлива
от продолжительности поступающего на ЭМФ электрического управляющего импульса.
Анализ полученных зависимостей величины цикловой подачи топлива от
продолжительности электрического управляющего импульса (рис. 4) позволяет
сделать вывод о хорошей сходимости расчетных и экспериментальных данных.
Это подтверждает адекватность разработанной математической модели работы
ЭМФ.
При помощи данной модели исследовано влияние износа рабочих
поверхностей деталей ЭМФ (рис. 5), загрязнений проточных каналов,
межвитковых замыканий обмотки электромагнита (рис. 6) на закон движения
запорной иглы и расходную характеристику ЭМФ. Установлено, что
возникновение данных неисправностей в процессе эксплуатации ЭМФ может
привести к существенному рассогласованию необходимой и действительной
цикловой подачи топлива; причем это несоответствие зависит от характера
неисправности и режима работы двигателя.
В третьей главе представлены методика и результаты экспериментального
исследования эксплуатационного изменения рабочих показателей ЭМФ. При этом
обоснована возможность определения показателей пропускной способности и
параметров быстродействия ЭМФ по изменению давления топлива в
нагнетательной магистрали во время работы ЭМФ, а также по форме
осциллограмм напряжения на выводах обмотки катушки ЭМФ.
Для выполнения поставленных задач исследования была разработана
специальная безмоторная установка (рис. 7), позволяющая исследовать работу
топливоподающей аппаратуры двигателя с впрыском легкого топлива на
различных режимах работы.
9
б
а
Рис. 5. Влияние износа рабочих поверхностей деталей ЭМФ (заданного величиной рабочего хода δРАБ запорной иглы) на закон
движения запорной иглы (а) и расходную характеристику (б) ЭМФ (TВПР = 2,5 мс): 1 – δРАБ = 0,15 мм; 2 – δРАБ = 0,16 мм; 3 – δРАБ =
0,17 мм; 4 – δРАБ = 0,18 мм; 5 – δРАБ = 0,19 мм; 6 – δРАБ = 0,2 мм.
в
г
Рис. 6. Влияние межвиткового замыкания в обмотке электромагнита ЭМФ (заданного числом рабочих витков w) на закон
движения запорной иглы (а) и расходную характеристику (б) ЭМФ (TВПР = 2,5 мс): 1 – w = 100%; 2 – w = 90%; 3 – w = 80%; 4 – w =
75%; 5 – w = 74%.
10
б – общий вид
а – принципиальная схема
Рис. 7. Разработанная установка для исследования работы системы
топливоподачи двигателей с впрыском легкого топлива: 1 – ЭБН, 2 – топливный
фильтр, 3 –топливопровод, 4 – топливная рампа, 5 – ДДТ, 6 – ЭМФ, 7 – мерные
емкости, 8 – регулятор давления топлива, 9 – топливный бак, 10 – обратный клапан
Проведенные эксперименты показали, что характер колебаний давления
топлива в нагнетательной магистрали, вызванных работой ЭМФ при включенном
ЭБН не дает точной картины производительности ЭМФ. Более информативным
является измерение изменения давлении топлива при отключенном ЭБН. В этом
случае, степень изменения давления в нагнетательной магистрали достаточно
точно показывает техническое состояние ЭМФ по показателям статической и
динамической производительности.
Статическая производительность ЭМФ в ходе исследований задавалась
вручную при помощи специальных колпачков различной пропускной
способности, надеваемых на распылитель. Измерения падения давления в
нагнетательной магистрали для ЭМФ с разной статической производительностью
(рис. 8) проводились последовательно в режиме статической проливки ― на
испытываемую
ЭМФ
подавался
единичный
управляющий
импульс
продолжительностью 3 с.
Динамическая производительность задавалась с помощью встроенного в цепь
управления ЭМФ регулируемого делителя электрического напряжения. Известно,
что при изменении уровня управляющего напряжения параметры быстродействия
ЭМФ отклонятся от номинального значения. Зависимости изменения давления
топлива в нагнетательной магистрали двигателя при работе ЭМФ с различными
значениями динамической производительности приведены на рис. 9.
