CC BY
25
http://vestnik-nauki.ru/
2016, Т 2, №4
УДК 621.432.3:656.071.8
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ В ПЕРСПЕКТИВНОЙ СИСТЕМЕ ГИБКОГО РЕМОНТНО-ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ
В. А. Щеглов
FUNCTIONAL DIAGNOSTICS OF THE FUEL EQUIPMENT IN THE ADVANCED
SYSTEM FLEXIBLE REPAIRS
V.A. Shcheglov
Аннотация. Установлено, что значительная часть ремонтно-обслуживающих воздействий в системах впрыскивания топлива дизелей связана с необходимостью проведения операций по ремонту и очистке форсунок, являющихся одним из самых ответственных узлов топливной системы. Безразборные методики диагностирования форсунок по кривой давления впрыска топлива перед форсункой имеют меньшие трудовые и временные затраты, и их применение позволяет в достаточной мере оценить все функциональные показатели, что дает возможность использовать метод для комплексной проверки состояния форсунок.
Ключевые слова: система впрыскивания топлива дизелей; топливная система; давление впрыска топлива; диагностирование, форсунка; функциональные показатели.
Abstract. It was found that a significant portion of the repairs in the fuel injection systems of diesel engines is the need of operations on repair and cleaning of nozzles, which is one of the most important components of the fuel system. Methods of diagnostics without disassembly of the nozzles in the pressure curve fuel injection before the injection valve to have a lower time and labor costs, and their use allows enough time to evaluate all functional parameters, which gives the opportunity to use a method for comprehensive inspection of the injectors.
Keywords: fuel injection diesel engines; fuel system; pressure of fuel injection; diagnostics injector; functional parameters.
Качество работы топливной аппаратуры (ТА) является одним из основных факторов, определяющих эффективность сгорания топлива в цилиндрах, экономические, энергетические и экологические показатели, эксплуатационную надежность дизеля.
Анализ данных по надежности работы отдельных узлов, деталей и элементов конструкции дизелей позволяет заключить, что ТА остается наиболее уязвимым в эксплуатационном отношении узлом. Низкие рабочие качества ТА объясняются тем, что этот узел подвержен действию высоких механических и гидродинамических нагрузок.
Учитывая вышеприведенную характеристику приемлемые эксплуатационные значения энергетических и экономических параметров, надежности достижимы только в тех условиях, когда имеется достоверная информация о качестве функционирования и техническом состоянии узлов и деталей дизелей. Желание с наибольшей эффективностью реализовать показатели, заложенные в дизели на этапе проектирования и производства, предполагает дальнейшее развитие методов и средств контроля функционирования ТА в условиях эксплуатации.
Накопленный в различных отраслях транспорта практический опыт использования дизелей свидетельствует о том, что наиболее перспективным направлением
Введение
http://vestnik-nauki.ru/
2016, Т 2, №4
совершенствования контроля работы ТА дизелей является функциональная диагностика, не требующая разборки узлов. Разработка методик и внедрение систем технического диагностирования (СТД) топливной аппаратуры на их основе позволяет повысить энергетические и экономические показатели дизелей, сократить трудоемкость ремонтно-обслуживающих воздействий и повысить надежность как в целом дизеля, так и самой ТА.
Главными целями диагностики, как комплекса последовательных технологических операций, на автотранспортном предприятии (АТП) являются:
- выявление перед номерным техническим обслуживанием (ТО) отказов и скрытых неисправностей, для устранения которых требуются трудоемкие ремонтно-регулировочные воздействия;
- проверка функционирования агрегатов и узлов автомобиля, уточнение характера выявленных в эксплуатации неисправностей;
- локализация отказов, определение их характера и причин, определение комплекса работ по устранению выявленных неисправностей.
Построение системы ТО, текущего ремонта (ТР) и диагностирования для отечественных автомобилей система базируется на действующих Положении о техническом обслуживании и ремонте [1], Руководстве по диагностике [2], Рекомендаций по организации экспресс-диагностирования (Д-1) автомобилей на автотранспортных предприятиях различной мощности [3].
