CC BY
64
УДК 629.113.066
В.Н. Жеглов, адъюнкт, (4912) 33-82-42, valera62.rus@mail.ru (Россия, Рязань, РВАИ)
ГРАФИКО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ НА ЕГО ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Определены основные параметры работы ДВС с комплексной системой управления, влияние которых отражается на угловом ускорении вращения коленчатого вала. Установлено, что оно как диагностический показатель является наиболее доступным для определения технического состояния двигателя.
Ключевые слова: диагностирование, угловое ускорение коленчатого вала, двигатель внутреннего сгорания.
В технической эксплуатации автомобилей одним из важнейших мероприятий в повышении эффективности их работы является внедрение в технологические процессы технического обслуживания и ремонта те х-нической диагностики.
При внедрении диагностики наблюдаются уменьшение отказов автомобилей, увеличение периодичности и снижение трудоёмкости технического обслуживания и ремонта. Систематический контроль технического состояния автомобилей обеспечивает безопасность движения, исключает потери мощности и улучшение других показателей работы автомобиля в целом и его силовой установки - двигателя.
В настоящее время большое значение приобретает бестормозное диагностирование автомобилей, осуществляемое с помощью переносных и передвижных приборов. Они легко вытесняют объёмные стационарные диагностические комплексы, хорошо вписываются в технологический процесс на рабочем месте. По сравнению с другими средствами такое оборудование обладает меньшей стоимостью, энергопотреблением и не требует дополнительных площадей.
Наиболее показательна для диагностирования работа двигателя в режиме изменения цикловой подачи топлива. На переходных режимах двигатель более чувствителен к имеющимся неисправностям в системах. Одним из методов определения показателей работы двигателя является бестормозной метод проверки в режиме свободного ускорения.
При диагностировании систем и механизмов двигателя в режиме свободного ускорения одним из информационных параметров является ускорение коленчатого вала. Для его определения наиболее доступно и оптимально использовать сигнал датчика положения коленчатого вала (ДПКВ), входящего в состав ДВС с впрыскиванием топлива. Сигнал ДПКВ несёт в себе информацию о частоте коленчатого вала (рис. 1).
Рис. 1. Временные диаграммы сигналов ДПКВ, датчика положения распределительного вала
Обработав сигнал ДПКВ, не трудно получить график углового ускорения коленчатого вала (рис. 2), зависимость которого от времени пропорциональна мощности двигателя. Диагностирование предлагаемого показателя работы двигателя помогает определить значимость работы каждого цилиндра в ускорении коленчатого вала и соответственно в мощности двигателя.
I
Рис. 2. График частоты вращения коленчатого вала ДВС
Действительный цикл четырёхтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и включает следующие процессы: газообмена, или такт выпуска отработавших газов и такт впуска свежего заряда, такт сжатия, сгорания, расширения.
Образовавшиеся в результате быстрого сгорания топлива газообразные продукты оказывают давление на поршень, в результате чего совершается такт - рабочий ход. Именно такт рабочего хода является полезным. В течение этого такта энергия расширения газов преобразуется в
механическую работу, воспринимаемую поршнем и остальными деталями кривошипно-шатунного механизма двигателя.
Рабочий процесс и эффективность преобразования внутренней энергии сжатого рабочего тела в двигателе определяются условиями и характером протекания процессов воспламенения и сгорания.
Для надёжного воспламенения топлива система зажигания должна развивать напряжение, достаточное для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование на всех режимах работы двигателя. Искра, образующаяся между электродами свечи, должна обладать достаточными энергией и продолжительностью для воспламенения рабочей смеси на всех режимах работы двигателя. Момент зажигания а должен быть определённым и соо ветствовать условиям работы двигателя. Момент зажигания в соответствии с рис. 3 влияет на изменение давления в цилиндре двигателя р и на деформацию рабочего цикла (рис. 4) [1].
Рис. 3. Изменение давления в цилиндре двигателя в зависимости
от момента зажигания: а - момент зажигания; б - детонация;
1, 2, 3 - соответственно раннее, нормальное и позднее зажигание; Рг - максимальное давление в цилиндре
Двигатель развивает максимальную мощность, если наибольшее давление в цилиндре возникает после верхней мёртвой точки через 10...15° угла поворота коленчатого вала [2]. Наилучший момент зажигания определяется временем, которое отводится на сгорание смеси, и скоростью сгорания смеси. В свою очередь, время, отводимое на сгорание, зависит от частоты вращения коленчатого вала, а скорость сгорания определяется составом рабочей смеси и степенью сжатия.
Работа всех элементов системы зажигания должна быть надёжной при высоких температурах и механических нагрузках, которые возникают на двигателе, эрозия электродов свечи должна находиться в пределах допуска.
Рис. 4. Индикаторные диаграммы двигателя при различных
опережениях зажигания: а - нормальный угол опережения; б - слишком поздний угол опережения зажигания; в - слишком поздний угол опережениязажигания;
ВМТ - верхняя мёртвая точка; НМТ - нижняя мёртвая точка
К системе питания также предъявляются требования для надёжного воспламенения и сгорания топлива. Для эффективной работы двигателя с искровым зажиганием требуется использование рабочей смеси с определённым соотношением воздуха и топлива. Идеальное теоретическое полное сгорание происходит при пропорции воздуха и топлива, равной 14,7:1 [3]. Такое соотношение называется стехиометрическим. При некоторых режимах работы двигателя потребность в топливе отличается от постоянного расхода прогретого двигателя. В таких режимах, как пуск и прогрев двигателя, режим холостого хода и работы в условиях частичной нагрузки, работа при полной нагрузке, режим разгона и торможения, движение накатом, количество необходимого топлива отличается.
Правильная подача топлива системой питания, необходимого для оптимальной работы двигателя, зависит от надёжной работы топливного насоса, исправного регулятора давления топлива, датчика массового расхода воздуха, исправной и надёжной работы форсунок, корректного управления электронным блоком управления форсунками.
Для исключения детонационного сгорания топлива (см. рис. 3), которое разрушительно для деталей узлов двигателя, необходимо контролировать момент зажигания, плотность заряда, применять сорт топлива, предписанный производителем, следить за достаточным охлаждением двигателя.
Не менее важным фактором, влияющим на параметры процессов воспламенения и сгорание топлива, является давление в момент воспламенения рабочей смеси. В свою очередь, на этот параметр влияют состояние элементов цилиндропоршневой группы, степень износа сопрягаемых поверхностей клапанов и сёдел в газораспределительном механизме и состояние моторного масла.
Таким образом, определены все основные параметры, влияющие угловое ускорение коленчатого вала как на предлагаемый диагностический показатель. Отдельные из них влияют на ускорение поршня в цилиндре, имеющего
неисправности, другие оказывают общее влияние на изменение динамики вращения коленчатого вала. Диагностирование двигателя по ускорению коленчатого вала за счёт доступности измерения выбранного показателя позволит снизить трудоёмкость и повысить качество диагностирования.
Список литературы
1. Акимов В.Н., Апаров Б.П.Основы электрооборудования самолётов и автомашин: учеб. Пособие. М.: Государственное энергетическое издательство, 1955. 384 с.
2. Луканин В. Н. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2005. 479 c.
3. Бурячко В.Р., Гук А.В. Автомобильные двигатели. Рабочие циклы. Показатели и характеристики. Методы повышения эффективности энергопреобразования. СПб.: НПИКЦ, 2005. 292 с.
V. Zheglov
The graphic-analytical analysis of influence of parameters of the engine on its dynamic parameters
Key parameters of work internal combustion engines with a complex control system which influence is reflected in angular acceleration of rotation of a cranked shaft are certain. It is established, that acceleration of a cranked shaft as the diagnostic parameter, is the most accessible to definition of a technical condition of the engine.
Keywords: diagnosis, angular acceleration of the crankshaft, internal combustion
engine.
Получено 12.01.10
УДК 621.437
М.Ю. Елагин, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-05-01, aiax@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
В.С. Кузин, асп. (4872) 35-05-01, aiax@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВПУСКНОЙ СИСТЕМЫ РОТОРНО-ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Предлагается методика проектирования впускного трубопровода роторнопоршневого двигателя, обеспечивающая повышение его энергетических характеристик, с помощью математической модели роторно-поршневого двигателя, построенной на основе методологии термодинамики открытых систем и математической модели впускного трубопровода, реализующей одномерное нестационарное течение газа. Приводится схема устройства впускной системы с постоянно изменяющейся длиной. Ключевые слова: роторно-поршневой двигатель, трубопровод системы впуска.
В настоящей работе предлагается методика расчета и проектирования впускного трубопровода роторно-поршневого двигателя с помощью математической модели роторно-поршневого двигателя, построенной на основе методологии термодинамики открытых систем [2] и математиче-
258
