CC BY
35
I ami
Транспорт
Таблица 2
Коэффициент теплопроводности Я, Вт/(м*С°)_
Марка стали Температура, °С
50 100 150 200 250 300
ШХ-15 48 45 44 43 40 38
9Х1 36 36 36 37 35 32
38Х2МЮА 32 32 31 31 30 29
45Х 33 34 35 33 32 31
25 55 53 53 48 42 39
38ХС 39 40 41 41 38 38
20 60 59 59 58 56 55
40ХС 40 39 39 38 36 35
10 59 60 59 56 55 50
12ХН3А 32 32 31 30 28 27
12Х2Н4А 31 30 30 29 28 27
20Х 44 46 47 46 45 41
20Х2Н4А-Ш 28 26 25 25 24 22
20ХН3А 37 37 36 34 33 32
В связи с этим применение в расчетах линейных аппроксимаций, приведенных в справочной литературе, приведет к погрешностям при расчетах тепловых параметров элементов трансмиссий. При проведении экспериментальных работ применялась статистическая обработка данных. Каждое значение, представленное в табл. 1 и 2, является усредненным результатом не менее пяти измерений (согласно рекомендации инструкции прибора). Точность эксперимента оцени-
валась доверительным интервалом с надежностью, равной 0,95. Доверительный интервал оценивался с помощью таблиц Стьюдента.
Предлагаемые исследования позволяют на этапе проектирования узлов и агрегатов высоконагруженных трансмиссий автомобилей и других транспортных машин повысить точность расчетов теплового состояния элементов силовых передач.
Библиографический список
1. Марочник сталей и сплавов: справочник /под ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 639 с.
2. Немзер Г.Г., Аронов М.А. Исследование теплофизических свойств сталей // Кузнечно-штамповочное производство. 1980. №3. С. 26-30.
3. Дорфман В.С. Современные материалы в автомобиле-
строении: справочник. М.: Машиностроение, 1978. 271 с.
4. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: справочник / под ред. Б.Е.Неймарка. М.,Л.: Энергия, 1967. 240 с.
5. Плутонов Е.С. Теплофизические измерения и приборы. Л.: Машиностроение, 1986. 254 с.
УДК 629.113.004
МЕТОДИКА УСТАНОВКИ НАЧАЛЬНОГО УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
л _ о
А.И.Федотов1, А.В.Захаренко2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Установку начального угла опережения впрыска топлива дизеля в условиях эксплуатации можно осуществлять без дорогостоящего оборудования, используя в качестве диагностических параметров характеристики разгона автомобиля на прямой передаче по горизонтальной ровной опорной поверхности дороги. Это обеспечивает вполне удовлетворительные тягово-экономические показатели автомобилей в условиях эксплуатации. Ил. 6. Табл. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: дизель; угол опережения впрыска топлива; диагностика; двигатель; сила тяги на колесах; топливный насос высокого давления; расход топлива; время разгона.
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405853, e-mail: fai.abs@rambler.ru
Fedotov Alexander, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Road Transport, tel.: (3952) 405853, e-mail: fai.abs @ rambler.ru
2Захаренко Анатолий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры строительных, дорожных машин и гидравлических систем, тел.: (3952) 405134, e-mail: v03@istu.edu
Zakharenko, Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Construction, Roadbuilding Machinery and Hydraulic Systems, tel.: (3952) 405134, e-mail: v03@istu.edu
PROCEDURE TO DETERMINE THE INITIAL ADVANCE ANGLE OF KAMAZ DIESEL ENGINE FUEL INJECTION
UNDER OPERATION
A.I. Fedotov, A.V. Zakharenko
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The setting of the initial advance angle of fuel injection in a diesel engine under the operation can be performed without expensive equipment. It is proposed to use automobile acceleration characteristics on a direct drive along a flat horizontal supporting surface of a road as diagnostic parameters. This provides quite satisfactory drag-economic performances of vehicles in operation. 6 figures. 3 tables. 4 sources.
Key words: diesel engine; advance angle of fuel injection; diagnostics; engine; traction force on wheels; high pressure fuel pump; fuel consumption; acceleration time.
