Методические основы разработки диагностического комплекса для оценки технического состояния автомобильных двигателей (05. 04. 02 Тепловые двигатели) icon

Методические основы разработки диагностического комплекса для оценки технического состояния автомобильных двигателей (05. 04. 02 Тепловые двигатели)









Скачать 265.38 Kb.
НазваниеМетодические основы разработки диагностического комплекса для оценки технического состояния автомобильных двигателей (05. 04. 02 Тепловые двигатели)
АЛЕКСАНДРОВ АНТОН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ
Размер265.38 Kb.
ТипАвтореферат

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВ АНТОН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ



МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РАЗРАБОТКИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ


(05.04.02 – Тепловые двигатели)


Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


МОСКВА 2013


Научный

руководитель:



Доктор технических наук, профессор

Шатров Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты:



Кавтарадзе Реваз Зурабович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» профессор кафедры «Поршневые двигатели»

Совастенко Андрей Александрович,

кандидат технических, доцент, ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов» доцент кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели»

Ведущая

организация:



ФГБОУ ВПО «Московский государственный

агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) на кафедре “Теплотехника и автотракторные двигатели”.

Защита состоится "21" февраля 2013 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан " 21 " января 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок (499) 155-93-24

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., профессор



Максимов Виктор Александрович

Список основных сокращений:

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ДК – диагностический комплекс;

ДПКВ – датчик положения коленчатого вала;

ДсИЗ – двигатель с искровым зажиганием;

ПКВ – поворот коленчатого вала;

ПЛТД – проблемная лаборатория транспортных двигателей;

СТОА – станция технического обслуживания автомобилей;

УОЗ – угол опережения зажигания;

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Постоянно повышающиеся требования к характеристикам автомобильных двигателей неизбежно влекут усложнение конструкции ДВС и его системы управления. При этом роль диагностики, являющейся основным компонентом технического обслуживания и ремонта автомобилей, постоянно возрастает.

Современные средства автомобильной диагностики, как правило, ориентированы на определенные марки машин и по логике зарубежных автопроизводителей предназначены для выявления приблизительно 90% всех возникающих неисправностей. Проблемы, относящиеся к 10% неисправностей, по их мнению, следует решать заменой узлов, агрегатов, блоков управления, не вдаваясь в суть их неисправности. Но в условиях России, где стоимость деталей выше, а их доступность ниже, чем в странах Западной Европы, США и Японии, идти по пути блочной замены, неоправданно дорого. Следовательно, неавторизованные СТОА, проводя более тщательную диагностику и исключая неоправданные замены исправных деталей, могут получить конкурентные преимущества, но для этого требуется дополнительное диагностическое оборудование. В этой ситуации проблема разработки диагностического комплекса, позволяющего проводить оценку технического состояния двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием при использовании в них современных систем управления, представляется своевременной и актуальной.

Цель работы – разработка диагностического комплекса (ДК), позволяющего проводить углубленную диагностику ДсИЗ на основании анализа протекания рабочих процессов двигателя.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

  1. Обосновать актуальность разработки диагностического комплекса, позволяющего проводить диагностику на основании обработки сигналов моторного жгута и дополнительных датчиков.

  2. Сформулировать требования, предъявляемые к ДК ДВС, для углубленной диагностики двигателей.

  3. Проработать структурную схему ДК ДВС, а также обосновать выбор диагностических параметров, используемых при работе комплекса.

  4. Разработать методики и алгоритмы обработки сигналов моторного жгута и дополнительных датчиков с целью получения на их основе выбранных диагностических параметров.

  5. Разработать программное обеспечение комплекса, позволяющее проводить регистрацию и обработку исходной информации по заданным алгоритмам с получением диагностических параметров в форме, обеспечивающей их анализ и визуализацию.

  6. Создать макетный образец диагностического комплекса и произвести его тестирование в условиях СТОА.

Объект исследования. При разработке диагностического комплекса объектом исследования являлись автомобильные двигатели различных модификаций, поступающие на СТОА для диагностики и ремонта.

Предмет исследования. Предметом исследования являлась связь неисправностей с их объективными проявлениями, позволяющая проводить диагностику ДВС на основании анализа сигналов моторного жгута.

Методы исследования. Экспериментальное определение давления в цилиндре двигателя и угла поворота коленчатого вала двигателя в функции времени, оцифровывание полученных аналоговых зависимостей с помощью многоканального АЦП; компьютерное моделирование на базе полученных массивов диагностических параметров, описывающих техническое состояние двигателя, его элементов и систем.

