CC BY
58
УДК 629.113.004.53
UDC 629.113.004.53
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ФИЛЬТРА ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Симдянкин Аркадий Анатольевич д.т.н., профессор
Успенский Иван Алексеевич д.т.н., профессор
Синицин Павел Сергеевич аспирант
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, Рязань, Россия
TECHNIQUE OF AN ASSESSMENT OF IMPURITY OF THE THIN PURIFICATION FILTER OF DIESEL FUEL
Simdyankin Arkadiy Anatolievich Dr.Sci.Tech., professor
Uspensky Ivan Alekseevich Dr.Sci.Tech., professor
Sinitsin Pavel Sergeevich postgraduate student
Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, Ryazan, Russia
В данной статье рассмотрены результаты исследований преподавателей и сотрудников ФГЪОУ ВПО РГАТУ, подтвержденные патентами РФ
Ключевые слова: ДИАГНОСТИРОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МОБИЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
This article discusses the results of the studies made by the faculty and the staff of Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev confirmed with RF patents
Keywords: MAINTENANCE DIAGNOSIS MOBIFE ENERGY FUNDS, INCREASING OPERATING EFFICIENCY OF ROAD TRANSPORT
При расчете сложных математических систем часто прибегают к электромеханической аналогии, противопоставляя механической системе соответствующую электрическую [1-4]. Например, при механических колебаниях периодически изменяются координата тела х и
проекции его скорости V на оси координат (Ух’Уу). При электромагнитных колебаниях меняются заряд конденсатора q и сила тока в цепи / .
Аналогичность представления базируется не на природе противопоставляемых величин, а на процессах их периодического изменения. Например, тело на пружине возвращается к положению равновесия под действием силы упругости Р, которая пропорциональна смещению тела от положения равновесия
Т7 = -кх (1)
а разряд конденсатора обусловлен наличием разности потенциалов (напряжением и ) между пластинами конденсатора и = —а
с (2)
Если рассмотреть конденсатор в составе колебательного контура, то электрический ток в катушке - за счет явления самоиндукции
- увеличивается под действием напряжения постепенно и не исчезает в момент, когда напряжение становится равным нулю. В данном случае индуктивность контура ^ будет играть туже роль, что и масса тела ш в механике.
\_
Таким образом, жесткость пружины играет при механическом колебательном процессе такую же роль, как величина С при
электромагнитных колебаниях, а начальная координата соответствует заряду [5-8].
Рассмотрим фильтрацию топлива в системе топливоподачи ДВС. Она характеризуется пульсацией топлива с частотой, зависящей от количества форсунок и оборотов двигателя.
Введем следующие допущения:
пульсация топлива изменяется по гармоническому закону;
пульсация топлива не зависит от загрязненности фильтрующего элемента фильтра; течение топлива в топливопроводе - ламинарное;
сила, создаваемая за счет разряжения на выходе фильтра топливным насосом высокого давления (ТНВД), прямо пропорциональна давлению, умноженному на площадь сечения топливопровода; фильтр полностью заполнен топливом.
На самом деле форма импульса давления топлива за счет высокого быстродействия форсунок будет близка к прямоугольнику (рис. 1). При этом с увеличением загрязненности фильтра прямоугольные фронты будут заваливаться с обеих сторон. Заваливание фронтов будет связано, в первую очередь, с замедлением отклика фильтрующего элемента (мембраны) на изменение давления - как при его повышении, так и снижении с максимального уровня до минимального - вследствие ее засоренности.
и С
Рисунок 1 - Изменение формы импульса давления топлива, связанное с загрязнением фильтра Найдем максимальную скорость изменения положения мембраны фильтра, находящегося в среде топлива, при действии на него переменной силы, определяемой пульсацией давления в топливопроводе (рис. 2).
Сила ¥, воздействующая на мембрану, пропорциональна пульсации давления . Отклонение мембраны 8 пропорционально пульсации давления и жесткости ее крепления к к стенкам фильтра. Изменение массы мембраны т влияет на скорость реагирования отклонения мембраны на изменение давления &Р .