Качество регулировки начального угла опережения впрыска топлива (УОВТ) во многом определяет тягово-экономические показатели автомобилей с дизельными двигателями в условиях эксплуатации. Наиболее широкое распространение получил точный метод регулировки оптимального начального УОВТ на силовых тяговых стендах. Современные силовые стенды позволяют измерять силу тяги на ведущих колесах автомобилей с очень высокой точностью (погрешность измерений не превышает 2%) [1]. Это дает возможность достаточно точно устанавливать оптимальный УОВТ исходя из условия максимальной силы тяги на ведущих колесах автомобилей.
В нашей стране нашли также применение инерционные стенды с беговыми барабанами. Они позволяют оценивать тяговые качества автомобилей по величине времени tр разгона ведущих колес автомобиля на роликах стенда от начальной до конечной скорости автомобиля на прямой передаче. Диагностика силовых потерь в трансмиссии производится на основе измерения пути и времени выбега ведущих колес от начальной до конечной скорости. Погрешность измерения времени разгона не превышает 3% [1].
Однако силовые и инерционные стенды имеются лишь в крупных автотранспортных предприятиях, а их приобретение и эксплуатация связаны с большими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами. В наиболее тяжелых условиях находится подвижной состав, расположенный вдали от крупных автотранспортных предприятий и станций технического обслуживания.
С учетом этого была выдвинута гипотеза о том, что на основе измерения времени разгона автомобилей с дизельными двигателями в дорожных условиях можно выполнять регулировку оптимального начального УОВТ. Минимизация времени разгона автомобиля позволит найти оптимальное значение начального УОВТ и обеспечит наилучшее сочетание топливной экономичности и тяговой динамики.
В соответствии с данной гипотезой были проведены экспериментальные исследования, направленные на сравнение стендовых и дорожных методов регулировки оптимального УОВТ. При этом метод регулировки УОВТ 0 на силовых стендах с беговыми барабанами принимался как эталонный.
Экспериментальные исследования включали в себя два вида испытаний автомобилей: на силовом стенде с беговыми барабанами и в дорожных услови-
ях. В качестве объекта испытаний были выбраны две группы автомобилей КамАЗ-5320 в количестве 42 и 40 единиц каждая, разных лет выпуска и разного технического состояния.
На первом этапе исследований у автомобилей обеих групп измеряли время разгона tр в дорожных условиях. Испытания проводили на ровном горизонтальном участке асфальтобетонного шоссе. Предварительно двигатель и трансмиссию автомобилей прогревали до рабочей температуры посредством многократного разгона в диапазоне скоростей от 40 до 70 км/ч, с измерением времени их разгона tp, которое при прогреве трансмиссии и двигателя асимптотически снижалось до уровня стабилизации (рис. 1). Разгон автомобилей выполняли при полной подаче топлива не менее шести раз3 (табл. 1).
Таблица 1
Параметры разгона автомобиля КамАЗ-5320 в
дорожных условиях
Измеряемый параметр Номер замера
1 2 3 4 5 6
Время разгона, с 16,5 13,3 12,1 11,6 11,5 11,5
Измеренные значения контрольного (установившегося) времени tр разгона автомобилей помещали в массив данных Мч.
0 1 2 3 4 5 6 Номер замера
Рис. 1. График изменения времени разгона автомобиля КамАЗ-5320 на прямой передаче в процессе прогрева двигателя и трансмиссии
На втором этапе 42 автомобиля первой группы
3 Для уменьшения влияния профиля дороги испытания проводились в обе стороны движения.
по очереди устанавливали на силовой стенд и измеряли силу тяги Рк на ведущих колесах, часовой расход топлива Qт в режиме максимального крутящего момента. Стендовые испытания проводили на силовом тяговом стенде модели КИ-4856 с использованием расходомера топлива поршневого типа согласно стандартной методике.
Измеренные значения Рк и Qт сравнивали с их нормативными значениями. Было установлено, что более 28% автомобилей не соответствовали нормативу силы тяги на ведущих колесах и более 50% - нормативу часового расхода топлива.
