ДІАГНОСТУВАННЯ СИСТЕМИ впуску АВТОМОБІЛЬНИХ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ МЕТОДАМИ ТЕСТОВОГО ДІАГНОСТУВАННЯ
1 Челябінська державна Агроінженерний академія
2 Южно-Уральський державний університет (НДУ)
У статті представлена проблема розробки нових методів і засобів технічного діагностування системи впуску двигунів внутрішнього згоряння. Система впуску сучасного автомобіля - це система з елементами електроніки, автоматики та механіки. Окремі елементи системи впуску - датчик масової витрати повітря, регулятор холостого ходу, датчик положення дросельної заслінки # 8210; є лідерами за кількістю відмов. Відмови газорозподільного механізму складають 7-10 # 8201;% загального числа відмов двигунів внутрішнього згоряння. Відмови датчиків масової витрати повітря посідають третє місце серед відмов всіх елементів електрообладнання автомобілів. Розроблено нові засоби і методи діагностування газорозподільного механізму і датчиків масової витрати повітря автомобілів. Мета цього дослідження - підвищення ефективності діагностування газорозподільного механізму і датчиків масової витрати повітря автомобілів. Встановлено, що втрати напору на вході в циліндр при установці еталонного датчика масової витрати повітря незначні і викликають зниження кількості повітря, що подається з Q = 621 до Q = 620 кг / год, тобто при максимально можливому розрядження у впускному колекторі додавання еталонного датчика масової витрати повітря відіб'ється в зниженні подачі повітря на 0,16 # 8201;%, що вкрай незначно і перебуває в межах величини похибки датчика масової витрати повітря. Розроблено чутливі діагностичні режими і параметри для визначення основних елементів системи впуску. Наведено експериментальні дані досліджень, які дозволили виявити еталонні значення напруги, їх мінімальні і максимальні відхилення, значення мінімальних і максимальних відхилень напруги після 3000 годин роботи датчиків масової витрати повітря. Для нових датчиків: на холостому ходу (масова витрата повітря Q = 41,31 кг / ч) повинен бути не більше 0,15 В; на номінальному режимі (масова витрата повітря Q = 402,05 кг / год) не більше 0,35 В. Для датчиків після 3000 годин роботи: на холостому ходу (масова витрата повітря Q = 41,31 кг / ч) не більше 0, 21 В; на номінальному режимі (масова витрата повітря Q = 402,05 кг / год) не більше 0,51 В.
методи та засоби діагностування
датчик масової витрати повітря
регулятор холостого ходу
3. Драганов Б.Х. та ін. Конструювання впускних і випускних каналів двигунів внутрішнього згоряння. - К. Вища шк. Головне вид-во, 1987. - 175 с.
Система впуску сучасного автомобіля - це система з елементами електроніки, автоматики та механіки. Наприклад, окремі елементи системи впуску - датчик масової витрати повітря, регулятор холостого ходу, датчик положення дросельної заслінки - є лідерами за кількістю відмов. Так за даними [1] розподіл відмов,%, елементів системи управління роботою бензинових ДВС виглядає наступним чином: електричні ланцюги - окислення контактів і обрив проводів - 35%; датчик масової витрати повітря - 22%; регулятор холостого ходу - 10%; елементи системи запалювання - 9%; форсунки - 8%; датчик кисню - 7%; датчики і реле - 6%; електронний блок управління - 3%. Відмови ГРМ складають 7-10% загального числа відмов ДВС.
Теоретичні дослідження. Система впуску представлена низкою послідовних і паралельних елементів [2, 3, 4, 5, 6, 7]. Деякі з них практично не змінюють свої властивості і вихідні параметри в процесі експлуатації, тоді як інші змінюють своє технічний стан безперервно. Для визначення ступеня впливу окремих елементів системи впуску розглянемо розрахункову схему процесу подачі повітря через елементи системи впуску (рис. 1).