Исследование возможности оценки текущих параметров быстродействия и,
следовательно, динамической производительности ЭМФ по виду осциллограмм
напряжения на выводах обмотки катушки ЭМФ, получаемых при подаче на нее
электрического управляющего импульса (рис. 10), дало положительные
результаты. На осциллограммах напряжения наглядно отражаются переходные
процессы работы ЭМФ. Временные параметры работы ЭМФ могут быть найдены
по характерным точкам осциллограммы.
11
280
5
Давление, кПа
270
4
3
260
250
240
230
220
210
1
2
200
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
Время, с
Рис. 8. Изменение давления в нагнетательной магистрали при работе ЭМФ с
различными значениями статической производительности QСТ (TВПР = 3,0 с) : 1 – 100%; 2
– 73%; 3 – 52%; 4 – 45%; 5 – 30%.
275
7
265
6
1
Давление, кПа
255
5
4
245
235
225
215
205
195
1
185
0
5
10
15
2
20
3
25
30
35
40
45
50
55
60
Время, с
Рис. 9. Изменение давления в нагнетательной магистрали при работе ЭМФ с
различными значениями динамической производительности QД (TВПР = 2,5 мс, fВПР =
20,83 Гц): 1 – 100%; 2 – 95%; 3 – 86%; 4 – 78%; 5 – 74%; 6 – 66%; 7 – 62%.
Рис. 10. Осциллограммы ЭДС на
выводах обмотки
ЭМФ, полученные
для разных значений
напряжения
питания UПИТ.
12
В четвертой главе представлен разработанный метод диагностирования
ЭМФ, позволяющий без проведения демонтажных работ оценить их техническое
состояние с возможностью получения абсолютных значений рабочих показателей,
а также дано описание созданного устройства, реализующего предлагаемый
метод.
Сущность разработанного метода диагностирования ЭМФ заключается в
следующем. К нагнетательной магистрали двигателя подключаются датчик
давления топлива и ЭЭК, соединенные электрическими цепями со специальным
блоком управления, к которому также подключаются установленные на двигателе
ЭМФ и ЭБН (рис. 11). Далее, в соответствии с выбранным диагностическим
режимом, блок управления формирует электрические управляющие импульсы,
поступающие последовательно на проверяемые ЭМФ и ЭЭК. Поскольку ЭБН в
этот момент находится в отключенном состоянии, давление в системе начинает
уменьшаться с интенсивностью,
зависящей от продолжительности
и частоты импульсов, а также от
пропускной способности ЭМФ
(рис. 8, 9). Изменение давления
топлива в нагнетательной магистрали за фиксированный интервал
времени для каждой ЭМФ и ЭЭК
измеряется блоком управления на
основе сигнала датчика давления.
Режимы работы проверяемых
форсунок задаются электронным
Рис. 11. Схема подключения устройства для ди- блоком управления в виде шимодуляции
агностирования ЭМФ к двигателю: 1 – электрон- ротно-импульсной
управляющего
ный блок управления; 2 – устройство отображе- электрического
ния; 3 – ЭЭК; 4 – датчик давления; 5, 6, 7, 12, 13 сигнала. Оценка технического со– электрические цепи; 8 – штуцер; 9 – топливная стояния ЭМФ осуществляется по
рампа; 10 – ЭМФ; 11 – ЭБН.
показателям статической и динамической производительности, а
также неравномерности подачи путем сравнения величин падения давления топлива, полученных при работе ЭЭК и тестируемых ЭМФ на заданных режимах.
Таким образом, использование ЭЭК в разработанном методе позволяет
определить абсолютные значения рабочих показателей ЭМФ. Кроме того,
поскольку проверяемыми ЭМФ управляет специальный электронный блок,
обеспечивается возможность организации их работы на требуемых
диагностических режимах с поддержанием одинаковых условий измерений, что
позволяет существенно повысить качество процесса диагностирования ЭМФ.
