CC BY
32
УДК 629.3.004, 621.4.004.67
Определение экологической надежности карбюраторных двигателей в условиях автомобильного сервиса
Владимир Николаевич Быстров, к.т.н, e-mail: dirunikom@mail.ru
Евгений Игоревич Деркач, аспирант, e-mail: derkach.zhenya@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Приведено описание метода определения экологической надежности двигателей легковых автомобилей со сроком эксплуатации более 5 лет в условиях автомобильного сервиса при применении технологии фрикционного нанесения защитных покрытий на основе избирательного переноса при трении; показано, что для статистической обработки результатов испытаний метод предусматривает симуляцию случайных значений экологических характеристик и оценку плотности вероятности появления экологического отказа по модели Вейбулла.
Authors describe a method for determining ecological safety of car engines in operation for over 5 years in the conditions of automobile service with applying of frictional protective coating on the basis of selective transfer in friction; it is shown that for a statistical analysis of tests, method involves the simulation of random values of ecological characteristics and evaluation of probability density of occurrence of ecological denial on the Weibull model.
Ключевые слова: автомобильный сервис, экологическая надежность, симуляция.
Keywords: automobile service, ecological safety, simulation.
Для определения экологической надежности карбюраторных двигателей требуется сбор статистических данных по результатам испытаний большого количества автомобилей и их обработка с применением теории вероятности, которые в условиях автомобильного сервиса реализовать крайне сложно [1]. В то же время сведения об экологической надежности двигателей необходимы для правильного назначения рекомендаций по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей со сроком эксплуатации более 5 лет в условиях автомобильного сервиса. Кроме того, инструментальное определение экологических характеристик двигателя позволяет оценить общее техническое состояние автомобиля и затраты на его эксплуатацию [2].
Для определения экологической надежности двигателей в условиях автомобильного сервиса разработан комплекс следующих методик испытаний:
• методика моторных испытаний бензиновых двигателей легковых автомобилей с определением экологических характеристик (ММИ-1003-АТУ-2010) [3];
• методика динамометрических испытаний легковых автомобилей с бензиновым двигателем для определения количества загрязняющих веществ в отработавших газах (МДМИ-1001-АТУ-2010) [4];
• методика дорожных испытаний легковых автомобилей с бензиновым двигателем для оп-
ределения количества загрязняющих веществ в отработавших газах (МДИ-1002-АТУ-2010). Для определения экологической надежности карбюраторного двигателя автомобилей конкретной марки в условиях автомобильного сервиса необходимы следующие данные: количество испытуемых автомобилей - п, ед.; обозначение испытуемых автомобилей А1, А2, ...Ап; марка автомобиля; пробег автомобилей - Ы1, Ы2, ..., Ып, км; нормативные значения по выбросам загрязняющих веществ в отработавших газах, г/км, в соответствии с Правилами ЕЭК ООН (табл. 1).
Таблица 1. Нормативные значения загрязняющих веществ в отработавших газах легковых автомобилей в соответствии с Правилами ЕЭК ООН, г/км
№ п/п Категория автомобиля Нормы токсичности Дата введения СО, г/км СтНп, г/км
1
2
n
Определение экологической надежности карбюраторного двигателя в условиях автомобильного сервиса производят с помощью следующей последовательности операций.
1. Определяют процентное содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах в статическом состоянии автомобиля без нагрузки
в соответствии с ГОСТ 52033-2003. Полученные значения заносят в табл. 2.
Таблица 2. Содержание оксида углерода и углеводородов, %, в отработавших газах по ГОСТ 52033-2003
Автомобиль * 0 1 Л И ч о и Возраст, лет Пробег, км Частота вращения коленчатого вала, об/мин Оксид углерода, % 1 & О д о 8т 5 І
Аі пмин ппов
А2 пмин ппов
пмин ппов
Ап пмин ппов
2. Определяют максимальную степень сжатия Р, кг/см2, в цилиндрах двумя методами:
1) механическим методом определения компрессии, например, с помощью ручного компрес-сометра КА-7191С;
2) автоматическим методом определения компрессии и состояния фаз газораспределения, например, с помощью анализатора двигателя МотоДок 2.
Полученные результаты заносят в табл. 3.