Затем проводили исследование влияния начального УОВТ 0 на тяговые качества Ек автомобиля и расход топлива Qт. Поскольку сила тяги на колесах и расход топлива как функции 0 имеют экстремумы (рис. 2), выбирался оптимальный УОВТ в зависимости от критерия [2]. Так, для автомобилей, работающих в тяжелых условиях на горных дорогах, карьерах, наиболее важным является увеличение мощностных показателей. Для автомобилей, работающих в черте города на магистралях с относительно ровным профилем, более важной является топливная экономичность.
Таким образом, индивидуально для каждого автомобиля КамАЗ-5320 были отрегулированы начальные УОВТ 0 на силовом стенде. Для этого угол 0 варьировался в пределах от -1о до 3° с шагом 1°. В точках перегибов графиков Fk и Qт шаг уменьшали до 0,5° и даже до 0,25°. При каждом варьируемом значении УОВТ измерялась сила тяги на ведущих колесах автомобиля и часовой расход топлива на прямой передаче при скорости 60 км/ч.
Рис. 2. Графики зависимости силы тяги на ведущих колесах Fк и часового расхода топлива Qт автомобиля КамАЗ-5320 при варьировании начального УОВТ на силовом стенде
Для всех 42 автомобилей КамАЗ-5320 были получены зависимости, представленные на рис. 2. Разница заключалась лишь в величине оптимальных УОВТ, а также в значениях Fk и Qт, которые индивидуальны для каждого дизеля. За начальную точку отсчета
УОВТ принята отметка «0» на корпусе топливного насоса высокого давления.
На третьем этапе для оценки пригодности времени tp разгона как параметра для регулирования УОВТ были проведены дорожные испытания второй группы из 40 автомобилей КамАЗ-5320. После выполнения предварительных испытаний для каждого автомобиля был выполнен комплекс работ по оптимизации УОВТ. Регулировку УОВТ осуществляли по итогам контроля времени ^ разгона автомобиля КамАЗ по минимальному его значению.
При этом на каждом автомобиле группы варьировали значениями величины УОВТ и получали графики зависимости времени разгона ^ и расхода топлива Qт (рис. 3).
1Р.с
14
13
12
11
10
\ ♦
\ *р / Л
УЧ /
■
(2т, кГ ч
- 45
41
37
33
29
-1,5
-0,5 0,5 1,5 2,5
Рис. 3. График зависимостей времени разгона и часового расхода топлива автомобиля КамАЗ-5320 от величины начального УОВТ
В ходе исследований установлено, что графики зависимостей времени разгона ^ автомобилей КамАЗ-5320 от начальных значений УОВТ (рис. 3) с достаточной для условий эксплуатации точностью аппроксимируются полиномом второго порядка, т.е. их можно описать уравнением параболы вида
у = а-02 + Ь-0 + с, (1)
где 0 - угол опережения впрыска топлива.
Поэтому для каждой полученной функциональной зависимости были найдены аппроксимирующие функции ^ =Щ. Коэффициенты а, Ь и с функциональной зависимости (1) представлены в табл. 2.
Задача поиска оптимума решалась исходя из критериев минимального времени разгона. Для этого находили первую производную функции ^ =Щ, которую приравнивали к нулю. Решая полученное уравнение, находили значения угла 0, при котором функция ^ =Щ имеет экстремум. Полученное значение угла 0 устанавливали для испытуемого автомобиля. Выявлено, что каждый автомобиль имеет свой оптимальный угол опережения впрыска топлива при индивидуальном значении времени разгона tp.
Исследования, проведенные на группе из 40 автомобилей с разными пробегами, показывают, что оптимальные углы 0 для большинства автомобилей лежат в пределах от 0 до 2°, причем минимумы ^ времени разгона наблюдаются при несколько больших (на 0,5 - 1°) углах 0, чем минимумы расхода топлива
От.
Для определения нормативного значения времени
Таблица 2
Коэффициенты уравнения (1) зависимости времени разгона автомобиля КамАЗ-5320 от величины
начального УОВТ
№ п/п а Ь с Р2 ^¡п
1 2,4059 3,5637 13,24 0,9771 11,9243
2 1,3629 2,6889 14,13 0,9642 12,804
3 1,7427 3,5724 13,524 0,9662 11,6943
4 1,1748 3,0776 13,11 0,9461 11,756
5 1,1989 5,0056 16,664 0,9748 11,44
Мт 1,174 3,0776 13,11 0,9461 11,09
Мах 2,835 6,0821 16,608 0,9802 13,35
разгона [3] результаты эксперимента были аппроксимированы линейной функцией
г =-0,0043 • Г + 29
(2)
при коэффициенте достоверности аппроксимации Р2=0,996. График функциональной зависимости (2) представлен на рис. 4.
Нормативное значение силы тяги определялось из выражения
Г =
£У„ • г
(3)
где Ык - нормативная мощность на ведущих колесах автомобиля; шк - угловая скорость вращения ведущих колес; гк - радиус колеса в ведущем режиме.
На основании требований РД-200-РСФСР-15-0150-81 [4] для режима движения автомобиля КамАЗ-5320 на прямой передаче при полной подаче топлива при скорости 70 км/ч сила тяги на ведущих колесах должна составлять не менее 3712 Н.
Решением уравнения (2) при значении аргумента, равном минимально допустимой силе на ведущих колесах 3712 Н, определилась величина максимально допустимого времени разгона ^ = 13,03 с, при котором еще выполняются требования нормативной документации. С другой стороны, неограниченное увеличение силы тяги (больше 4200 Н) тоже недопустимо, поскольку может привести к отказам агрегатов трансмиссии. Это соответствует времени разгона автомобиля tp = 11 с, т.е. значения времени разгона, лежащие в заштрихованной зоне (рис. 4), соответствуют работоспособному состоянию автомобиля.
Рис. 4. Определение нормативных значений времени разгона автомобилей КамАЗ-5320 в дорожных условиях
Таким образом, был получен массив М2 статистического материала, позволивший определить диапазон изменения времени разгона автомобилей КамАЗ-5320 второй группы в дорожных условиях.
На следующем этапе проводилось сравнение качества регулировки УОВТ автомобилей из первой и второй групп. Как видно из гистограммы (рис 5), распределение времени разгона автомобилей обеих групп до проведения регулировки УОВТ имеет явно выраженный вид нормального закона распределения Гаусса. Причем у 28% автомобилей время разгона значительно выше нормативного.
Следует отметить и тот факт, что более 8% автомобилей с большими пробегами показали очень маленькие значения времени разгона (от 10 до 11 с). Причем сила тяги на их колесах превышает нормативное значение в среднем более чем на 24%. Автомобилей с заниженной мощностью выявлено 33,4%. Таким образом, система питания 41,9% автомобилей КамАЗ-5320 нуждалась в проведении регулировочных работ.
Регулировочные работы топливной аппаратуры проводились по двум методикам. Первая из них разработана для автомобилей с пониженной мощностью, а вторая - для автомобилей с повышенной мощностью.
Первая методика (для автомобилей с пониженной мощностью) предполагает диагностику форсунок, установку оптимального угла опережения впрыска топлива, а затем, в случае необходимости, увеличение цикловой подачи.
Рис. 5. Распределение времени разгона автомобилей КамАЗ-5320 (обе группы) до проведения регулировки начального УОВТ
Из гистограммы распределения времени разгона после регулировки (рис. 6) видно, что такая методика
I ami
Транспорт
позволила сократить количество автомобилей с заниженной мощностью с 33,4 до 7%.
Рис. 6. Распределение времени разгона автомобиля КамАЗ-5320 после проведения регулировки начального УОВТ
Вторая методика (для автомобилей с повышенной мощностью) предусматривала снятие ТНВД с автомобиля в обязательном порядке. Затем, на стенде для регулировки ТНВД регулировали среднюю величину цикловой подачи и при необходимости доводили её до нормы. Как правило, ее величина колебалась в пределах 150-210 мл/100 циклов вместо положенных 7578 мл/100 циклов. Затем ТНВД устанавливали на автомобиль и выполняли регулировку оптимального угла опережения впрыска топлива. После проведения всех ремонтных и регулировочных работ автомобили снова проходили испытания на время разгона.
Гистограмма распределения времени разгона после проведения регулировочных работ показывает, что применение предложенной методики позволило сократить количество автомобилей с малыми значениями силы тяги с 32 до 7%. Число автомобилей с избыточной мощностью сократилось с 8 до 3%, причем это автомобили, имеющие пробег от 65 до 90 тыс. км. Общее количество автомобилей с нормативными значениями времени разгона удалось увеличить с 65 до 90%.
В результате экспериментальных исследований установлено, что если параметры разгона автомобиля укладываются в заштрихованную зону (см. рис. 4), его можно считать работоспособным, если же время разгона находится выше верхней границы, то для уточнения диагноза необходимо провести испытания трансмиссии и ходовой части по выбегу автомобиля. При значениях времени разгона меньше нижней границы необходима углубленная диагностика системы питания двигателя (корректировка увеличенной цикловой подачи топлива, регулировка давления открытия форсунок и т.д.).
Таким образом, для регулировки УОВТ автомобилей с дизельными двигателями в дорожных условиях целесообразно использовать следующую методику:
- измерить существующий начальный угол 0 опережения впрыска топлива;
- измерить время разгона ^ автомобиля на горизонтальной сухой дороге с асфальтобетонным покрытием;
- выполнить измерения времени разгона tp автомобиля при значениях начального УОВТ 0, отличающихся от существующего на +1°, +2°, и -1°;
- по полученным значениям времени разгона найти аппроксимирующую функцию (при необходимости - построить график времени разгона как функцию угла 0);
- найти первую производную полученной функции и значение 0опт, при котором наблюдается её экстремум;
- установить на дизеле данное значение начального УОВТ 0опт.
Анализируя технологические аспекты двух рассмотренных методик определения оптимального угла опережения впрыска 0опт, следует отметить, что наименьшей трудоемкостью обладает дорожный метод (табл. 3). Он довольно прост, достаточно точен, не требует силовой электрической энергии, дорогостоящего оборудования и затрат на эксплуатацию.
Таблица 3
Метод регулировки Трудоем- Погрешность
УОВТ кость, чел./ч измерений,%
1 На силовом стенде 0,86 0
2 В дорожных условиях 0,73 6,2
Если принять точность методики регулировки УОВТ на силовом стенде за эталон, то дорожный метод обеспечивает приемлемую 6,2% погрешность, которая связана с влиянием таких случайных факторов, как погодные условия, изменения профиля дороги, и позволяет производить регулировку с меньшими трудовыми и материальными затратами. Результаты регулировки УОВТ с использованием времени разгона дорожным методом оказались практически полностью идентичны результатам регулировки УОВТ на силовом стенде.
Следует отметить, что нормативные значения пути и времени разгона получены по результатам испытаний, проведенных при температуре окружающего воздуха +25°С. Если температурные условия испытаний отличаются от вышеуказанных, использование данных нормативных значений требует введения температурных поправок.
Библиографический список
1. Харазов А.М. Диагностическое обеспечение технического обслуживания и ремонта автомобилей: справ. пособие. М.: Высш. шк., 1990. 208 с.
2. Федотов А.И., Пелихов А.В., Банаков А.В. Экспериментальное исследование характеристик разгона большегрузного автомобиля // Повышение качества и надежности транспортных и технологических машин: сб. науч. тр. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2001.
3. Федотов А.И., Пелихов А.В. Методика нормирования параметров разгона и выбега автомобиля с целью диагностирования тяговых качеств // Матер. Всерос. науч.-техн. конф. ВСГТУ. Улан-Удэ, 2003. С. 90-94.
4. Руководство по диагностике технического состояния подвижного состава автомобильного транспорта. РД-200-РСФСР-15-0150-81 / НИИАТ. М., 1982. 87 с.