Научная новизна. Разработанный ДК ДВС позволяет оперативно производить углубленную диагностику двигателя на основании анализа протекания рабочего процесса в цилиндрах. Диагностическими параметрами в ДК являются показатели рабочего цикла. Для их получения использованы оригинальные алгоритмы обработки индикаторных диаграмм и сигнала датчика положения коленчатого вала, синхронизации шкалы угловых отметок с сигналами других датчиков. Программное обеспечение комплекса предоставляет возможность пользователю формировать новые собственные алгоритмы обработки зарегистрированных сигналов, что позволяет использовать ДК при исследовании процессов в ДВС и в других компонентах автомобиля.

Достоверность и обоснованность. Представленные в работе методики получения диагностических параметров построены с использованием классических методов термодинамики и механики. Результаты моделирования полностью согласуются с основными положениями теории рабочих процессов поршневых ДВС. При разработке и тестировании методик обработки зарегистрированных сигналов использовались статистические данные о параметрах работы ДВС и систем управления, полученные с более 1000 автомобилей различных модификаций.

Практическая ценность. Разработанный диагностический комплекс может быть использован в неавторизованных СТОА совместно со специализированным диагностическим оборудованием для диагностики значительного спектра моделей автомобилей. При одновременном повышении результативности и качества диагностики, значительно возрастает процент неисправностей, выявленных на стадии диагностики, а не в процессе ремонта. ДК ДВС может быть использован при научно-исследовательской деятельности для сбора и обработки информации при возможности регистрации большого числа каналов данных и создания произвольных алгоритмов их обработки. Комплекс позволяет наглядно представлять взаимосвязь рабочих процессов двигателя.

Реализация работы. Макетный образец ДК ДВС используется в ПЛТД МАДИ как мотортестер при диагностике двигателей тех автомобилей, для которых штатными средствами диагностики не удается найти верное диагностическое решение. В среднем, он подключается к 10% автомобилей, которым требуется диагностика. Некоторые неисправности, с которыми обращаются в сервис, можно выявить только при помощи данного комплекса. Комплекс используется в процессе обучения студентов МАДИ на кафедре Теплотехники и автотракторных двигателей.

Основные положения, выносимые на защиту.

Состав и структура универсального диагностического комплекса обрабатывающего сигналы моторного жгута и дополнительных датчиков.

Методика обработки сигналов ДПКВ и получение шкалы угловых отметок с шагом 0,1 градус ПКВ.

Методика обработки индикаторных диаграмм совместно с сигналами других датчиков, позволяющая получать крутящий момент, момент механических потерь, энергетические показатели рабочего цикла.

Диагностический комплекс, обеспечивающий регистрацию и обработку сигналов моторного жгута ДВС и дополнительных датчиков комплекса.

Личный вклад автора.

    • Методические основы определения неисправностей двигателя, для диагностики которых производителями не предложено диагностических средств и нахождение диагностических параметров для них.

  • Разработка методик получения диагностических информационных параметров, использование которых в ДК ДВС позволяет дополнить штатную диагностику автомобилей.

  • Разработка программного обеспечения, позволяющего на основании зарегистрированных сигналов получать требуемые информационные диагностические параметры.

  • Тестирование макетного образца диагностического комплекса в производственных условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах в МАДИ (2-е Луканинские чтения, 2005 г.); в ФГУП ГНЦ НАМИ (международный автомобильный научный форум 2007 г.); в МГТУ МАМИ (международная научно-техническая конференция МАМИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» 2010 г.); в МГТУ им Н. Э. Баумана (юбилейная международная конференция «Двигатель – 2010»); в МАДИ (юбилейные 5-е Луканинские чтения, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи (из них 2 в издании, входящим в Перечень ВАК).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Она включает 159 страниц основного текста, содержащего 3 таблицы, 30 рисунков и 3 приложения. Библиография включает 111 наименований.

Содержание работы


Во введении обосновывается актуальность решаемой в диссертации проблемы.