Перейдем к следующей схеме фильтрующего элемента (рис.З). представим мембрану как тело с массой т (на самом деле масса ш должна учитывать массу присоединенной жидкости, но это достаточно сложная гидромеханическая задача, поэтому введем допущение,
что масса присоединенной жидкости не учитывается), находящееся в вязкой жидкости (коэффициент вязкости Р ). Коэффициент жесткости к определяется жесткостью крепления мембраны к стенкам фильтра. Сила !' возникает при каждой пульсации давления в топливопроводе.
исходное
состояние
отклонение при '"'пульсации топлива
топливо
о
- (-
т р ? ) ; і . і \ > Я V — А Р
6
Рисунок 2 - Отклонение мембраны при пульсации давления
5
Р
Рисунок 3 - Схема фильтрующего элемента Пользуясь правилами аналогий, составим электрическую схему: она выглядит как колебательный контур, содержащий внешний источник переменного тока (рис.4), закон изменения которого определяется законом пульсации топлива.
Я
и=иизіпая
О
о
I
с
Рисунок 4 - Колебательный контур
Используем закон Ома для участка цепи для переменного то ка и найдем максимальную силу тока
j _ UM _ Uм
■L \/Г
где ^м - максимальное (амплитудное) значение напряжения, В; Z - полное сопротивление цепи, Ом; R - активное
сопротивление, Ом; L - индуктивность, Гн; ^ - емкость, Ф; ю - частота вынужденных колебаний, ( '
Установим соответствия характеристик механической и электрической схем:
F -> £/; m^L; С ; Р ^ Я (4)
Изменения коэффициента упругости (жесткости) к крепления мембраны к стенкам корпуса и массы m мембраны можно определить экспериментально у нового фильтра и фильтра, выработавшего свой ресурс. Вязкость топлива задается техническими условиями, но может быть оценена также экспериментально.
Примем за исходные следующие значения.
Топливный насос высокого давления, марка Denso НРЗ, включающий топливоподкаливающий насос Feed pump (рис.5). Частота
—1—1 3
вращения вала подкачивающего насоса 1000 тш («17 с ), при этом прокачивается объем топлива 245±60 см /мин.
2 2 2 Кинематическая вязкость дизельного топлива: летнее 3-6 ЛШ‘ /с, зимнее 1,8-5 лш‘ /с, арктическое 1,5-4 лш‘ /с.
2
Разрежение в топливопроводе Р = 5000... 12000 НУЛ Г .
2
Площадь топливопровода S = 38,5-10-6 м~.
Процесс измерения масс фильтров нового, с пробегом 10 тыс. км и 20 тыс. км представлен на рис.6-9.
Feed Pump
(Suchoo Control Fuel Temperature S-ontor
Detvory Valve
Рисунок 5 - Топливоподкаливающий насос Feed pump
Pkmo*
Ring Com
Рисунок 6 - Измерение массы нового фильтра
1?Ч
Рисунок 7
- Измерение массы нового фильтра после заполнения топливом и последующей просушки
Рисунок 8 - Измерение массы фильтра с пробегом 10000 км
Рисунок 9 - Измерение массы фильтра с пробегом 20000 км Разряжение в топливопроводе с установленным в нем фильтром тонкой очистки топлива системы Common Rail, определялось путем установки датчика калибратора давления "Метран" (рис. 10-11) в системе питания перед топливным насосом высокого давления марки Denso НРЗ. Для проведения измерений использовались модули давления М 0.16 МПа №972, М 1 МПа №735, М -100 МПа №049 калибратора давления "Метран" (табл.).
■§: Metrar_501_PKD_R.pdf - Adobe Reader
і» ♦ .Eh і -1
устройство и принцип действия КАЛИБРОВКА ПРИБОРОВ В УСЛОВИЯХ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
I—ьаМа-1
Comment I Share
Рисунок 10 - Схема измерения калибратором давления "Метран"
Рисунок 11 - Измерение калибратором давления "Метран" разряжения в топливопроводе автомобиля Таблица - Основные технические характеристики калибратора давления "Метран
Код модуля давления Диапазоны измерений давления, МПа Поддиапазоны измерений давления, МПа Предельно-до пускаемое давление, МПа
Модули избыточного давления
К2.5 0-0.0025 0-0.0016 0-0.0025 0.0035
К2.5Д 0.005
Кб 0-0.006 0-0.004 0-0.006 0.0085
К6Д 0.012
К25 0-0.025 0-0.01 0-0.016 0-0.02 5 0.035
К25Д 0.05
МО, 16 0-0.16 0-0.04 0-0.06 0-0.1 0-0.01 6 0.22
МОД6Д 0.32
М1 0-1.0 0-0.25 0-0.4 0-0.6 0-0.1 1.4
М1Д
М2.5 0-2.5 0- 1.6 0-2.5 3.5
мю 0-10 0-4.0 0-6.0 0-10.0 14
М25 0-25 0-16.0 0-25.0 35
М60 0-60 0-40 0-60 70
Модули вакуумметрического давления (разряжения)
В25 -0.025...0 -0.025...0 -0.035
В63 -0.063...0 -0.063...0 -0.09
В100 -0.1...0 -0.1-0 -0.1
Результаты измерений разряжения в топливопроводе от пробега автомобиля приведены на рис. 12-13. Зависимости, приведенные на рис. 12, могут быть описаны следующими уравнениями:
для холостого хода + 1,7-10^ + 50,5. (5)
для 1400 об/мин Р = 7,2'Ю-^2 +1,935-10^ + 51,5. (6)
для2000 об/мин 7> = 6,б5.10-8^+2,03.10-^ + 52; (?)
при этом величина достоверности аппроксимации графиков экспериментальных зависимостей не хуже, чем 0,99.
Формулі
іструктор
20000 КМ
10000 км
2000 об/миї
1400 об/ллин
ЮООО
20000
1400 об/мі
2000 об/|
Рисунок 12 - Зависимость разряжения Р в топливопроводе от пробега Ь автомобиля
сь V л ЕЕ
Синицин - Microsoft Excel
Работа с диагра!
| ~1 а ж^
Главная Вставка Разметка страницы Формулы Дані
Рецензирові
Вид Конструктор Мак'
У а-й Изменить тип Сохранить диаграммы как шаблон Строка/столбец Выбрать данные І - Ш =|-~ч/ т т - і і 5J Переместить диаграмму
Диаграмма 2 ^ А В /к.„\ С D Е F | G Н 1 J к L М N о ! р а R S т 1 К U U
и ^ Готов
н 1 Лист! .■''Листа ЛистЗ ,- >J
IJ ёв [Д] В1| 1 ппсу-г
Рисунок 13 - Зависимость разряжения Р в топливопроводе от оборотов двигателя для фильтров с различным пробегом Частота пульсаций топлива в топливопроводе равна частоте вращения вала подкачивающего насоса 1000 мин-1 («17 1).
Измерены следующие параметры:
масса нового фильтра после заполнения топливом и последующей просушки т° = 0,124 кг; с пробегом 10000 км т'° = 0,157 кг; с
пробегом 20000 км Ш2° = 0,173 кг;
коэффициент жесткости нового фильтра = 945311 Н/м; с пробегом 10000 км ^10= 733190 Н/м; с пробегом 20000 км ^20 = 594876 Н/м;
Известны следующие параметры, необходимые для расчета:
среднее значение коэффициента вязкости летнего топлива ^7 = 4,5-10-6 м~ /с; зимнего топлива =3,4-10-6 лГ/с;
арктического топлива ^7 = 2,75-10-6 лГ/с;
л F = P ^ = 8,5*103*38.5*10~б * 0,ЗЗЯ /оч
сила, действующая на мембрану при создании разрежения ^ (8)
На основании этих данных, подставляя их в формулу (3) и используя зависимости (4), с использованием MS Excel получим
зависимости изменения скорости реагирования мембраны на параметры топливоподачи и ее засоренности (рис. 14).
Рисунок 14 - Изменение скорости движения мембраны в зависимости от изменения параметров
Как было указано выше, зависимости могут быть проанализированы только на качественном уровне. Как видно из анализа данных
приведенных в таблице, определяющим для скорости колебаний мембраны является состояние мембраны - ее засоренность. При этом
закон изменения скорости от состояния фильтрующего элемента в период его эксплуатации близок к линейному.
Список литературы
1. Петров, М.Р. Применение метода электромеханических аналогий для математического моделирования шарнирно-стержневых систем: дис ... канд. техн. наук. / М.Р. Петров - Комсомольск-на-Амуре, 2002,- 112 с.
2. Bloch, A. Electromechanical analogies and their use for the analysis of mechanical and electromechanical systems / Electrical Engineers - Part I: General, Journal of the Institution of Vol.92 , Iss.52, pp. 157 - 169
3. Mircea Ignat - Incdie. Applications of the electromechanical analogies and the equivalent circuit in ultrasonic piezoceramic microactuation http://snet.elth.pub.ro/snet2004/cd/circ/circ_p3.pdf
4. Микитянский, В.В. Целесообразность применения метода электромеханических аналогий при исследовании динамики механизмов / В.В. Микитянский, Р. Хевер. // Вестник АГТУ - 2006. - №2. - С.44-50
5. Самарский, А.А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры / А.А. Самарский, А.П.. Михайлов - М.: Физматлит, 2001. - 320 с.
6. Доля, В.К. Общая теория электромеханических преобразователей. / В.К. Доля, В.Н. Митько - Ростов-на-Дону, 2009. - 79 с.
7. Хевер, Р. Метод аналогии при исследовании динамики механизмов / Р Хевер // Вестник АГТУ - 2004 - №1 - С. 40-52
8. Васильев, А.Е. Исследование мехатронных устройств с применением электромеханических аналогий / А.Е. Васильев, А.В Киричков, А.Г. Леонтьев// Мехатроника, автоматизация, управление - 2004 - №7 - С. 20-22
References
1. Petrov, M.R. Primenenie metoda jelektromehanicheskih analogij dlja matematicheskogo modelirovanija sharnirno-sterzhnevyh sistem: dis ... kand. tehn. nauk. / M.R. Petrov - Komsomol'sk-na-Amure, 2002,- 112 s.
2. Bloch, A. Electromechanical analogies and their use for the analysis of mechanical and electromechanical systems / Electrical Engineers - Part I: General, Journal of the Institution of Vol.92 , Iss.52, pp. 157 - 169
3. Mircea Ignat - Incdie. Applications of the electromechanical analogies and the equivalent circuit in ultrasonic piezoceramic microactuation
http://snet.elth.pub.ro/snet2004/cd/circ/circ_p3.pdf
4. Mikitjanskij, V.V. Celesoobraznost' primenenija metoda jelektromehanicheskih analogij pri issledovanii dinamiki mehanizmov / V.V. Mikitjanskij, R. Hever. // Vestnik AGTU - 2006. - №2. - S.44-50
5. Samarskij, A.A. Matematicheskoe modelirovanie: Idei. Metody. Primery / A.A. Samarskij, A.P.. Mihajlov - M.: Fizmatlit, 2001. - 320 s.
6. Dolja, V.K. Obshhaj a teorij a jelektromehanicheskih preobrazovatelej. / V.K. Dolja, V.N. Mit'ko - Rostov-na-Donu, 2009. - 79 s.
7. Hever, R. Metod analogii pri issledovanii dinamiki mehanizmov / R Hever // Vestnik AGTU - 2004 - №1 - S. 40-52
8. Vasil'ev, A.E. Issledovanie mehatronnyh ustrojstv s primeneniem jelektromehanicheskih analogij / A.E. Vasil'ev, A.V Kirichkov, A.G. Leont'ev// Mehatronika,
avtomatizacija, upravlenie - 2004 - №7 - S. 20-22