Таблица 3. Значения компрессии в цилиндрах двигателя автомобиля, кг/см2
Ю о м о т в Ав Пробег, км № цилиндра двигателя Механический метод, кг/см2. Автоматический метод, кг/см2 Среднее значение компрессии, кг/см2 Значение компрессии по данным завода-изготовителя, кг/см2
Аі і
2
3
4
А2 1
2
3
4
1
2
3
4
Ап 1
2
3
4
3. Определяют количество загрязняющих веществ в отработавших газах по методикам динамометрических и дорожных испытаний автомобилей (МДМИ-1001-АТУ-2010, МДИ-1002-АТУ-2010).
Полученные результаты сводят в табл. 4 и определяют коэффициент подобия Кп, %, при проведении динамометрических и дорожных испытаний:
К _ К1СО,СН - К2СО,СН 100
п V ’
Л1СО,СН
где К1СО СН и К2СО СН - суммарное количество компонентов в отработавших газах за цикл испытаний при проведении динамометрических и дорожных испытаний соответственно, г/км.
Таблица 4. Определение коэффициента подобия при проведении динамометрических и дорожных испытаний (по МДМИ-1001-АТУ-2010,
МДИ-1002-АТУ -2010)
е мыли И § § к § Пробег, км £ /г о м /г о 2 /г м и кс м к/ и к с; о" с; ь?
Динамомет рические испытания по МДМИ-1001-АТУ-2010
Аі
А2
Ап
Дорожные испытания по МДИ-1002-АТУ-2010
Аі
А2
Ап
Коэффициент подобия К п
4. Определяют зависимость между эксплуатационным пробегом, компрессией в цилиндрах и количеством загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей по заводским и экспериментальным данным:
4.1) определяют влияние эксплуатационного пробега на изменение компрессии в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобилей, при этом начальное значение компрессии в цилиндре соответствует данным завода-изготовителя, а конечное значение определяется средним значением компрессии в табл. 3 (пример построения зависимости приведен на рис. 1);
4.2) определяют влияние изменения компрессии в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания на количество загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей, для построения зависимости данные берутся из табл. 2 и 3 (пример построения зависимости приведен на рис. 2);
р 12,6 12.4 12.2 12.0 11.8 11.6 11.4 11.2 11.0 ш я кг /см2
""О 10 20 30 40 50 60 7
5, тыс.км
Рис. 1. Пример построения зависимости изменения компрес-ии в цилиндре двигателя Рсж от эксплуатационного пробега S
Л’кЗО.СН - г/км
30 25 20 15 10 5 0
11,0 11,2 11,4 11.6 11,8 12,0 12,2 12.4 12.6 Рсж , кг/см2
Рис. 2. Пример построения зависимости количества загрязняющих веществ в отработавших газах автомобиля Ксо,сн от компрессии в цилиндрах двигателя Рсж
4.3) определяют влияние эксплуатационного пробега на количество загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей, данные для построения зависимости берутся из табл. 2. (пример построения зависимости приведен на рис. 3).
5. Определяют момент наступления экологического отказа двигателей без применения ТБВД. Для этого на график переносят зависимости Ксо,сн = ^(5) по испытуемым автомобилям и строят линию теоретического выброса загрязняющих веществ с отработавшими газами в соответствии с
Рис. 3. Пример постороения зависимости количества загрязняющих веществ в отработавших газах автомобиля Ксо,сн от эксплуатационного пробега 5
нормативами ЕЭК ООН. На рис. 4 приведен пример по двум испытуемым двигателям.
6. Выполняют пп. 1 - 5 для испытуемых автомобилей после применения ТБВД.
7. Определяют расчетные периоды восстановления экологических характеристик двигателей автомобилей исходя из полученных данных. Пример определения расчетных периодов для одного двигателя приведен на рис. 5.
^чсо.сн. г/км 35
30
2?
20
15
10
1 ~\
\2
\1
20
30
40
50
60 ~0 5\ тыс.км
Рис. 4. Определение пробега автомобиля до экологического отказа двигателя: кривая 1 - автомобиль с пробегом 68 тыс. км; кривая 2 - автомобиль с пробегом 62 тыс. км; кривая 3 -линия экологического отказа в соответствии с нормативом экологического класса автомобиля ЕЭК ООН; 51 - пробег до экологического отказа первого автомобиля; 52 - пробег до экологического отказа второго автомобиля
^мсо.сн - Г/км
1 ~\
- - -
-X
? в, / ч 0 2 >2 И ) 30 40 50 60 7 S, тыс.км
Рис. 5. Определение расчетных периодов восстановления экологических характеристик двигателей автомобилей до и после ТБВД: кривая 1 - автомобиль с пробегом б8 тыс. км; кривая 2 -автомобиль с пробегом б8 тыс. км после ТБВД; В1 - период восстановления экологических характеристик двигателя до ТБВД; В2 - период восстановления экологических характеристик двигателя после ТБВД (затемненная область на графике -диапазон работы двигателя без экологического отказа)