В первой главе проведен анализ технологии и используемого оборудования для диагностики неисправностей автомобильных двигателей в дилерских сервисных центрах и неавторизованных сервисных предприятиях. На основании сравнения технологий диагностики и ремонта автомобилей в нашей стране и за рубежом приводится аргументация, доказывающая целесообразность разработки универсального диагностического комплекса. Проанализировано развитие и состояние диагностики. Значительный вклад в формирование автомобильной диагностики в СССР и РФ внесли отечественные ученые Г.В. Крамаренко, Л.В. Мирошников, В.Н.Луканин, В.И. Сидоров, А.П. Болдин, Г.П. Панкратов. На основании сформированного ими подхода к диагностике и к статистике диагностируемых неисправностей в ПЛТД МАДИ проведен подробный анализ диагностических признаков неисправностей автомобильных ДВС, алгоритмов их диагностики и выявлены неисправности, при диагностике которых целесообразно подключение ДК. Проведен обзор современного дополнительного диагностического оборудования, оценены его возможности и недостатки, перечислены основные неисправности ДВС, которые невозможно выявить с их помощью. Признаки этих неисправностей можно разделить на три основные группы:

- неадекватные действия системы управления;

- различная эффективность работы цилиндров;

- неудовлетворительная динамика и повышенный расход топлива.

В заключении сформулированы цель и задачи настоящего исследования.


Во второй главе формулируется перечень диагностических параметров, при контроле которых ДК ДВС может быть использован в качестве дополнительного диагностического оборудования при диагностике неисправностей, не определяемых штатной диагностикой.

При проведении углубленной диагностики требуется определять и контролировать:

- фазы газораспределения;

- параметры рабочего тела в цилиндрах двигателя;

- показатели работы ДВС;

- причинно-следственные изменения в динамической системе «датчики – блок управления – исполнительные органы – ДВС».

Все перечисленные параметры должны определяться и контролироваться с учетом статистики, на основании анализа выборки циклов и стабильности внутри выборки. Эти параметры составляют статистическую базу данных.

ДК предназначен для сбора и обработки информации от штатных и дополнительных датчиков в процессе работы ДВС. Так как предполагается возможность анализа всех режимов работы ДВС, в том числе и под нагрузкой, регистрация должна осуществляться и при движении автомобиля. Исходя из этого, аппаратная часть диагностического комплекса должна состоять из двух функционально обособленных блоков: блока регистрации информации и блока ее обработки и хранения. Блок регистрации должен быть выполнен в корпусе малых габаритов и иметь автономное питание. Так как регистрируемые сигналы имеют большой диапазон напряжений, то для каждой группы сигналов целесообразно использовать специальные адаптеры. Применяя предварительное кодирование сигналов на исполнительных органах, можно добиться значительного снижения числа каналов, необходимых для их регистрации.

Снизить количество задействованных каналов блока регистрации, относительно числа регистрируемых датчиков, не представляется возможным.

Пользователь, на основании библиотеки доступных математических операторов и готовых макросов, может создавать свои алгоритмы обработки зарегистрированных данных, или использовать уже имеющиеся алгоритмы, предназначенные для получения различных показателей работы ДВС.

Наиболее информативным датчиком является ДПКВ. Основная задача, которая решается при его обработке, состоит в нахождении с максимально возможной точностью положения коленчатого вала в каждый момент времени. Решение этой задачи разделяется на две составляющие: точное определение момента прохождения фазового фронта сигнала ДПКВ, соответствующее ВМТ, и аппроксимация значений угловой скорости между точками угловых отметок.

На первом этапе обработки зарегистрированных сигналов текущее угловое положение вала - φ определяется с некоторой погрешностью δφ. На величину δφ влияют неточности изготовления и монтажа инкрементных колес, физические способы формирования сигнала ДПКВ в различных системах управления, поэтому погрешность δφ может достигать нескольких градусов. Результатом этого этапа обработки сигнала ДПКВ является шкала угловых отметок с шагом инкрементного колеса ∆φ и средняя скорость коленчатого вала ω на участках между этими отметками, определяемая по времени ∆t его перемещения на угол ∆φ.

Для обработки индикаторных диаграмм с требуемой точностью нужен переход от шкалы угловых отметок, построенной с шагом инкрементного колеса (6° ПКВ) к шкале большего разрешения, шаг которой составляет 0,1 градус ПКВ.

Основным фактором, влияющим на изменение угловой скорости коленчатого вала, является крутящий момент от газовых сил. Для четырехтактного двигателя, допуская различное протекание рабочего процесса в разных цилиндрах, это функция с периодом T=4π. Следовательно, массив даннных ω=ω(t), описывающий мгновенную угловую скорость вала полученный в результате первого этапа обработки, можно аппроксимировать тригонометрическим полиномом (разложить в ряд Фурье) на периоде T=4π –

(1),

где

(2)

- амплитуда k-ой гармоники, k=1,2,3,...;

(3);

(4);

(5);

N – количество интервалов стробирования периода рабочего цикла T; i – порядковый номер интервала; ωi - средняя на интервале стробирования частота вращения вала.

Частотный диапазон, в котором совокупность гармоник воспроизводит полезный сигнал ωп.с начинается с первой гармоники k=1 (ω1=2π/T) и заканчивается гармоникой kj=jk=2πj/T).

Величина j зависит от числа цилиндров двигателя и режима его работы. При этом целесообразно рассматривать режим холостого хода, когда отсутствует внешняя нагрузка и крутильными колебаниями системы можно принебречь (для большинства бензиновых двигателей легковых машин это частота вращения коленчатого вала до 1500 мин-1) отдельно от остальных режимов работы ДВС. Следовательно, при выборе числа гармоник, включаемых в итоговую сумму ряда Фурье на режиме холостого хода, критерием правильности выбора является минимизация среднеквадратического отклонения произведения значений углового ускорения коленчатого вала ε и момента инерции вращающихся масс J от значений крутящего момента от газовых сил MΣг:

(6)

На нагрузочных режимах на изменение угловой скорости коленчатого вала влияет внешняя нагрузка, зависимость которой от времени и угла поворота неизвестна. При определении мгновенной угловой скорости коленчатого вала нужно учитывать наличие крутильных колебаний. Поэтому, можно принять, что для определения угловой скорости коленчатого вала на нагрузочных режимах целесообразно ограничиться итоговой суммой ряда с числом гармоник j, равным числу цилиндров двигателя. Обосновывается это тем, что у четырехтактного поршневого двигателя с равномерным чередованием рабочих ходов период основной гармоники суммарного крутящего момента на выбраном периоде апроксимации равен T/iц.

На рис. 1 представлены результаты обработки сигнала ДПКВ на режиме полного дросселя при частоте вращения 3200 мин-1.

Для совокупности n=j гармоник с k=1,2,…j рассчитываются множества Ωk, φk, на основании которых определяется полезная составляющая ωп.с(t) функции (1):

(7).




Рис. 1. Иллюстрация работы цифровых фильтров при обработке сигнала ДПКВ двигателя, работающего с полной нагрузкой


Для обеспечения непрерывности функции ωп.с(t) на всем зарегистрированном времени работы двигателя, период разложения T следует выбирать с шагом 2π. При этом итоговая функция ∑ωп.с(t) состоит из середин участков, продолжительностью 2π, функций ωп.с(t), рассчитанных для каждого периода T (рис. 2).





Рис. 2. Иллюстрация формирования непрерывной функции ∑ωп.с(t): 1, 2, 3, 4 – начало рабочих ходов в соответствующих цилиндрах

Следующая задача – переход от функции ω=ω(t) к функции ω=ω(��). Для этого необходимо синхронизировать положение поршня в цилиндре двигателя и полученную шкалу угловых отметок. Если при проведении диагностики регистрируется давление в цилиндрах, это позволяет с приемлемой для заданных целей точностью рассчитать угловую погрешность δφ. Из-за погрешностей при изготовлении коленчатого вала она может отличаться для различных цилиндров двигателя. Для точного определения ВМТ при помощи индикаторных диаграмм, в момент прохождения поршнем ВМТ должен регистрироваться максимум давления в цилиндре. Для этого двигатель должен либо работать с отрицательным УОЗ, либо в исследуемом цилиндре должно отсутствовать воспламенение. Регистрируемый максимум давления в цилиндре смещен на некоторое время относительно шкалы угловых отметок, определяемой по инкрементному колесу.

Величина этого смещения определяется не только угловой погрешностью δφ, но и временной задержкой θ, которая является постоянной времени датчика давления. При совместной регистрации давления в цилиндре и сигнала ДПКВ непосредственно можно измерить суммарную погрешность, δ – время между регистрацией участка сигнала ДПКВ, принятое за ВМТ и максимума давления в цилиндре. Если принять, что δφ и θ постоянны для всех режимов работы двигателя, то погрешность δ связана с ними следующей зависимостью:

δ∙ωφ+θ∙ω (8),

где ω - значение угловой частоты вращения коленчатого вала в окрестности ВМТ (±3° ПКВ). Для определения δφ и θ производится регистрация работы двигателя на двух различных скоростных режимах холостого хода.

Ключевым моментом, делающим ДК ДВС пригодным для диагностики качества протекания рабочего процесса, является синхронизация зарегистрированных индикаторных диаграмм с положением коленчатого вала двигателя. То есть зарегистрированная индикаторная диаграмма, как массив данных в функции времени преобразуется в массив данных в функции положения коленчатого вала.

Далее во второй главе описываются методики расчета циклового наполнения цилиндров воздухом и топливом. Для определения массового расхода воздуха в ДК ДВС используется термоанемометрический расходомер воздуха с известной характеристикой. Расчет циклового наполнения топливом производится на основании зарегистрированных сигналов активации топливных форсунок.


В третьей главе описаны диагностические параметры, получаемые при обработке индикаторных диаграмм и алгоритмы их определения в ДК ДВС.

В некоторых случаях фактические фазы газораспределения не соответствуют заданным. Рис. 3. иллюстрирует методику контроля фаз газораспределения. Контроль моментов открытия и закрытия клапанов производится на основании анализа изменения давления в цилиндре двигателя в процессах газообмена. Для снижения пульсаций давления контроль фаз газораспределения производится на минимальной частоте вращения, максимально возможном вакууме во впускном коллекторе и без воспламенения в проверяемом цилиндре. На этом двигателе, дополнительно к датчику давления в цилиндре, перед впускными клапанами и после выпускных клапанов установлены датчики давления.





Рис. 3. Определение фаз газораспределения по индикаторной диаграмме: а – давление в цилиндре, б – давление за выпускными клапанами, в – давление перед впускными клапанами, г – расчетная линия сжатия, д – расчетная линия расширения


Практически полное совпадение показаний дополнительных датчиков в соответствующих процессах газообмена с показаниями датчика давления в цилиндре подтверждает надежность предлагаемой методики определения фаз газораспределения на основании показаний датчика давления в цилиндре двигателя. Так как давление начала сжатия ниже атмосферного, то и давление конца расширения тоже ниже атмосферного.

Таким образом, наличие перепада давлений между впускным и выпускным коллекторами, позволяет с точностью до 5 градусов ПКВ определять моменты открытия и закрытия клапанов.

Качество протекания рабочего процесса в цилиндре двигателя в первую очередь оценивается количеством подводимой теплоты и динамикой ее подвода. Для этого нужно знать параметры рабочего тела: его массу, состав, теплоемкость, объем, давление, температуру.

Так как регистрируемые сигналы сильно зашумлены, точность определения всех величин относительно невысока. В связи с этим можно принять следующие допущения - рабочее тело состоит из смеси двухатомных и трехатомных газов и не меняет свои свойства в процессе рабочего цикла – постоянными принимаются: молярная теплоемкость, молярная масса, показатель адиабаты рабочего тела.

Объем рабочего тела равен надпоршневому пространству, которое является функцией угла поворота коленчатого вала, то есть известной величиной, давление рабочего тела измеряется датчиком давления в цилиндре. В уравнении для состояния идеального газа, по которому ведется расчет температуры T рабочего тела на участке от закрытия впускных клапанов до открытия выпускных, остаются неизвестны два параметра – масса рабочего тела и его температура.

Рабочее тело можно представить состоящим из двух компонентов – свежего заряда и остаточных газов. Для расчета количества остаточных газов был предложен алгоритм, основанный на предпосылке, что остаточные газы занимают часть цилиндра, которая является разностью полного объема цилиндра в момент закрытия впускного клапана и парциального объема свежего заряда:

(9).

Парциальный объем свежего заряда рассчитывается как объем массы воздуха, измеренного расходомером за такт впуска, при давлении в цилиндре в момент закрытия впускных клапанов и температуре во впускном коллекторе, допуская, что подогрев свежего заряда от стенок компенсируется отводом тепла на испарение топлива:

(10)

Зная парциальный объем остаточных газов находим их количество:

(11),

(12).

После этого, зная массы компонентов рабочего тела и их температуры находим температуру рабочего тела в момент закрытия впускных клапанов:

(13).

После определения температуры T в каждой точке цикла можно рассчитать динамику подвода теплоты к рабочему телу. Для этого на каждом шаге расчета рабочего цикла для последующей точки, относительно предыдущей, рассчитывается температура Tai исходя из адиабатного протекания процессов сжатия – расширения:

(14),

затем определяется разность температур

(15)

и количество теплоты qi, подведенной или отведенной от рабочего тела на данном шаге расчета:

(16).

Количество теплоты, подведенной к рабочему телу в фазе рабочего цикла от момента закрытия впускных клапанов до момента открытия выпускных, определяется как

(17),

где Ni - количество участков разбиения.

Существующие методики не позволяют с достаточной точностью оценить потери теплоты в стенки цилиндра, поэтому в диагностическом комплекса под Qц подразумевается активная теплота - разность между выделившийся теплотой и теплотой, отведенной в стенки цилиндра двигателя. Сопоставляя теплоту, вносимую в рабочий цикл с топливом и подведенную к рабочему телу, получаем коэффициент выделения теплоты:

(18).

Под Qт подразумевается Huqц.т., при α≥1.

Для оценки потери теплоты с отработавшими газами предлагается использовать разность энтальпий в момент открытия выпускного клапана и момент закрытия впускного.

Работа газовой силы на каждом шаге расчета считается как произведение газовой силы на перемещение поршня. Соответственно, индикаторная работа цикла будет равна сумме работ газовой силы на тактах сжатие – расширение, работа на газообмен – сумме работ газовой силы на тактах выпуск - впуск.

Нужно отметить, что при проведении диагностических действий проводится регистрация и обработка не одного рабочего цикла, а целой серии. Соответственно, производя контроль параметров рабочего тела, характера тепловыделения в серии рабочих циклов на неизменном режиме работы двигателя, получаются данные о стабильности этих показателей. В случае установки датчиков давления во все цилиндры, можно определить величину затрат энергии на внутренние потери Мм.п как функцию Мм.п(ω) для данного двигателя. При этом делается допущение, что трение во всех узлах гидродинамическое и не зависит от нагрузки на двигатель. При проведении индицирования этого двигателя на нагрузочных режимах найденная зависимость Мм.п(ω) позволяет с приемлемой точностью рассчитать эффективные показатели ДВС.


В четвертой главе приведена структура разработанного макетного образца комплекса, описываются: порядок работы с ДК ДВС; разработанные диагностические тесты, выполняемые при проведении диагностики двигателей; результаты тестирования созданного макетного образца ДК ДВС на моторном стенде, а также примеры использования комплекса при проведении диагностики.

Основное отличие макетного образца заключается в том, что регистрирующее сигналы АЦП находится не в автономном мобильном корпусе, а в корпусе стационарного компьютера. Для регистрации сигналов использовался АЦП L-783M фирмы L-CARD. Программное обеспечение, позволяющее получать все заданные результаты, при переходе от тестирования макетного образца к работе на ДК ДВС существенно не изменится.

Тестирование производилось на двигателе ВАЗ-2112, установленном на моторном стенде. Для индицирования двигателя на нагрузочных режимах использовался пьезоэлектрический датчик-свеча фирмы AVL. Дополнительно, перед впускными клапанами и после выпускных клапанов были установлены более дешевые дифференциальные тензометрические датчики давления Motorola MPX5999 с пределом измерения до 1,0 МПа. Эти же датчики использовались при параллельном индицировании всех цилиндров двигателя на режиме холостого хода.

На рис. 4 представлены показания всех трех датчиков давления.





Рис. 4. Колебания давления при газообмене в цилиндре двигателя и в коллекторах системы газообмена; (n = 3200 мин-1, ДЗ – 100%)

Результатом обработки индикаторной диаграммы, представленным на рис. 5, является температура рабочего тела в цилиндре двигателя, работа газовой силы, подведенная к рабочему телу теплота, энтальпия рабочего тела.





Рис. 5. Расчета параметров рабочего тела (n = 3200 мин-1, ДЗ = 100%)

Следует отметить, что в данном примере расчет велся с рядом допущений, но программная среда комплекса позволяет создавать различные алгоритмы обработки данных. Следовательно, в случае необходимости, в расчетах можем быть учтена и переменная теплоемкость и изменение молярной массы рабочего тела.

На рис. 6 представлен пример расчета момента сил сопротивления на основании обработки индикаторных диаграмм во всех цилиндрах двигателя. Момент сил сопротивления рассчитан как разность момента газовых сил и изменения кинетической энергии подвижных деталей двигателя.

Из данных, полученных при регистрации работы исправных двигателей, формируется статистическая база данных, которая затем используется при диагностике проблемных автомобилей

Комплекс позволяет создавать произвольные алгоритмы для обработки и визуализации зарегистрированных данных большого объема (размеры массивов до 108 значений). Поэтому его можно использовать в качестве программной среды при проведении исследовательских работ ДВС.




Рис. 6. Пример расчета момента сил сопротивления: а – частота вращения коленчатого вала двигателя, б – крутящий момент от газовых сил, в – изменение кинетической энергии деталей двигателя, г – разность крутящего момента от газовых сил и изменения кинетической энергии деталей двигателя, д – среднее значение момента сил сопротивления


Приведем несколько примеров использования ДК ДВС при диагностике автомобилей.

На рис. 7 приведены фрагменты регистрации давления ДК ДВС в третьем цилиндре двигателя. Автомобиль поступил на диагностику с признаками повышенной неравномерности работы двигателя при прогреве.




Рис. 7. Снижение эффективности работы цилиндра из-за неисправного гидравлического толкателя; а) – давление в цилиндре двигателя; б) – частота вращения коленчатого вала; ( BMW, Р6, iVh=2,8 л, холостой ход, прогрев)

Штатная система диагностики многократно фиксировала неисправность: «Пропуски воспламенения с прекращением подачи топлива на стадии прогрева в третьем цилиндре». Анализ процесса прогрева при помощи штатного диагностического оборудования показал, что первые 20 секунд после запуска двигатель работает ровно. Затем эффективность работы третьего цилиндра начинает постепенно снижаться, система управления фиксирует пропуски воспламенения и, для защиты каталитического нейтрализатора, прекращает подачу топлива в этот цилиндр. Для определения причин неисправности в третий цилиндр был установлен датчик-свеча с газоотводной трубкой. Первый фрагмент, представленный на рисунке, был зарегистрирован через 7 секунд после запуска холодного двигателя (сплошные линии), второй – через 35 секунд (пунктир). Заменой гидравлических толкателей неисправность была устранена.

На рис. 8 приведен пример контроля фаз газораспределения при диагностике с помощью ДК ДВС.





Рис. 8. Контроль фаз газораспределения на основании давления в цилиндре в процессах газообмена; (BMW, V8, iVh=4,8 л, холостой ход)


Впускные и выпускные клапаны на этом двигателе приводятся отдельными валами. Автомобиль поступил на диагностику с признаками повышенной неравномерности работы на режиме холостого хода. На основании анализа давления в первом и пятом цилиндрах (цилиндры различных полублоков) в процессах газообмена было установлено, что фазы газообмена имеют различную продолжительность и различно расположены относительно соответствующих мертвых точек Воспламенение в проверяемых цилиндрах отсутствовало. Впоследствии, при разборке двигателя, было установлено, что распределительные валы левого и правого полублоков имели различные параметры профиля кулачков. Замеры профиля кулачков, произведенные на специализированном оборудовании, подтвердили определенную по индикаторным диаграммам ширину фаз газораспределения с точностью до 5 градусов ПКВ.В приведенных примерах использование ДК ДВС при диагностике автомобилей позволило с большой долей вероятности и в короткий срок принять верные диагностические решения. При использовании только штатного диагностического оборудования при диагностировании таких неисправностей, производящий диагностику оператор вынужден принимать решения на основании своего опыта и интуиции. Вероятность ошибочных решений при этом возрастает многократно, также многократно возрастает время, требуемое для проверки различных версий о причинах неисправности. Соответственно, включение ДК ДВС в перечень диагностического оборудования независимых СТОА значительно сокращает время и повышает производительность труда при диагностике автомобилей.

Дальнейшее развитие ДК ДВС предполагает описание процессов, происходящих в ДВС, в виде передаточных функций. Формализация работы ДВС, как системы звеньев с определенными характеристиками и передаточными функциями позволяют автоматизировать процесс диагностики и сделать его менее зависимым от квалификации оператора.

Выводы

  1. Проведенный анализ методов технической диагностики современных автомобилей подтвердил актуальность разработки ДК ДВС и позволил сформулировать требования, предъявляемые к нему.

  2. Выполнено обоснование выбора диагностических параметров, которые нужно получить на основании исходной информации, в качестве которой в ДК ДВС используются сигналы на исполнительных органах ДВС, сигналы штатных автомобильных и дополнительных датчиков диагностического комплекса. За диагностические параметры приняты значения составляющих энергетического баланса, индикаторные и эффективные показатели работы двигателя.

  3. Сформированы методики и реализованы алгоритмы определения фаз газораспределения, длительности фаз сгорания, цикловых расходов топлива и воздуха, фазового согласования зарегистрированных временных зависимостей давления в цилиндре двигателя и сигнала датчика угла поворота коленчатого вала. Рассчитанные диагностические информационные параметры ДВС составляют статистическую базу данных.

  4. Решение, создать комплекс, состоящий из двух блоков, повысило его функциональные возможности: блок регистрации малых размеров с автономным питанием позволяет регистрировать параметры работы двигателя при движении автомобиля, блок обработки на стационарном компьютере позволяет производить обработку и хранение больших объемов информации, которая составляет статистическую базу комплекса.

  5. Программное обеспечение комплекса дает возможность проводить регистрацию и обработку данных, как по имеющимся алгоритмам, так и по алгоритмам, формируемых пользователем. Это позволяет применять ДК ДВС при проведении исследований процессов ДВС. На всех этапах обработки результаты визуализируются в удобной для рассмотрения форме.

  6. Визуальное отображения в ДК ДВС процессов, сопровождающих работу двигателя, позволяет использовать его в процессе обучения.

  7. Тестирование изготовленного макетного образца ДК в течение года в производственных условиях в МАДИ и в учебном процессе при подготовке кадров различного уровня по направлению «Энергомашиностроение» подтвердило его эффективность.

  8. Количество автомобилей с нарушениями работы, не диагностируемыми штатными средствами, составляет около 10% от всех поступающих машин, а трудозатраты на их диагностику без применения комплекса достигали 40% от общих временных затрат на диагностику. Опытная эксплуатация макетного образца ДК в этом случае позволила сократить в несколько раз время, затрачиваемое на их диагностику.



Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах



  1. Александров, А.В. Программно-аппаратный комплекс для углубленной диагностики качества протекания рабочего процесса в автомобильных двигателях/ А.В. Александров, И.А. Долгов// Вестник МАДИ: периодический научный журнал. Вып. 1(24), 2011 – М.: МАДИ, 2011. – С. 39-44

  2. Александров, А.В. Согласование параметров сигналов первичных преобразователей и проверка достоверности полученных данных в диагностическом комплексе двигателей внутреннего сгорания / А.В. Александров, И.А. Долгов // Вестник МАДИ: периодический научный журнал. Вып. 2(29), 2012 – М.: МАДИ, 2012. – С. 50-56

  3. Александров, А.В. Исследовательский комплекс для оперативного анализа рабочих процессов ДВС / А.В. Александров, И.А. Долгов // Сборник научных трудов МАДИ: Совершенствование энергоэкологических показателей автотракторных двигателей. – М.: МАДИ, 2010. – С. 75-77

  4. Александров, А.В.,. Результаты работ по созданию исследовательского комплекса для анализа рабочих процессов в ДВС и его использование в научных исследованиях и в учебном процессе / А.В. Александров, И.А. Долгов, А.М. Петров // Сборник научных трудов Международной конференции «Двигатель 2010», посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – С. 300–304

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:



О системе контроля качества оценки технического состояния транспортных средств при государственном техническом осмотре



Учебник : С. В. Громов, Н. А. Родина 8 класс
Формирование понятий: тепловые двигатели, кпд. Знакомство с принципом работы тепловых двигателей (паровая турбина, двс), применением...



Приказ Министерства транспорта и коммуникаций Республики Беларусь 03. 05. 2010 n 222-ц инструкция о порядке контроля технического состояния автомобильных транспортных средств при выпуске на линию и приемке с линии глава 1



Руководство по ремонту комплекса медицинского диагностического (кмд)
Руководство предназначено для специалистов, обслуживающих комплекс медицинский диагностический



Тема урока: «Тепловые двигатели»



«Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания»



Тема: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания»



Урок «Тепловые двигатели, двс» Цель урока



Технические требования в отношении отдельных элементов и свойств объектов технического регулирования для оценки соответствия типов транспортных средств (шасси)



Жидкости Castrol для системы охлаждения автомобильных двигателей

Поделиться в соцсетях



Авто-дневник






База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2020

обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

разработчик i-http.ru

на главную