Согласно требованиям этих документов совмещенное с ТО и ТР диагностирование для автотранспортного предприятия (АТП) должно подразделяться на следующие технологические виды:
экспресс-диагностирование Д-1 (локализация неисправностей до уровня "агрегат" с вероятностью не менее 90-95%, "узел" - 25 - 30%);
диагностирование Д-2 (локализация неисправностей до уровня "узел" с вероятностью не менее 90-95%, "элемент" - 25 - 30%);
диагностирование ДР (совмещается с проведением операций ТР, локализация неисправностей до уровня "элемент" - 95 - 100%);
заявочное диагностирование Д зв (проводится по заявкам при проявлении неисправностей в ходе эксплуатации).
Для АТП средней мощности (200 - 400 автомобилей) при среднегодовых пробегах до 40000 км целесообразно совмещение Д-1 и Д-2 на одном посту.
Требования к разработке переносных средств диагностирования определяется ГОСТ 22261-94 [4]. На основании этих требований, а также рекомендаций ряда работ, посвященных вопросам организации ТО и ТР, целесообразно для производственно-технической базы АТП иметь динамометрический роликовый стенд - КИ-8964, стенд диагностирования топливной аппаратуры СДТА-2, стенд установки управляемых колес СПТ3-К480.
Проверка исправности и поиск отказов автотракторного дизеля в общем случае проводится комплексом измерительных устройств, обеспечивающих диагностирование механизмов и систем дизеля.
Основной процедурой, используемой в алгоритме диагностирования технического состояния ТА, является сравнение вектора эталона по набору диагностических параметров, снимаемых с осциллограммы давления впрыска топлива с векторами аналогичных параметров, характеризующих определенные виды неисправных состояний ТА.
Когда для всех элементарных проверок фиксированы и одинаковы значения их входных воздействий (частота п, ход рейки И), алгоритм диагностирования можно характеризовать совокупностью только контрольных точек и последовательностью обращения к ним для получения результатов соответствующих диагностических параметров (площадь осциллограммы, соответствующая цикловой подаче топлива Б, максимальное
давление впрыска pmax, тангенс угла наклона линии подачи 0, продолжительность впрыска топлива ф) [5].
Для получения этих параметров необходимо при значениях частоты п, расположенных в любой последовательности и с шагом, принятым при снятии эталонных значений, провести снятие осциллограмм на каждой линии высокого давления диагностируемого комплекта ТА. Достаточным условием является получение осциллограмм давления впрыска на 4-5 нефиксированных точках, крайние из которых представляют собой минимальное п^п и максимальное nmax значения частоты вращения вала ТНВД в поле возможных для диагностируемого дизеля скоростных режимов. Испытание проводится на режиме скоростной характеристики холостого хода, на которой были получены эталоны.
Пример осциллограммы давления топлива перед форсункой приведен на рис/ 1.
Р
МПа
31
27 23 19 15 11 7 3 О
334 338 342 346 35G 354 358 362 366 370 374
Угол поворота вала насоса, град Рисунок 1 - Осциллограмма давления топлива, снятая перед форсункой
Перечень выходных параметров, считываемых с кривой давления топлива: S -площадь осциллограммы, пропорциональная цикловой подаче топлива; tan 0 - тангенс угла наклона участка кривой от начала подачи до начала впрыска; ртах - максимальное давление впрыска; ф - продолжительность впрыска по углу поворота вала ТНВД.
Проверка исправности и поиск отказов ТА проводится в два этапа:
1. Построение эталонов на исправной топливной аппаратуре.
2. Этап количественной оценки функциональных изменений в работе ТА.
Первый этап диагностирования необходим для фиксации исходного состояния каждой линии высокого давления топливной аппаратуры на исправном (новом или после регулировочных и ремонтных воздействий) комплекте, которое принимается за эталон.
Осциллограммы давления топлива перед форсункой каждой линии высокого давления снимаются по произвольно выбранным точкам, крайние точки должны соответствовать максимальным и минимальным значениям входных параметров (h, n) в поле допустимых режимов работы ТА. Количество точек съема должно быть равно числу постоянных коэффициентов соответствующей эталонной структуры [5]. Аппроксимация полученных
линий и их регрессионный анализ произведены с использованием стандартной программы «Statgraphic 5.1».
Полученные данные по каждой линии высокого давления ТА заносятся (с индексом «э») в паспорт двигателя и сохраняются в памяти диагностического комплекса. Эти данные заносятся в память ПЭВМ диагностического комплекса в относительном виде: S3 , ртх э, 0э, фэ Также заносятся значения диагностического параметра полученного расчетом по математическим моделям, приведенным в работе [5]. С использованием таблиц Excel строятся графики эталонов по зависимостям Sэ = f ^р), pmax э f (pmax р), фэ f (фр ), tan0э = f (tan0р).
Индексы «э» и «р» означают численные относительные значения диагностических параметров, полученных экспериментальным и расчетным способами соответственно. Пример графика для зависимости S., = f (Sр) приведен на рис/ 2.
Рисунок 2 - График диагностирования ТА по площади осциллограммы, пропорциональной цикловой подаче топлива (эталон 8э - верхняя линия х -форсунка №1; □ - форсунка №2;
• - форсунка №3; □ - форсунка №4; Б - предельные (браковочные) значения параметра)
На этапе количественной оценки функциональных изменений в работе ТА в каждой линии высокого давления производится съем осциллограмм по 4-5 точкам двухпараметровой скоростной характеристики (И, п), которые должны повторить точки, выбранные при получении эталонов. Обработка осциллограмм для получения численных значений диагностических параметров проводится по количеству осциллограмм на каждой точке съема не менее 14 с осреднением значений каждого параметра.
Полученные значения диагностических параметров наносятся на графики по примеру, приведенному на рис. 2 при соответствующих входных параметрах п, И. Таким образом, некоторым точкам, расположенным на прямой «эталон» будут соответствовать точки,
http://vestnik-nauki.ru/
расположенные на прямых «диагноз №1, №2, №3, №4, №5». Степень отклонения этих точек указывает на изменение состояния элементов линии высокого давления комплекта ТА. Положение линии «Б» (браковочная) определяет границу возможных изменений, выход за которую означает отказ диагностируемой линии высокого давления комплекта ТА.
Таким образом, первая диагностическая задача решена.
Для решения второй диагностической задачи - уточнения неисправного элемента ТА необходимо рассмотреть в комплексе реакцию нескольких диагностических параметров на изменения в техническом состоянии топливной аппаратуры. Алгоритм такого рассмотрения приведен в таблице.
Таблица - Алгоритм локализации неисправности форсунки и ТНВД
Диагностический параметр Направление отклонения параметра от эталона
4 4 4 4
Ртах 4 4 Т 4 4
tan0 4 4 4 4
ф Т Т Т 4 4 4
Решение третьей диагностической задачи
Зависание иглы форсунки Ослабление пружины форсунки Коксование отверстий распылителя Износ направляющей и конуса иглы Износ нагнетательно го клапана Износ плунжера
Решение второй диагностической задачи
Неисправна форсунка Неисправен ТНВД
Заключение
При диагностировании комплекта ТА посредством эталона и отклонении, соответствующем условию $э > $р , решается не только первая задача диагностирования, но и
существенно повышается уровень конкретности решения второй диагностической задачи: такое направление отклонения свидетельствует о том, что неисправность возникла в форсунке.
Для последующего повышения уровня конкретности решения второй диагностической задачи (поиск неисправностей) необходима дополнительная информация, определяющая единственность специфических признаков конкретной неисправности. Такая информация может быть получена посредством применения наряду с эталоном $э, эталонов р т
в
<Рэ , йп вэ
Например, достаточно высокий уровень конкретности решения задачи поиска неисправностей достигается посредством применения эталонов при коксовании сопловых отверстий распылителя. При проявлении этой неисправности отклонения фактических
зависимостей от эталонов соответствует условиям: 8э < 8р и р тах э > р тах р. При проявлении
одной или нескольких неисправностей в ТНВД все эталоны дают отклонения,
соответствующие условию Б э < { ( Б р).
В работе показано, что во всех случаях, т. е. при одной или нескольких неисправностях, посредством эталонов возможно оптимальным образом решить только первую диагностическую задачу: исправен или неисправен конкретный комплект ТА.
При решении второй диагностической задачи возникает необходимость в дифференциации симптомов неисправностей в соответствии со следующими определениями:
- отклонение от эталона S3 = f( Sp) в соответствии с условием S3 < Sр свидетельствует о том, что неисправность проявляется в форсунке;
- отклонение от эталона S3 = f( Sp ) в соответствии с условием S3 > Sp свидетельствует
о том, что в комплекте ТА проявляется неисправность или неисправности и работоспособность комплекта частично утрачена; последующее повышение уровня конкретности решения задачи диагноза может быть достигнуто посредством анализа
направлений отклонений от эталонов: p max э = f(p max р), tand э= f(tandp), p э = f(p р ).
Изложенные возможности метода диагностирования систем топливоподачи по кривой давления впрыска топлива, снятой перед форсункой, позволяют сформулировать требования к техническому обеспечению, необходимому для практической реализации результатов настоящего исследования в комплексах для функционального диагностирования дизелей по кривой давления впрыска топлива, снятой перед форсункой:
1. Техническое обеспечение должно представлять собой модуль, предназначенный для приема, обработки, хранения и выдачи информации о текущем состоянии системы топливоподачи в любой момент времени без нарушения режима эксплуатации дизеля.
2. Конструкция крепления узлов крепления датчиков давления топлива должна обеспечить их быстрый монтаж-демонтаж.
3. Математическое обеспечение модуля должно быть представлено комплексом эталонов, отражающих исходное состояние систем топливоподачи конкретного дизеля.
4. Операции ввода, обработки, хранения и представления информации о текущем состоянии диагностируемой системы топливоподачи должны реализовываться посредством стандартных или специальных программ в автоматическом режиме.
5. Должны быть предусмотрены программы и устройства ручного ввода исходной информации, необходимой для формирования новых эталонов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. М.: Изд-во «Транспорт», 1988. 117 с.
2. Руководство по диагностике технического состояния подвижного состава автомобильного транспорта РД-200-15-0150-81. М.: ГосавтотрансНИИпроект, 1982. 235 с.
3. Рекомендации по организации экспресс-диагностирования (Д-1) автомобилей на АТП различной мощности. М.: ЦБНТИ Минавтотранса РСФСР, 1985. 53 с.
4. ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия. М: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, Стандартинформ, 2007 (дата последнего изменения 18.10.2016). 30 с.
5. Щеглов В.А. Построение эталонов для функционального диагностирования топливной аппаратуры дизелей на основании параметров, считываемых с осциллограммы давления топлива // Материалы межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный лесотехнический университет», 2011. 187 с.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Щеглов Валерий Александрович «БГАРФ» ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет», г. Калининград, Россия, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры автомобильного транспорта и сервиса автомобилей, E-mail: shceglov@rambler.ru
Shcheglov Valeriy Alexandrovich «BFFSA» FSEI HE «Kaliningrad State Technical University», Kaliningrad, Russia, Ph.D., associate Prof., Professor of road transport and service vehicles, E-mail: shceglov@rambler.ru
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с автором статьи: 236035, Калининград, ул. Молодежная 6, АТ и СА, каб. 207. Щеглов В.А.
8-909-78-71-797