Мал. 1. Розрахункова схема процесу подачі повітря через елементи системи впуску: λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7 - коефіцієнти Дарсі для ділянок; d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 - діаметр ділянки, м; l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7 - довжина ділянки, м
Так, наприклад повітряний фільтр # 8210; один з найбільш бистродінамічно змінюються елементів, який у міру забруднення змінює параметри всієї системи. Для визначення його технічного стану пропонується тестове вплив, яке полягає у виведенні ДВС на режим роботи на одному циліндрі з повністю відкритою дросельною заслінкою при наявності повітряного фільтра і без нього, що можна уявити умовою [5, 6, 7]
де R - ступінь забруднення повітряного фільтра; nНФ - частота обертання колінчастого вала ДВС при наявності фільтра, хв-1; nОФ - частота обертання колінчастого вала ДВС при відсутності фільтра, хв-1.
Чим більше ступінь засмічення повітряного фільтра, тим менше частота обертання колінчастого вала ДВС з фільтром по відношенню до частоти без повітряного фільтра. Ця ознака передбачається використовувати для визначення технічного стану повітряного фільтра.
Одним з найбільш ненадійних елементів системи впуску є ДМРВ, його відмова проявляється в неправильному уявленні даних за кількістю повітря МСУД. І досить часто виникають несправності, які дають значне відхилення повітроподача [1, 7].
При використанні еталонного ДМРВ, який встановлюється послідовно штатним, визначимо втрати напору на вході в циліндр і кількість повітря, що проходить.
Складемо рівняння Бернуллі для потоку повітря у впускному тракті і вирішимо його щодо кількості повітря, що проходить Q, отримаємо:
де Нвак - вакуумметричний стовп розрядження, що створюється зворотно-поступальним рухом поршня, м; Н - висота підйому повітря у впускному тракті, м; g - прискорення вільного падіння, м / с2; S - найменша площа перетину у впускному тракті, м2; λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7 - коефіцієнти Дарсі для ділянок: циклону, повітряного фільтра, що перевіряється ДМРВ, еталонного ДМРВ, дросельної заслінки, регулятора холостого ходу, впускних клапанів; d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 - діаметр ділянок: циклону, повітряного фільтра, що перевіряється ДМРВ, еталонного ДМРВ, дросельної заслінки, регулятора холостого ходу, впускних клапанів, м; l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7 - довжина ділянок: циклону, повітряного фільтра, що перевіряється ДМРВ, еталонного ДМРВ, дросельної заслінки, регулятора холостого ходу, впускних клапанів, м.
Введення у впускний тракт еталонного ДМРВ відіб'ється деяким збільшенням опору, визначимо, як зміниться подача повітря через ДМРВ при цьому.
Підставляючи у вираз (2) для двигуна ЗМЗ-4062 [7]: Нвак = 3415 м, Н = 5 м, g = 9,8 м / с2; S = 1,963 # 903; 10-3 м2, λ1 = 0,4, λ2 = 3, λ3 = 0,02, λ4 = 0,02, λ5 = 0,05, λ6 = 0,4, λ7 = 0,02 , d1 = 0,1 м, d2 = 0,1 м, d3 = 0,1 м, d4 = 0,1 м, d5 = 0,1 м, d6 = 0,01 м, d7 = 0,04 м, l1 = 0,2 м, l2 = 0,2 м, l3 = 0,12 м, l4 = 0,12 м, l5 = 0,2 м, l6 = 0,2 м, l7 = 0,1 м, отримаємо Q = 620 кг / год. При відсутності еталонного ДМРВ Q = 621 кг / год, Тобто при максимально можливому розрядження у впускному колекторі додавання еталонного ДМРВ відіб'ється в зниженні подачі повітря на 0,16%, що вкрай незначно і перебуває в межах величини похибки ДМРВ.
Набагато більш значний вплив на кількість повітря, що подається надає підвищений опір повітряного фільтра. Так, керуючись [1, 7] і підставляючи значення коефіцієнтів опору в вираз (2), отримали: з ростом опору від 0,05 до 52,6 подача повітря змінилася з 620 до 205 кг / год. При такій зміні опору фільтра виникають серйозні провали в роботі ДВС і зниження потужності.
Подальше зростання опору фільтра з 52,6 до 760 викликає зниження кількості повітря з 205 до 57 кг / год, що викликає зупинку ДВС і неможливість його роботи.
Матеріали і методи досліджень
Також досить часто виходить з ладу РХХ. Для виявлення його несправності в процесі запуску ДВС спостерігається ступінь висунення штока (кількість кроків). А далі перевіряється швидкість коригувальних дій РХХ і ступінь адаптивності під стрес тест [7, 8, 9].
Для перевірки швидкості коригувальних дій РХХ пропонується виключити з роботи два циліндра одночасно і перевірити час реакції до моменту додавання числа кроків. Можна записати умова для часу реакції tp:
де to - час відключення циліндрів, с; tc - час корекції числа кроків РХХ, с.
При цьому частота обертання колінчастого вала ДВС на двох, що залишилися циліндрах повинна бути кратною частоті обертання холостого ходу або на 10% більшою:
де nxx - частота обертання холостого ходу ДВС, хв -1; δn10% - максимальна надбавка частоти обертання колінчастого вала ДВС, хв -1.
Герметичність клапанів і правильність фаз ГРМ визначаються на підставі тестів. Для перевірки герметичності клапанів необхідно вивести ДВС на режим максимального навантаження при виключенні повністю трьох циліндрів і максимальному ступені виключення одного залишився в роботі циліндра.
Ступінь негерметичності клапанів даного циліндра проявиться у вигляді умови:
де nP - частота обертання одного перевіряється циліндра при максимальному ступені навантаження ДВС, хв -1; NИ - частота обертання одного нового циліндра при максимальному ступені навантаження ДВС, хв -1; δnГРМ - зменшення частоти обертання перевіряється циліндра при максимальному ступені навантаження ДВС, хв -1.
А ступінь відхилення фаз ГРМ перевіряється наступним тестом [7]. При роботі одного циліндра на середньому навантаженні змінюють кут випередження запалювання в сторону раннього і пізнього, знайдений оптимум визначиться максимумом частоти обертання ДВС. Умова запишемо:
де nmax - частота обертання максимальна для даної ступеня навантаження циліндра, хв -1; УОЗ → max, УОЗ → min - значення кута випередження запалювання змінюються в межах від максимально до мінімально можливих.
Результати дослідження та їх обговорення
При проведенні експериментальних досліджень на установці для діагностування ДМРВ встановлювалися різні значення масової витрати повітря і вимірювалося напруга на висновках 2 і 3 ДМРВ, яке змінювалося пропорційно витраті повітря. За отриманими даними була побудована залежність вихідної напруги ДМРВ від величини масової витрати повітря (рис. 2).
При проведенні експлуатаційних випробувань на установку встановлювалися десять датчиків ДМРВ з різним технічним станом, результати випробування датчиків масової витрати повітря представлені на рис. 3.
Мал. 2. Залежність вихідної напруги датчика U, В від величини масової витрати повітря Q, кг / год
Мал. 3. Залежність вихідної напруги датчика U, В від відсотка повороту дросельної заслінки%: ряди 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 - номера випробовуваних датчиків
Перед проведенням випробувань балансувальними опорами виставляли нульові показання вольтметра. Як видно з рис. 3, практично всі несправні ДМРВ при випробуваннях показали значне зростання величини відносного напруги [4, 5, 7].
Відмови ДМРВ посідають третє місце серед відмов всіх елементів електрообладнання автомобілів. Встановлено, що втрати напору на вході в циліндр при установці еталонного ДМРВ незначні і викликають зниження кількості повітря, що подається з Q = 621 до Q = 620 кг / год, тобто при максимально можливому розрядження у впускному колекторі додавання еталонного ДМРВ відіб'ється в зниженні подачі повітря на 0,16%, що вкрай незначно і перебуває в межах величини похибки ДМРВ. Розроблено чутливі діагностичні режими і параметри для визначення основних елементів системи впуску.
Машраб Н.М. д.т.н. професор кафедри «Технологія і організація технічного сервісу», Челябінська державна Агроінженерний академія, м Челябінськ;
Єрофєєв В.В. д.т.н. професор, завідувач кафедри «Технологія і організація технічного сервісу», Челябінська державна Агроінженерний академія, м Челябінськ.
Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»
(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)