Разработанное на кафедре АТД ВолгГТУ устройство для диагностирования
ЭМФ на основе данного метода (рис. 12) подтвердило его работоспособность и
практическую пригодность. Средние квадратические погрешности определения
динамической и статической производительности для различных комплектов
ЭМФ находятся в диапазонах, соответственно 0,17÷0,32 %, и 0,35÷0,66 %.
13
Показатель точности полученных результатов по А. К. Митропольскому
находится в диапазоне 0,05÷0,1 % для динамической производительности и
0,11÷0,21 % для статической производительности.
Рис. 12. Общий вид разработанного устройства для диагностирования ЭМФ и
подключение его к двигателю.
К преимуществам разработанного метода диагностирования ЭМФ следует
отнести возможность внедрения его в состав штатной ЭСУД. Основными
дополнительными элементами будут являться датчик давления топлива в рампе и
ЭЭК. Выполнение данной процедуры диагностирования ЭМФ в автоматическом
режиме через определенное время наработки двигателя позволит определить
текущие значения параметров быстродействия и пропускной способности ЭМФ
(через коэффициенты KСТ, KД K1, K2 в системе уравнений (1)). В сочетании с
использованием
разработанной
методики
расчета
продолжительности
электрических управляющих импульсов ЭМФ, учитывающей эксплуатационные
изменения в характере переходных процессов работы ЭМФ, это даст возможность
организовать работу ЭСУД в режиме ОС по текущему рабочему состоянию ЭМФ
и сократить тем самым расхождение между значениями желаемой и
действительной цикловой подачи топлива, что значительно повысит
эксплуатационные характеристики двигателя.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Разработан метод безразборного диагностирования ЭМФ, основанный на
измерении изменений давления топлива в нагнетательной магистрали, вызванных
работой ЭМФ при неработающем двигателе, с использованием специального
электронного блока для управления работой ЭМФ и ЭБН. Данный метод
позволяет определить абсолютные значения основных рабочих показателей ЭМФ
без демонтажа их с двигателя. Создано устройство, реализующее разработанный
метод диагностирования ЭМФ, с помощью которого подтверждена высокая
точность (pТД = 0,05÷0,1 %; pТСТ = 0,1÷0,2 %.) и практическая пригодность
данного метода.
14
2. Разработана математическая модель работы ЭМФ и оценено влияние
различных неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации, на закон
движения запорной иглы и расходную характеристику ЭМФ. Установлено, что
износ рабочих поверхностей деталей ЭМФ, загрязнение проточных каналов и
межвитковые замыкания в обмотке электромагнита ЭМФ могут привести к
существенному рассогласованию необходимой и действительной цикловой
подачи топлива.
3. Создана лабораторная установка, разработана методика и проведено
экспериментальное исследование влияния изменений рабочих показателей ЭМФ
на процесс топливоподачи на различных режимах работы. Показано, что
динамическая производительность ЭМФ определяет подачу на начальном участке
расходной характеристики ЭМФ и ее изменение оказывает большее влияние на
рассогласование необходимой и действительной цикловой подачи топлива на
режимах малых цикловых подач, тогда как изменение статической
производительности ЭМФ, в большей степени – на режимах больших цикловых
подач.
Экспериментальное
исследование
подтвердило
адекватность
разработанной математической модели работы ЭМФ.
4. Исследована возможность оценки текущего технического состояния ЭМФ
по различным диагностическим параметрам. Установлено, что измерение
изменения давления топлива в нагнетательной магистрали двигателя при работе
ЭМФ и отключенном ЭБН позволяет с достаточной точностью дать оценку
пропускной способности ЭМФ. Параметры быстродействия ЭМФ могут быть
определены по осциллограммам напряжения на выводах обмотки ЭМФ при
подаче на нее электрического управляющего импульса.
5. Разработана методика расчета продолжительности электрических
управляющих импульсов ЭМФ, учитывающая как переходные процессы и
характерные временные задержки в работе ЭМФ, так и эксплуатационные
изменения статических и динамических показателей ЭМФ. Данная методика
может быть использована в алгоритмах программы ЭБУ двигателя.
6. Разработаны рекомендации по совершенствованию алгоритмов бортовой
диагностики ЭСУД, позволяющие организовать управление рабочим процессом
двигателя в режиме ОС по техническому состоянию ЭМФ.
Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Васильев, А.В. Совершенствование диагностики топливных форсунок
поршневых двигателей с распределенным впрыском / А.В.Васильев, Д.С.
Березюков // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и
энергетические установки». Вып. 3 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. – Волгоград,
2011. № 8. – С 20 – 23.
2. Моделирование топливной системы бензиновых двигателей с
распределенным впрыском топлива / А.В.Васильев, Е.А Салыкин, В.И. Липилин,
Д.С. Березюков, А.А. Скоробогатов // Известия ВолгГТУ. Серия «Наземные
транспортные системы». Вып. 4 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. – Волгоград,
2011. № 12. – С 69 – 72.
15
В прочих изданиях:
3. Васильев, А.В. Совершенствование диагностики топливных форсунок
двигателей с распределенным впрыском топлива / А.В.Васильев, Е.А Салыкин,
Д.С. Березюков // 5-е Луканинские чтения. Решение энергоэкологических
проблем в автотранспортном комплексе : тез. докл. юбил. науч.-техн. конф. (14
марта 2011 г.) / Московский автомобильно-дорожный гос. техн. ун-т (МАДИ). –
М., 2011. С 118-119.
4. Васильев, А.В. Разработка математической модели для исследования
работы электромагнитных форсунок двигателей с впрыском легкого топлива /
А.В.Васильев, Д.С. Березюков, У. Каборе // Современные железные дороги:
достижения, проблемы, образование : матер. V всерос. науч.-практ. конф. с
междунар. участием, 29 мая 2012 г. Вып. 5 / ФГБОУ ВПО «Московский гос. ун.-т
путей сообщения» (МИИТ), Волгогр. филиал. – Волгоград, 2012. – С 93-95.
5. Березюков Д.С. Электронная система управления двигателем внутреннего
сгорания / Д.С. Березюков, А.В. Васильев // XIV региональная конференция
молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 10-13 нояб. 2009 г.) :
тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. – Волгоград, 2010. – С. 253-255.
6. Березюков Д.С. Электронная система управления двигателем мотоцикла /
Д.С. Березюков, Д.В. Голубев, В.И. Липилин, Е.А. Салыкин // Городу Камышину
– творческую молодежь : материалы III регион. науч.-практ. студ. конф., 22-23
апр. 2009 г. / ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Камышин, 2009 г. - Т. 3. – С.
127-129.
7. Диагностика двигателя. Датчики электронной системы управления
двигателем: метод. указания / сост. Е. А. Салыкин, Д. С. Березюков, В. А.
Семенов. – Волгоград : ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. – 24 с.
Степень личного участия автора в опубликованных работах.
В работах [1 – 7] автор принимал непосредственное участие в постановке
задач, проведении исследований и анализе полученных результатов. В работах [1,
3] автором разработаны методика экспериментального исследования и метод
безразборного диагностирования ЭМФ. В работах [2, 4] автор дал описание
разработанной математической модели работы топливной системы двигателей с
распределенным впрыском топлива. В работах [5, 6, 7] автором описаны вопросы
совершенствования алгоритмов самодиагностики ЭСУД.
Подписано в печать
2012 г. Заказ №
. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0
Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная
Типография ИУНЛ
Волгоградского государственного технического университета
400005, Волгоград, ул. Советская, 35
16
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
106
Размер файла
832 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа