МЕТОД ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СОВРЕМЕННОЙ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Данилов Игорь Кеворкович; Марусин Александр Вячеславович; Марусин Алексей Вячеславович; Подопригора Николай Владимирович; Мурог Игорь Александрович; Угланов Михаил Борисович

Вестник РГАТУ, № 2 (38), 2018

УДК 629.113.004

МЕТОД ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СОВРЕМЕННОЙ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ДАНИЛОВ Игорь Кеворкович, д-р техн. наук, профессор, директор, danilov_ik@rudn.university МАРУСИН Александр Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, 89271333424@mail.ru, marusin_ av@rudn.university

Департамент машиностроения и приборостроения Инженерной академии Российского университета дружбы народов

МАРУСИН Алексей Вячеславович, ассистент кафедры технической эксплуатации транспортных средств, 89312555919@mail.ru

ПОДОПРИГОРА Николай Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры наземных транс-портно-технологических машин, n.v.podoprigora@gmail.com

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

МУРОГ Игорь Александрович, д-р техн. наук, профессор, директор Рязанского института (филиала) Московского политехнического университета, igor.murog@bk.ru

УГЛАНОВ Михаил Борисович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева

Целью исследования является разработка метода диагностирования современной топливной аппаратуры автотракторного дизеля. Объект исследования - топливная аппаратура автотракторного дизеля типа Common Rail. Рассмотрен вопрос диагностирования современной топливной аппаратуры автотракторных дизелей, применяемых на сельскохозяйственной технике. Мировая тенденция на ужесточение экологических норм по составу отработавших газов автотракторной техники способствует технологическому совершенствованию автотракторной техники и вынуждает производителей дизельных двигателей применять современную аккумуляторную топливную аппаратуру. Наиболее широкое распространение получила топливная аппаратура дизелей типа Common Rail. Надежность узлов и агрегатов современных топливных систем дизеля и эффективность функционирования сельскохозяйственной техники определяется качеством и своевременностью проведения технического обслуживания и текущего ремонта, неотъемлемой частью которых является диагностирование. В настоящее время методы и технологии диагностирования узлов и агрегатов исследованы не в полной мере, а те, что разработаны для традиционных систем, не применимы в силу значительного отличия по устройству и характеру протекания процессов. Приведены устройство и конструкционные особенности современных топливоподающих систем типа Common Rail.Представлен анализ нагруженности узлов и агрегатов современных топливоподаю-щих систем. Рассмотрена возможность проведения оценки технического состояния ТНВД и форсунок с использованием встроенной системы технической диагностики. Представлены недостатки существующих методов диагностирования элементов данной топливной аппаратуры и предложена методика диагностирования ТнВд непосредственно на дизеле по показаниям тензометрическо-го датчика давления топлива о пульсации давления в гидроаккумуляторе топливной аппаратуры. Ключевые слова: дизель, ТНВД, гидроаккум

Введение

С развитием технологий устройство сельскохозяйственной техники непрерывно совершенствуется, делая её не только более экологичной и экономичной, но и более сложной [1,2]. Этот процесс требует разработки новых методов контроля технического состояния элементов дизеля.

Актуальность исследования Современная программа ужесточения экологических норм по составу отработавших газов автотракторной техники практически вынуждает производителей автотракторной техники применять аккумуляторную топливную аппаратуру (ТА) для дизельных двигателей. Наиболее широкое распространение получила ТА дизелей типа Common Rail (CR). Рост числа автотракторной техники с такой топливной аппаратурой с 2004 по 2017 год составил 27% (рис. 1), а в настоящее время ею оснащаются более половины всех выпускаемых

дизелей, применяемых в сельском хозяйстве. CR разделяет функции ТА по созданию высокого давления и обеспечению требуемой характеристики топливоподачи (ТП) между её элементами. Это позволяет гибко изменять параметры впрыска топлива по цилиндрам дизеля при высоком давлении (до 250 МПа) [4,7].

Метод исследования Широкое распространение система CR (рис. 2) получила за счет таких преимуществ, как низкий расход топлива (снижение до 40%), постоянное высокое давление подачи топлива в камеру сгорания, не зависимое от режима работы дизеля, многоступенчатый впрыск (до 9 впрысков топлива за цикл) с возможностью программирования и малая шумность работы (снижение до 10%) при высокой экологичности [3].

Технические науки

43

Рис. 1 - Структура рынка систем топливоподачи автотракторных дизелей 2004-2014 гг

1 - топливный бак; 2 - сливные топливопроводы; 3 - ТНВД; 4 - регулятор давления; 5 - топливопровод высокого давления; 6 - топливоподкачивающий насос; 7 - фильтрующий элемент; 8 - гидроаккумулятор (топливная рампа); 9 - датчик давления топлива;10 - предохранительный клапан; 11 -электрогидравлическая форсунка; 12 - датчик педали акселератора; 13 - датчик частоты вращения и положения коленчатого вала; 14 - температурный датчик; 15 - ЭБУ (блок управления) Рис. 2 - Схема системы топливоподачи «Common Rail»:

ТА CR обладает также и недостатками, такими нического обслуживания (ТО) и текущего ремон-

как выгорание моторного масла, высокая стоимость аппаратуры и сопряженных деталей, низкая ремонтопригодность, чувствительность к качеству топлива. Это вызвано условиями работы данной системы вследствие высокого давления и переизбытка воздуха в камере сгорания - её элементы нагреваются выше 400 0С, что требует дополнительных затрат на термостойкие материалы изготовления. Эксплуатация сельскохозяйственной техники, оснащенной ТА CR, на некачественном топливе приводит к выходу из строя её основных узлов, которые заменяются целиком, т.к. ремонт даже на специализированном оборудовании и оригинальными комплектующими не может обеспечить надежность. Надежность узлов современных топливных систем и эффективность функционирования автотракторных дизелей определяется качеством и своевременностью проведения тех-

та (ТР), неотъемлемой частью которых является диагностирование. В настоящее время методы и технологии диагностирования узлов и агрегатов ТА CR исследованы не в полной мере, а те, что разработаны для традиционных систем, не применимы в силу значительного отличия по устройству и характеру протекания процессов. В современных системах ТП автотракторных дизелей сельскохозяйственной техники предусмотрена встроенная система технической диагностики (СТД), однако она не позволяет детально оценивать техническое состояние её элементов. Так, разработанный нами перспективный проект по способу диагностирования ТА автотракторного дизеля с традиционной системой ТП по перемещению иглы диагностической форсунки (поддержанный Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере) [5] неприменим

ф

Вестник РГАТУ, № 2 (38), 2018

для системы CR в силу разности протекания процессов ТП. Применение газоаналитического метода [2,3,6] для диагностирования современных аккумуляторных систем менее информативно, чем диагностического сканера. Автопредприятия предлагают диагностирование форсунок и ТНВД ТА CR на стендах при снятии с дизеля, но это увеличивает трудоемкость работ и эксплуатационные затраты. Таким образом, разработка новых методов диагностирования элементов ТА CR является важной научно-практической задачей.

При разработке методов диагностирования элементов Та CR учитывалась стоимость узлов данной системы ТП для среднегабаритного дизеля, которая распределяется следующим образом:

- блок управления - 21%;

- форсунки - 30%;

- ТНВД - 37%;

- датчики, аккумулятор, арматура - 12%.

Анализ показал, что ТНВД и форсунки являются самыми нагруженными элементами ТП CR [5,8]. В связи с этим нам представляется актуальной задача разработки метода диагностирования ТНВД непосредственно на дизеле.

При исследовании работы ТНВД автотракторных дизелей [5] нами были обнаружены колебания давления подачи топлива при впрыске, которые могут быть использованы при диагностировании его элементов. Предлагается методика диагностирования ТНВД ТА CR, основанная на принципе регистрации и оценки пульсации давления в гидроаккумуляторе тензометрическим датчиком высокого давления, устанавливаемого на месте штатного датчика, задачей которого является регистрация абсолютных значений давления топлива и его колебаний по времени на установившихся режимах работы дизеля.

Нами, в рамках исследований, создана база эталонных абсолютных значений давления топлива и осциллограммы его колебаний в гидроаккумуляторе Та CR на установившихся режимах работы автотракторных дизелей. Эти данные могут быть использованы при диагностировании ТА дизеля в ремонтных предприятиях, что позволит снизить трудоемкость и себестоимость проведения ТО и ТР сельскохозяйственной техники. Информативным показателем при диагностировании ТНВД ТА CR может являться амплитуда колебаний давления топлива в гидроаккумуляторе, а также её период и форма.

Заключение

Колебания давления впрыска топлива возникают ввиду динамических процессов, обусловлен-

ных работой элементов (THBД, регулятор давления топлива, форсунка), неисправностей и износа (при их наличии) элементов [3,5,6,8]. Поэтому углубленная разработка метода диагностирования ТА CR, основанная на принципе регистрации и оценки пульсации давления в гидроаккумуляторе, позволит сократить эксплуатационные затраты сельскохозяйственных предприятий, что позволит повысить конкурентоспособность экономики РФ.

Список литературы

1. Голубев, И.Г. Инновационные направления развития ремонтно-эксплуатационной базы для сельскохозяйственной техники. I С.А. Соловьев, B^. Лялякин, С.А. Горячев, 3.H. Мишина, B.^ Герасимов, Р.Ю. Соловьев, B.K Черноива-нов, И.Г. Голубев I Москва, 2014.

2. Голубев, И.Г. Технический сервис - опыт и перспективы развития. I И.Г. Голубев, М.Ю. Конкин, B.H. Кузьмин! ручное издание I Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса". Москва, 2011.

3. Грехов ЛБ., Иващенко HA, Марков BA Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов. - М.: Легион-Автодата. 2004. - 344с.

4. Дизель в 2015 г. Требования и направления развития технологий дизелей для легковых и грузовых автомобилей Prof. Dr. Franz X. Moser; AVL List GmbH. www.avl.com

б. Марусин, АБ. Совершенствование диагностирования плунжерных пар топливного насоса высокого давления автотракторных дизелей: дис. ... канд. техн. наук [Текст] I АБ. Марусин. -Рязань, 2011. - 138 с.

6. Повышение готовности к использованию по назначению мобильной сельскохозяйственной техники совершенствованием системы диагностирования: монография. Бышов H.B., Борычев С.К, Успенский И.А., Кокорев Г.Д., Юхин И.А., Жуков К.А., Гусаров С.К-Рязань: ФГБОУ BПО РГАТУ, 2013. -181 с.: ил., табл.-Библиогр: с. 114-181 (161 назв.). -ISBN 918-5-98660-121-2. Шифр 13-4118

1. Рокош Уве. Бортовая диагностика [Текст] I Рокош Уве. - М.: За рулем, 2013. - 224 с.

8. AVL: control moteur Diesel [Text] II L Argus de J Futomobile et des Locomotion. - 1989. - № 3128. - P. 21-23.

PERSPECTIVE METHOD OF DIAGNOSING THE ELEMENTS OF THE ACCUMULATED FUEL SYSTEM OF AGRICULTURAL DIESEL ENGINES

Danilov, Igor K., doctor of technical sciences, director, professor of the Department of Mechanical Engineering and Instrument Engineering of the Engineering Academy of the RUDN University, Russian Federation, danilov_ik@rudn.university

Marusin, Aleksander V., cand.tech.sci., associate professor, Department of Mechanical Engineering and Instrumentation Engineering Academy of the RUDN University, Russian Federation 89271333424@mail.ru, marusin_av@rudn.university

Marusin, Aleksey V., assistant of the Department "Technical exploitation of vehicles", St. Petersburg University of Architecture and Civil Engineering, 89312555919@mail.ru

Технические науки

Podoprigora Nikolay V., cand.tech.sci., associate professor of Department of Ground-Transport-Technological Machines, St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, n.v.podoprigora@ gmail.com

Murog Igor A., Dr. Tech. Sci., professor, director of the Ryazan Institute (branch) of the Moscow Polytechnic University, igor.murog@bk.ru

Uglanov Mikhail B., Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Operation of the Machine-and-Tractor Park, Ryazan State Agrotechnological University Named after P. A. Kostychev

The purpose of the study is to develop a method for diagnosing modern fuel equipment of an automotive diesel engine. Object of investigation: fuel equipment of an automotive diesel engine of the Common Rail type. The issue of diagnosing modern fuel equipment for automotive tractor diesels used on agricultural machinery is considered. The world trend for toughening of environmental norms on the composition of exhaust gases of automotive equipment contributes to the technological improvement of automotive engineering and forces diesel engine manufacturers to use modern battery fuel equipment. The most widespread was the fuel equipment of diesel engines such as Common Rail. The reliability of units and assemblies of modern diesel fuel systems and the efficiency of the functioning of agricultural machinery is determined by the quality and timeliness of maintenance and routine repairs, an integral part of which is diagnosis. At present, the methods and technologies for diagnosing nodes and aggregates have not been fully investigated, and those developed for traditional systems are not applicable because of the significant difference between the device and the nature of the processes. The device and design features of modern fuel supply systems such as Common Rail are presented. The analysis of loading of units and aggregates of modern fuel supply systems is presented. The possibility of assessing the technical condition of injection pump and injectors using the built-in technical diagnostics system is considered. The shortcomings of the existing methods for diagnosing the elements of this fuel equipment are presented and a technique for diagnosing the fuel pump directly on the diesel engine is proposed, based on the testimony of the strain gauge fuel pressure sensor on the pressure pulsation in the hydraulic accumulator of fuel equipment.

Key words: diesel, fuel pump, hydraulic accumulator, fuel pressure sensor, accumulator fuel equipment, common rail.

1. Golubev, I.G. Innovatsionnyye napravleniya razvitiya remontno-ekspluatatsionnoy bazy dlya sel'skokhozyaystvennoy tekhniki. / S.A Solov'yev, V.P. Lyalyakin, S.A. Goryachev, Z.N. Mishina, VS. Gerasimov, R.YU. Solov'yev, V.I. Chernoivanov, I.G. Golubev/Moskva, 2014.

2. Golubev, I.G. Tekhnicheskiy servis - opyt i perspektivy razvitiya. /I.G. Golubev, M.YU. Konkin, V.N. Kuz'min/ Nauchnoye izdaniye / Ministerstvo sel'skogo khozyaystva Rossiyskoy Federatsii, Federal'noye gosudarstvennoye byudzhetnoye nauchnoye uchrezhdeniye "Rossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut informatsii i tekhniko-ekonomicheskikh issledovaniy po inzhenerno-tekhnicheskomu obespecheniyu agropromyshlennogo kompleksa". Moskva, 2011.

3. Grekhov L.V., Ivashchenko N.A., Markov V.A. Toplivnaya apparatura i sistemy upravleniya dizeley: Uchebnik dlya vuzov. - M.: Legion-Avtodata. 2004. - 344s.

4. Dizel' v 2015 g. Trebovaniya i napravleniya razvitiya tekhnologiy dizeley dlya legkovykh i gruzovykh avtomobiley Prof. Dr. Franz X. Moser; AVL List GmbH. www.avl.com

5. Marusin, A.V. Sovershenstvovaniye diagnostirovaniya plunzhernykh partoplivnogo nasosa vysokogo davleniya avtotraktornykh dizeley: dis. ... kand. tekhn. nauk[Tekst]/A.V. Marusin. - Ryazan', 2017. - 138 s.

6. Povysheniye gotovnosti k ispol'zovaniyu po naznacheniyu mobil'noy sel'skokhozyaystvennoy tekhniki sovershenstvovaniyem sistemy diagnostirovaniya: monografiya. Byshov N.V., Borychev S.N., Uspenskiy I.A., Kokorev G.D., Yukhin I.A., Zhukov K.A., Gusarov S.N.-Ryazan': FGBOU VPO RGATU, 2013. -187 s.: il., tabl.-Bibliogr: s. 174-187 (161 nazv.). -ISBN 978-5-98660-121-2. Shifr 13-4118

7. Rokosh Uve. Bortovaya diagnostika [Tekst] / Rokosh Uve. - M.: Za rulem, 2013. - 224 s.

8. AVL: control moteur Diesel [Text]//L Argus de J Futomobile et des Locomotion. - 1989. - № 3128. - P. 21-23

Literature

PERSPECTIVE METHOD OF DIAGNOSING THE ELEMENTS OF THE ACCUMULATED FUEL SYSTEM OF AGRICULTURAL DIESEL ENGINES

Текст научной работы на тему «МЕТОД ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СОВРЕМЕННОЙ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ»