WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На  правах  рукописи

ГУСЕВ  ГЕННАДИЙ  АРКАДЬЕВИЧ

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ  СИСТЕМЫ  ТОПЛИВОПОДАЧИ

ГЛАВНЫХ  ДВИГАТЕЛЕЙ  СУДОВ  НА ВОЗДУШНОЙ

ПОДУШКЕ  ТИПА  «АРГО»  ПО  ПАРАМЕТРАМ

ПЕРЕХОДНЫХ  ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.08.05. - «Судовые  энергетические  установки

и  их  элементы  (главные  и  вспомогательные)»

Автореферат  диссертации  на  соискание  учёной  степени

кандидата  технических  наук

Калининград  2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО (Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования) Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ковальчук Леонид Игнатьевич

Официальные оппоненты:

Великанов Николай Леонидович, доктор технических наук, профессор, Калининградский пограничный институт ФСБ России, профессор

Щеглов Валерий Александрович, кандидат технических наук, Балтийская государственная академия, кафедра «Сервис автомобильного транспорта», профессор

Ведущая организация: - Главное управление МЧС России по Калининградской области

Защита состоится 28 мая 2012 года в 15 часов на заседании диссертационного совета ДМ 307.002.02 при Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота по адресу: 236029, г. Калининград, ул. Молодёжная, д. 6, зал заседаний учёного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота (236029, г. Калининград, ул. Молодёжная, д. 6, ауд. 270, читальный зал)

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте БГАРФ www. bgarf. ru – 26 апреля 2012 г.

Автореферат разослан 27апреля 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета д. п. н., профессор  Бугакова Н. Ю.

Общая характеристика работы



Актуальность работы. По современным представлениям повышение эффективности эксплуатации судовых энергетических установок (СЭУ) может быть достигнуто посредством внедрения в практику эксплуатации методов и технических средств безразборной диагностики. При этом обеспечивается возможность оптимизации условий работы, как отдельных компонентов, так и СЭУ в целом, что способствует экономии топлив и масел, снижению скоростей изнашивания и вредных выбросов с отработавшими газами.

При определении круга задач, которые должны решаться методами безразборной диагностики, обычно исходят из следующей предпосылки: в систему диагностирования в первую очередь должны включаться те детали, узлы и системы двигателя, техническое состояние которых в основном определяет объём и сроки различных видов обслуживания и ремонтов.

Анализ надёжности бензиновых двигателей, используемых на судах в качестве главных, показывает, что к числу объектов диагностирования в первую очередь следует отнести цилиндропоршневую группу, систему воздухоснабжения и систему топливоподачи.

Этот вывод основывается на том, что мощностные, экономические и экологические показатели бензиновых двигателей в эксплуатации в основном определяются текущим техническим состоянием элементов цилиндропоршневой группы, системы воздухоснабжения и топливоподачи.

Отмечаемые в эксплуатации нарушения процессов смесеобразования, воспламенения и сгорания топлива, вызываемые такими часто встречающимися дефектами в системах распределённого впрыска топлива, как потеря плотности элементами бензонасосов, регуляторов давления и электромагнитных форсунок, коррозия и загрязнение проходных сечений являются причинами существенного ухудшения показателей работы бензиновых двигателей.

Опыт технической эксплуатации транспортных средств, оснащённых двигателями с распределёнными системами впрыска топлива, показывает низкую готовность существующей системы технического обслуживания и ремонта к поддержанию работоспособности систем впрыска.

Изложенные обстоятельства свидетельствуют о важности и необходимости изыскания путей построения диагностических моделей и рациональных алгоритмов для решения практических задач функционального диагностирования текущего технического состояния элементов систем распределённого впрыска топлива, как одного из эффективных средств поддержания заданных энергетических, экономических и экологических характеристик бензиновых двигателей в эксплуатации.

Объект исследования. Системы распределённого впрыска топлива бензиновых двигателей.

Предмет исследования. Неустановившиеся гидродинамические процессы в аккумуляторных топливных системах распределённого впрыска бензиновых двигателей.

Цель исследования. Разработка методического и технического обеспечения диагностирования топливных систем распределённого впрыска по параметрам неустановившихся гидродинамических процессов в топливных аккумуляторах и форсунках.

Задачи исследования:

- теоретическая оценка параметров неустановившихся гидродинамических процессов в аккумуляторах топливных систем распределённого впрыска;

- разработка и изготовление технического обеспечения для измерения параметров неустановившихся гидродинамических процессов в аккумуляторах топливных систем распределённого впрыска бензиновых двигателей;

- экспериментальные исследования неустановившихся гидродинамических процессов в лабораторных и судовых условиях;

- разработка методики  диагностирования топливных систем распределённого впрыска по параметрам неустановившихся гидродинамических процессов в топливных аккумуляторах.

На защиту выносятся:

- аналитическая модель волновых процессов, возникающих в аккумуляторах топливных систем распределённого впрыска бензиновых двигателей от периодических возмущений, вносимых электромагнитными форсунками;

- техническое и методическое обеспечение измерений параметров неустановившихся гидродинамических процессов в аккумуляторах топливных систем распределённого впрыска и результаты экспериментальных замеров параметров этих процессов;

- методика диагностирования технического состояния элементов топливных систем распределённого впрыска.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что теоретически и экспериментально показаны правомерность и целесообразность использования закономерностей изменения параметров переходных процессов в аккумуляторах и форсунках топливных систем распределённого впрыска для решения практических задач функционального диагностирования технического состояния элементов этих систем.

Теоретическая значимость выполненных в работе исследований состоит в том, что предложен метод расчёта неустановившихся гидродинамических процессов в аккумуляторах топливных систем распределённого впрыска, позволяющий в каждой конкретной системе определить закономерности протекания переходных процессов в функции геометрических размеров аккумулятора, физических и термодинамических характеристик топлива.

Практическая ценность выполненных в работе исследований состоит в том, что разработанная методика и технические средства ее реализации могут быть использованы, как отдельный модуль во встроенных системах функционального диагностирования бензиновых двигателей.

Реализация результатов исследования:

- разработано, изготовлено и апробировано в лабораторных и эксплуатационных условиях техническое и методическое обеспечение регистрации и обработки параметров переходных процессов в аккумуляторах топливных систем современных бензиновых двигателей;

- разработанный метод диагностирования систем топливоподачи апробирован и внедрён на судах типа «АРГО» Поисково-спасательного отряда МЧС России по Калининградской области - филиала федерального государственного казённого учреждения «Северо-Западный Региональный поисково-спасательный отряд МЧС России», а также в автоцентре Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота

Апробация работы. Основные материалы и результаты работы докладывались и обсуждались:

На 9,10 и 11-ой межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, соискателей и докторантов (г. Калининград, БГАРФ в 2008, 2009 , 2010 годах).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь научных работ, три из них – в журналах, рекомендованных ВАК.

Объём работы. Содержание диссертации изложено на 165 страницах машинописного текста, который поясняется 69 рисунками. Список литературы содержит 106 наименований, приложения на 7 страницах.

Содержание работы

Во введении дано краткое обоснование актуальности темы диссертации, показано, что в состав систем функционального диагностирования судовых двигателей, создание которых направлено на повышение их технико-экономических показателей и совершенствование организации технического обслуживания, целесообразно включить отдельный модуль диагностирования такого важного объекта, как топливная система распределённого впрыска; кратко изложено содержание глав работы.

В первой главе выполнен анализ опубликованных теоретических и экспериментальных исследований по научно – методическим вопросам функциональной диагностики систем топливоподачи распределённого впрыска бензиновых двигателей. Различными аспектами этих вопросов посвящены работы отечественных учёных: Ф.И. Пинский, М.П. Сандомирский, Т.М. Мелькумов, А.С. Лышевский и др.

Значительное внимание развитию методов и технических средств функциональной диагностики систем топливоподачи распределённого впрыска уделяют: фирмы Бош, Лукас, Брико, Дженерал Моторс, ОАО ЗМЗ, ВАЗ, ГАЗ, НПО «Кибернетика», НТЦ НАМИ, МГТУ (МАМИ), НПО ЦНИТА, НПП «Элкар» и др.

Показано, что по вопросам решения поставленных задач ещё не выработан единый подход, что влияет на уровень отработки принятых для практической реализации методик диагностирования и эффективного использования встроенных систем функционального диагностирования. Проведение исследований по дальнейшему развитию теории и практики диагностики качества функционирования систем топливоподачи современных бензиновых двигателей должно обеспечить оценку их качества функционирования не только системы в целом, но и учитывать особенности протекания рабочих процессов в отдельных форсунках и обнаруживать возникшие неисправности на ранней стадии их проявления. К настоящему времени такая универсальность встроенных систем функционального диагностирования топливоподачи современных бензиновых двигателей ещё не достигнута.





Во второй главе выполнено теоретическое исследование переходных процессов в аккумуляторах топливных систем распределённого впрыска бензиновых двигателей, возникающих вследствие возмущения начального состояния при срабатывании форсунок.

В основу решения задачи положено известное дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных относительно давления

  . (1)

В уравнении (1) коэффициент b учитывает все виды сопротивлений, которые приняты пропорциональными скорости. Коэффициент , где  - модуль упругости, - плотность бензина - приняты постоянными, т.к. в современных системах распределённого впрыска бензиновых двигателей давление топлива в аккумуляторе обычно не превышает 0,5-0,6 МПа. С учётом названных предпосылок уравнение (1) – линейное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами. При решении таких уравнений обычно используется общий принцип линейной теории колебаний – принцип суперпозиции малых колебаний, который положен в основу исследования колебаний систем с конечным числом степеней свободы. В этой связи в последующем предполагается, что малые колебания системы с бесконечным числом степеней свободы также представляют собой линейное наложение главных гармоничных колебаний, т.е. общее решение уравнения (1) разыскивается в виде разложения искомой функции по собственным формам главных колебаний однородной жидкости, заполняющей аккумулятор, которые, как известно, удовлетворяют уравнению

, (2)

где - функция только одной координаты , определяющая непрерывную совокупность амплитудных отклонений сечений исследуемой системы от их равновесных положений; - параметр, определяющий собственные частоты колебаний исследуемой системы.

Общий интеграл уравнения (2) имеет вид:

.  (3)

Постоянные и , а также собственные значения параметра , определяются из граничных условий. Виды этих условий могут быть весьма разнообразными и зависят от каждой конкретной рассматриваемой задачи.

В нашем случае граничные условия целесообразно принять следующими. За начало отчёта принять сечение, в котором размещена одна из форсунок, а сечение, в котором установлен датчик давления, находиться на расстоянии от начала координат. Тогда,

при  ; при , (4)

где - давление в аккумуляторе, а - давление во впускном тракте двигателя.

Из условий (4) постоянные и общего решения (3) будут равны:

;   (5)

Постоянная не может равняться нулю, т.к. в противном случае   Поэтому , откуда следует:

;    (6)

Таким образом, уравнение отбирает собственные значения параметра , вместе с тем определяет собственные частоты исследуемой системы, а для собственных форм получаются выражения

(7)

После определения явного вида функции , удовлетворяющей уравнению (2), общее решение уравнения (1) получим, если положить

.  (8)

Подставив (8) в (1), с учётом (3), получим

, (9)

где точками обозначены производные по времени.

Из (9) следует

. (10)

Решение уравнения (10) будет иметь различную форму в зависимости от соотношений между и .

Следует отметить, что количественная оценка коэффициента является наиболее сложной частью расчёта и здесь без привлечения опытных данных не обойтись.

В работе показано, что удовлетворительное согласование расчёта и опытных данных достигается если положить

, (11)

где - площадь поперечного сечения сопла форсунки;

- скорость звука в бензине;

- объём бензина в аккумуляторе.

В этом случае минимальная частота собственных колебаний исследуемой системы и переходный процесс, при возмущении стационарного состояния, будет иметь характер затухающих колебаний. Функция, описывающая этот процесс, определяется из выражения

, (12)

где .

Располагая выражением для и , общее решение (8) уравнения (1) приводиться к виду

,  (13)

в котором постоянная

Решение (13) удовлетворяет уравнению (1) и граничным условиям (4).

Остаётся удовлетворить начальным условиям, которые в данном случае будут следующими:

;  .  (14)

Из условий (14) определены значения постоянных решения (13):

;  .  (15)

С учётом того, что до возмущения стационарного состояния давление в аккумуляторе было равно , значений постоянных и , в работе получено выражение, определяющее переходной процесс в сечении , в котором установлен датчик давления, в виде

,  (16)

в котором для фиксированного сечения х = l параметр   равен:

,  а 

График переходного процесса, описываемый формулой (16), с приведен на рис. 9 (сплошная линяя). Видно, что это затухающий волновой процесс, возникающий в аккумуляторе системы топливоподачи при срабатывании форсунки с коэффициентом затухания = 60 сек-1.

В третьей главе дано описание специального технического обеспечения, разработанного для исследования переходных процессов в современных системах распределённого впрыска бензиновых двигателей.

Требования к техническому обеспечению сформулированы на основании результатов выполненных теоретических исследований переходных процессов и сводятся к реализации следующих функций:

- автоматизация измерений параметров переходных процессов, протекающих в электрической части форсунок и топливных аккумуляторах;

- учёт проведённых измерений параметров, характеризующих текущее техническое состояние элементов системы топливоподачи;

- оценка фактического состояния и работоспособности топливной системы в целом и её элементов;

- формирование и хранение статистической информации об изменении текущего технического состояния основных элементов системы топливоподачи.

Конструктивно комплекс технических средств состоит из переносного малогабаритного прибора, изготовленного собственными силами, и персонального компьютера с разработанным специальным программным обеспечением.

Структура каждой из названных частей комплекса приведена на рис.1.

Информационно – измерительная часть комплекса состоит из нескольких взаимосвязанных модулей, основными из которых являются: модуль измерений параметров переходных процессов в электрической части форсунок и модуль измерения параметров переходных процессов в гидравлическом аккумуляторе.

Модуль измерения параметров переходных процессов в электрической части форсунок состоит из узла измерения тока, протекающего через обмотку электромагнита, и узла регистрации акустического сигнала, возникающего при движении клапана форсунки. Принципиальные схемы этих узлов выполнены таким образом, что позволяют осуществлять одновременно по времени регистрацию осциллограмм тока и акустического сигнала.

Рис. 1. Структурная схема информационно-измерительного уровня

Модуль измерения параметров волновых процессов в гидравлическом аккумуляторе включает датчик давления, который резьбовым соединением крепиться к торцу аккумулятора, и схемы преобразования токового сигнала датчика в пропорциональный ему сигнал напряжения, подаваемый на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллёра. Для связи между частями комплекса технических средств использован стандартный протокол связи USB 2.0. Физически этот протокол представляет собой стандартный кабель, соединяющий соответствующие гнёзда переносного прибора и персонального компьютера. В качестве модуля связи с пользователем применён жидкокристаллический дисплей ввода-вывода информации и клавиатура выбора режимов исследования.

Схема подключения комплекса технических средств к исследуемой системе топливоподачи приведена на рис. 2. После подачи питания переносной прибор несколько секунд находиться в режиме самодиагностики.

Рис. 2. Связь между топливной системой и носимым прибором:

1 - виброакустический датчик; 2 - электромагнитная форсунка; 3 - топливный насос; 4 - датчик давления топлива; 5 - прибор сбора данных

При этом происходит тестирование на исправность датчиков и управляющих цепей прибора. По окончании этого режима на дисплей прибора выводиться результат тестирования и прибор переходит в режим ожидания последующих команд, вводимых посредством клавишей на передней панели.

Взаимосвязь переносного прибора с компьютером осуществляется через USB разъём. В результате накопления в приборе, в процессе очередного измерения, информация перегружается в базу данных компьютера для обработки с помощью специального программного обеспечения.

Для безмоторных экспериментальных исследований переходных процессов в аккумуляторах систем распределенного впрыска использовался стенд «Инжекторная система питания бензинового двигателя» модель СУИЛ 2111.01, производства Уральского филиала РНПО «Росучприбор», доработанный своими силами. В основу конструкции стенда заложены общие принципы функционирования электронных микропроцессорных систем управления двигателями внутреннего сгорания. В модуль сопряжения стенда заведены все основные сигналы, определяющие режим работы двигателя: угловое положение коленчатого вала, положение дроссельной заслонки, расход воздуха, температура охлаждающей жидкости. Модуль сопряжения обеспечивает согласованную работу всех датчиков и имитаторов режимов работы двигателя и формирует сигналы для электронного блока управления впрыском топлива.

Гидравлическая часть стенда состоит из топливного бака с насосом, соединительных трубопроводов, штатного топливного аккумулятора с форсунками, мерных цилиндров. Компоновка этих и других блоков стенда на передней панели показана на рис. 3.

Стенд питается от сети переменного тока 220V; потребляемая мощность не более 450Ва. В качестве рабочей жидкости применяется осветлённый керосин.

Описанный лабораторный стенд позволяет воспроизводить различные режимы работы системы распределённого впрыска, возникающие в реальной эксплуатации.

На стенде возможно проводить экспериментальные исследования переходных процессов, возникающих в электрической части форсунок и гидравлических аккумуляторах, если для их регистрации использовать описанный выше комплекс технических средств.

Рис. 3. Лабораторный стенд «Инжекторная система питания бензинового двигателя»: 1 – установленный цифровой датчик давления; 2 – блок преобразования сигнала; 3 – осциллограф Tektronix

При этом появляется возможность без дополнительных материальных затрат исследовать влияние различных эксплуатационных факторов на параметры переходных процессов в электрической части форсунок, гидравлических аккумуляторах и системе зажигания.

В четвёртой главе приведены результаты экспериментальных исследований переходных процессов в системах распределённого впрыска бензиновых двигателей, методика и алгоритмы функционального диагностирования текущего технического состояния этих систем, способы восстановления частично утраченной работоспособности электромагнитных форсунок.

Исследования проводились в лабораторных и судовых условиях. Для регистрации переходных процессов в электрической части форсунок и гидравлических аккумуляторах использовались технические средства, описание которых дано в предыдущей главе.

На рис. 4 приведены опытные совмещения осциллограммы 1 - тока через обмотку электромагнита форсунки и 2 - виброакустических сигналов, возникающих в конечные моменты движения запорного устройства распылителя при его открытии и закрытии.

Эти осциллограммы с высокой степенью достоверности позволяют оценить текущее техническое состояние элементов электрической и механической частей электромагнитной форсунки. На них достаточно отчётливо фиксируются моменты подачи питания на электромагнит форсунки и момент, когда сила тока в обмотке электромагнита достигает постоянного значения.

Рис.4. Осциллограмма элементов движения клапана форсунки

В течении этого переходного процесса фиксируется момент времени, когда заканчивается перекладка запорного клапана распылителя форсунки от седла распылителя до ограничителя его хода. Окончание перекладки характеризуется задержкой нарастания тока в обмотке и виброакустическим импульсом, возникающим от удара подвижных частей запорного устройства об ограничитель хода. Из сравнения осциллограмм тока виброакустического импульса видно, что движение запорного клапана начинается не с момента подачи управляющего электрического импульса на обмотку электромагнита, а с некоторой задержкой по времени. Очевидно, что эта задержка может быть различной, так как её продолжительность в основном зависит от массы запорного клапана и жёсткости пружины. По этой причине в базе данных необходимо иметь эталонные осциллограммы для каждой форсунки.

На рис. 5 приведена осциллограмма тока через обмотку электромагнита форсунки, у которой запорное устройство потеряло подвижность. В этом случае отсутствует характерная задержка на кривой нарастания тока в обмотке электромагнита и виброакустические импульсы, характеризующие процесс перекладки запорного устройства распылителя.

Промежуток времени между виброакустическими импульсами характеризует только продолжительность открытого состояния распылителя форсунки. Количество топлива поданного за этот промежуток времени зависит не только от его продолжительности, но и от состояния топлива в аккумуляторе и текущего технического состояния проточных каналов форсунки от входа до распылителя

Рис.5. Осциллограмма тока форсунки с заклинившей иглой

Другими словами, посредством рассмотренных выше совмещённых осциллограмм, снятых на заведомо исправной форсунке, возможно оценить фактическое состояние только электрической и механической частей форсунки.

На рис. 6 приведена осциллограмма давления топлива в аккумуляторе, снятая при отключённых форсунках и работающем топливном насосе.

Рис.6. Пульсация давления в топливной рампе с отключенными форсунками

Эта осциллограмма подтверждает, что датчик давления топлива имеет достаточно высокую чувствительность, позволяющую достаточно отчётливо зафиксировать даже незначительные пульсации давления топлива, вызванные срабатыванием регулятора давления топлива, при заведомо исправном состоянии всех элементов системы топливоподачи. Если эту осциллограмму принять за эталонную, то появляется возможность оценить фактическое состояние, по крайней мере, двух узлов системы топливоподачи: топливного насоса и регулятора давления топлива.

Как известно, после разборки системы топливоподачи (замены фильтров, трубопроводов, форсунок), а также вследствие снижения давления или перегрева двигателя, в системе топливоподачи могут образовываться паровоздушные зоны, которые нарушают нормальное функционирование форсунок. В таких случаях осциллограмма давления топлива в аккумуляторе принимает вид, показанный на рис. 7.

Рис. 7. Давления в топливной рампе при образовании пара бензина

Оценка общей герметичности системы топливоподачи может быть дана по скорости падения давления в аккумуляторе после выключения топливного насоса. Для каждой модели двигателя эта скорость указывается в технических условиях. Например, для главных двигателей судов типа «Арго» время падения давления от рабочего до 0,1МПа должно быть не менее 1 мин.

Общепризнанным считается мнение, что диагностирование системы топливоподачи следует проводить при работе двигателя на режиме холостого хода. Это мнение оправдывается тем, что на режиме холостого хода в наибольшей мере проявляется пропуски и нестабильность цикловых подач топлива. Кроме этого, на режиме холостого хода увеличивается интервал времени между впрысками топлива, что позволяет наиболее отчётливо зарегистрировать протекание переходных процессов, возникающих в гидравлическом аккумуляторе при срабатывании форсунок.

На рис. 8 приведены осциллограммы переходных процессов, возникающих в аккумуляторе главного четырёхтактного четырёхцилиндрового двигателя судна на воздушной подушке типа «Арго» при частоте вращения коленчатого вала 900 мин. В этом случае впрыск топлива осуществляется через каждые 180 поворота коленчатого вала, а интервал времени между впрысками равен 0, 033 секунды. При такой частоте вращения коленчатого вала достаточно отчётливо удаётся зарегистрировать все фазы переходного процесса – от его возникновения до практически полного затухания.

Первоначальный импульс пониженного давления топлива возникает в сечении распылителя, когда открывается его сопло и начинается процесс истечения топлива во впускной коллектор двигателя. Амплитуда импульса пониженного давления связана аналитической зависимостью с количеством топлива, вытекающего через сопло распылителя, которое, в свою очередь, зависит не только от времени открытого состояния форсунки, но и текущего технического состояния её проточных каналов.

Рис. 8. Давления в аккумуляторе двигателя СВП «АРГО» (900 мин )

Другими словами, при фиксированной частоте вращения двигателя падение давления в аккумуляторе, вызванное срабатыванием форсунки, является косвенным признаком, характеризующим фактическое состояние гидравлической части форсунки.

Располагая опытными осциллограммами этой фазы переходного процесса всех форсунок, появляется возможность оценить равномерность подачи топлива комплекта форсунок по зависимости

(17)

Согласно опытным данным, устойчивая работа двигателя на режимах малых нагрузок обеспечивается, если степень неравномерности . Непосредственно из рис. 8 следует, что продолжительность первой фазы переходного процесса, в течение которой импульс пониженного давления воздействует на топливо в аккумуляторе примерно равна 0,002 сек. Вследствие этого равновесное состояние топлива нарушается сжатиями и разряжениями, т. е. возникает волновой затухающий процесс. Избыточное давление равно амплитуде давления волн сжатия и разряжения, которое, будучи переменной компонентой, накладывается на начальное давление топлива . Вызванный скачкообразным изменением давления топлива затухающий колебательный процесс в аккумуляторе характеризуется двумя параметрами: частотой и коэффициентом затухания. На практике для характеристики быстроты убывания амплитуд вместо коэффициента затухания используют его натуральный логарифм - логарифмический декремент колебаний. Взаимосвязь последнего с периодом колебаний выражается известной формулой

,  (18)

где и - периоды свободных колебаний системы с сопротивлением и без сопротивления; - логарифмический декремент колебаний.

Из формулы (18) видно, что сопротивление значительно больше влияет на убывание амплитуд, чем на изменение периода колебаний. В этом затухании и выражается, прежде всего, влияние сопротивления на свободные колебания.

На рис. 9 опытная осциллограмма переходного процесса, возбуждаемого срабатыванием форсунок в аккумуляторе системы топливоподачи главного двигателя судна «Арго», совмещена с первой гармоникой, рассчитанной по формуле (16).

Видно, что предложенная аналитическая модель, которая описывает изохронный колебательный процесс, только в первом приближении воспроизводит реальный переходной процесс. Различие в протекании расчётного и действительного переходных процессов объясняется тем, что аналитическая модель процесса не учитывает фактического состояния топлива в аккумуляторе до срабатывания форсунок.

Рис. 9. Расчётная и экспериментальная осциллограммы

Фактически топливо в аккумуляторе находиться в возмущённом состоянии от срабатываний регулятора давления (см. рис. 6). Эти возмущения суммируются с возмущениями, вызванными срабатыванием форсунок, что и приводит к различию в протекании расчётного и опытного переходных процессов, в особенности в заключительной стадии.

Убывание амплитуд в расчётном и опытном переходных процессах происходит по различным закономерностям. В расчётном процессе с течением времени амплитуды убывают по экспоненциальному закону. В действительном процессе убывание амплитуд с высокой степенью согласования аппроксимируется полином второго порядка

.  (19)

В процессе эксплуатации системы топливоподачи гидравлическое сопротивление проточных каналов форсунки и аккумулятора будет увеличиваться вследствие отложений на поверхностях, контактирующих с топливом. Это одна из причин, вызывающих повышение неравномерности цикловых подач форсунками. Поэтому названные выше диагностические признаки, косвенно характеризующие фактическое состояние гидравлической части форсунок и аккумулятора, целесообразно дополнить коэффициентом затухания. Дополнительный диагностический параметр позволит обнаружить возможные изменения сопротивления гидравлической части форсунок и аккумулятора посредством сравнения его эталонного значения с фактическим. Эталонные и фактические значения коэффициента затухания следует определять по опытным осциллограммам.

Разработанный на основе теоретических и экспериментальных исследований набор диагностических параметров позволяет контролировать текущее техническое состояние системы топливоподачи главных двигателей судов типа «Арго» в целом, а также фактическое состояние гидравлической, механической и электрической частей каждой из форсунок комплекта.

В заключительной части четвёртой главы описаны методы безразборной химической и ультразвуковой очистки поверхностей проточных частей форсунок и аккумуляторов, позволяющие частично или полностью восстановить работоспособность форсунок при проявлении этих неисправностей. Форсунки подлежат замене при проявлении неисправностей в электрической или механической частях.

Заключение

1. В результате теоретического исследования системы топливоподачи главных двигателей судов типа «Арго» установлено, что в аккумуляторах этих систем при срабатывании форсунок возникают затухающие волновые процессы, которые по своим параметрам близки к изохронным колебаниям.

2. Разработан, изготовлен и испытан в лабораторных и судовых условиях комплекс технических средств, позволяющий регистрировать переходные процессы в аккумуляторах и форсунках систем топливоподачи судов типа «Арго».

3. Теоретически и экспериментально показано, что наиболее полно все фазы переходных процессов, возникающих в аккумуляторах от срабатывания форсунок, проявляются на режимах холостого хода.

4. На основе экспериментальных исследований переходных процессов в лабораторных и судовых условиях сформирован набор косвенных диагностических параметров, позволяющий по совмещённым осциллограммам контролировать фактическое состояние системы топливоподачи в целом, состояние электрической, механической и гидравлической частей форсунок.

5. Разработанный комплекс технических средств, методика и алгоритмы могут быть использованы впервые во встроенных системах функционального диагностирования топливоподачи главных двигателей судов типа «Арго», и как переносные средства для диагностирования аналогичных систем топливоподачи на других транспортных средствах.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Гусев Г.А. Особенности организации диагностики, технического обслуживания и ремонта автомобилей, оборудованных электронными системами управления бензиновыми двигателями // Автотранспортное предприятие - М.: НПП. Транснавигация, Минтранс России, - 2009. № 9. -C. 45 - 47.

2. Гусев Г.А., Локтионов Д.А. Диагностирование электромагнитных форсунок бензиновых двигателей с распределёнными системами впрыска // Контроль. Диагностика. - М.: Машиностроение, -2009. № 11 - С. 58 - 61.

3. Ковальчук Л.И., Гусев Г.А. Диагностирование систем топливоподачи бензиновых ДВС по параметрам волновых процессов в топливной рампе // Автомобильная промышленность. - М.: Машиностроение, 2011. № 4 - С. 25 – 26.

Статьи, опубликованные в прочих научных изданиях:

4. Гусев Г.А., Ковальчук Л.И. Характерные отказы электромагнитных форсунок бензиновых двигателей и некоторые рекомендации по повышению их эксплуатационной надежности // Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров: Материалы девятой межвузовской научно-технической конференции аспирантов, соискателей и докторантов. – Калининград: БГАРФ, -2009. C. -122 - 125.

5. Гусев Г.А. Встроенное средство диагностирования электромагнитных форсунок бензиновых двигателей с распределёнными системами впрыска // Мир транспорта и технологических машин.- Орёл: ОГТУ, - 2009. № 2/25 - С. 35 – 39.

6. Гусев Г.А., Локтионов Д.А. Метод диагностирования системы топливоподачи бензиновых двигателей с распределёнными системами впрыска по гидравлическим параметрам // Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров: Материалы десятой межвузовской научно-технической конференции аспирантов, соискателей и докторантов.- Калининград: Издательство БГАРФ, -2010. С. 161 – 166. № госрегистрации 0321001427

7. Гусев Г.А. Теоретическая оценка параметров волновых процессов в современных системах топливоподачи бензиновых двигателей. // Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров: Материалы одиннадцатой межвузовской научно-технической конференции аспирантов, соискателей и докторантов.- Калининград: Издательство БГАРФ, 2011. С. 129 – 134.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.