S. Определяют диапазоны изменения параметров Ксосн, S у совокупности испытуемых автомобилей до и после ТБВД.
9. В выбранных диапазонах симулируют случайные значения суммарных выбросов загрязняющих веществ в отработавших газах новой совокупности автомобилей А1, А2, А3 ,..., Ап с пробегом N1, N2, N3, ., Nn путем ввода экспериментальных данных испытуемых автомобилей в табличной форме в программу Excel при п > 200.
10. Определяют случайный диапазон значений компрессии, пробега и суммарного количества загрязняющих веществ с помощью метода Монте Карло, интегрированного в программу Excel.
11. Проводят обработку результатов симуляции и построение вероятностных зависимостей при помощи программного комплекса статической обработки данных Statistika v6:
1) значения данных симуляции, полученные в Excel, переводят в программу Statistika v6;
2) по данным симуляции строят диаграмму рассеивания, полученную с помощью метода наименьших квадратов (пример диаграммы рассеивания приведен на рис. 6);
Диаграмма рассеяния Количество загрязняющих веществ, г/км= =Расстояние взвешенных наименьших квадратов | 45----------■-------------т--------•---•----
"u : i : ; | i I I :
(я 40 „
Н о,
0 20000 40000 60000 80000
____________________________________________Пробег, км
Рис. 6. Диаграмма рассеивания данных, полученных симуляцией
3) строят функции распределения (рис. 7, а) и надежности (рис. 7, б) для оценки параметров методом МП (приложение 8, 81ай8йка уб);
ФР для оценок параметров методом МП Пробег, км; Ценз-ние: Состояние(Неисправность,Исправность) N=200 На графике показана оценка дов.интереала: 95,0% Параметры: Поп о>мэн.=0,0000 Форма= 1,7589 Масш.=45935,
а)
Функция наде>кности для сценки методом МП Пробег, км; Ценз-ние: Состояние (Неисправность, Исправность) N=200 На графике показана оценка дое.интереал а: 95,0% Параметры: Положен.=0,0000 Форма=1,7589 Масш.=45935,
б)
Рис. 7. Функции распределения для оценок (а) и надежности (б) с доверительным интервалом 0,95
МНК Оценки риска Модель: Вейбулла Замечание: Веса: 1=1., 2=1.ЛЛЗ=М(1)*Н(1)
П робег, км
а)
Модель: Вейбулла
б)
Рис. 8. Оценки риска появления отказа без применения (а) и после применения (б) ТБВД по данным симуляции
Рис. 9. Оценка плотности вероятности появления отказа после применения ТБВД на автомобилях с периодичностью технического воздействия 15 тыс. км
4) строят графики оценки риска появления отказа по модели Вейбулла до (рис. 8, а) и после (рис. 8, б) ТБВД;
5) строят график оценки плотности вероятности появления отказа по модели Вейбулла до и после применения ТБВД (пример приведен на рис. 9).
Таким образом, применение методики позволяет назначать обоснованные периоды обслуживания и ремонта для автомобилей различных марок при минимальном количестве испытуемых автомобилей со сроком службы более 5 лет с учетом применения ТБВД на автосервисном предприятии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Быстров В. Н. Технические средства обеспечения экологической безопасности автотранспорта. 2009. М.: РГУТиС.
2. Быстров В. Н., Деркач Е. И., Грибут И. Э. Применение технологии безразборного восстановления цилиндропоршневой группы легковых автомобилей // Теоретические и прикладные проблемы в сервисе. Техника и технологии. 2009. № 4. С. 18 - 22.
3. Быстров В. Н., Деркач Е. И. Техническая эффективность нанесения покрытий фрикционным методом на цилиндры без разборки двигателя // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2010. Т.6. № 3. С. 3 - 7.
4. Быстров В. Н., Титов В. А., Деркач Е. И. Динамометрические испытания для определения экологической эффективности применения избирательного переноса при трении // Ремонт, восстановление, модернизация. 2010. № 2. С. 34 - 36.
Поступила 21.06.2011 г.
