Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫБЕГА ДВС ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ФОРМИРОВАНИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Гриценко А.В. 1 Плаксин А.М. 1 Глемба К.В. 2 Граков Ф.Н. 1 Кошелев Н.Е. 1 Бурцев А.Ю. 1 Ганиев И.Г. 1
1 Челябинская государственная агроинженерная академия
2 Южно-Уральский государственный университет (НИУ)
В статье рассматривается исследование процесса выбега коленчатого вала двигателя при искусственном формировании сопротивления. В настоящее время автомобильный транспорт занимает лидирующее место в структуре перевозки грузов (69 %) и пассажирообороте (71 %). В Российской Федерации с введением норм ЕВРО наблюдается значительное отставание, которое эксперты оценивают в 10 лет, что в свою очередь замедляет обновление парка мобильных энергетических средств. Совершенствование двигателей с впрыском бензина сегодня направлено на обеспечение высоких экологических показателей. Исследования проводились с применением следующих диагностических средств: отключатель электромагнитных форсунок, осциллограф Постоловского, имитатор сопротивления выпускной системы. В результате проведенных исследований установлено, что систему выпуска можно диагностировать при использовании трех диагностических параметров: числа оборотов коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до полной остановки, диаграммы затрат на выпуск и времени выбега. Исследования проводились: 1) при штатном режиме выбега коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и закрытой заслонке; 2) при штатном режиме выбега коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и 100 % открытой заслонке; 3) при установке искусственного сопротивления в выпускную систему и 100 % открытой заслонке. В результате проведенных исследований получены следующие данные:1) при штатном режиме выбега коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и закрытой заслонке – 61 оборот до полной остановки; 2) при штатном режиме выбега коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и 100 % открытой заслонке – 88 оборотов до полной остановки; 3) при установке искусственного сопротивления в выпускную систему и 100 % открытой заслонке – 51 оборот до полной остановки. В результате исследований установлена большая чувствительность времени выбега при частоте вращения 5500 мин–1 по отношению к 4000 мин–1.
методы и средства диагностирования
двигатель
система выпуска
диагностирование
диагностические параметры
число оборотов коленчатого вала двигателя до полной остановки
диаграмма затрат на выпуск
время выбега
1. Гриценко А.В. Разработка методов тестового диагностирования работоспособности систем питания и смазки двигателей внутреннего сгорания (экспериментальная и производственная реализация на примере ДВС автомобилей): дис. … д-ра техн. наук. – Челябинск, 2014. – 397 с.
2. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф. Новейшие автомобильные электронные системы. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 240 с.
3. Гриценко А.В., Глемба К.В., Ларин О.Н. Экологические аспекты и вопросы диагностирования систем ДВС автотранспорта в рабочем и тестовом режимах // Инновации и исследования в транспортном комплексе: материалы II Международной научно-практической конференции. – Курган, 2014, – С. 225–231.
4. Захаров В.П. Совершенствование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей КАМАЗ-ЕВРО с учётом изменения технического состояния: автореф. дис. … канд. техн. наук. Саратов. – 2011. – 24 с.
5. Гребенников А.С. Диагностирование автотракторных двигателей по внутрицикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала: дис. … д-ра техн. наук. – Саратов, 2002. – 292 с.
6. Иванов Р.В. Диагностирование ДВС по параметру мощности механических потерь: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Волгоград, 2010. – 40 с.
7. Патент № 2474805 Российская Федерация, RU G 01 M 15/04. Способ диагностирования выпускного тракта поршневого двигателя внутреннего сгорания / А.В. Гриценко, С.С. Куков, К.А. Цыганов, А.В. Горбунов. № 2011139288; заявл. 26.09.11; опубл. 27.02.13, Бюл. № 6.
8. Гриценко А.В. и др. Разработка методов тестового диагностирования работоспособности систем топливоподачи и смазки двигателей внутреннего сгорания / А.В. Гриценко, А.М. Плаксин, К.И. Лукомский, В.В. Волынкин // Аграрный вестник Урала, Екатеринбург: – № 7 (125). – 2014. – С. 51–58.
9. Гриценко А.В. и др. Диагностирование системы выпуска двигателей внутреннего сгорания путем контроля сопротивления выпускного тракта / А.В. Гриценко, А.М. Плаксин, С.Э. Бисенов, К.В. Глемба, К.И. Лукомский // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8 (часть 2). – С. 322–326.
10. Гриценко А.В. и др. Диагностирование системы впуска двигателей внутреннего сгорания методами тестового диагностирования / А.В. Гриценко, А.М. Плаксин, Ф.Н. Граков, К.В. Глемба, К.И. Лукомский //Фундаментальные исследования. 2014. – № 8 (часть 5). – С. 1053–1057.

Автомобильный транспорт занимает лидирующее место в структуре перевозки грузов (69 %) и пассажирообороте (71 %), доля которых неуклонно растет пропорционально динамике роста числа мобильных энергетических средств.

Актуальность темы. В Российской Федерации, как и в других развитых странах, транспорт является одной из крупнейших базовых отраслей хозяйства, важнейшей составной частью производственной и социальной инфраструктуры [1, 2]. Качественные характеристики уровня транспортного обслуживания связаны со скоростью, своевременностью, предсказуемостью, ритмичностью, безопасностью и экологичностью функционирования транспортной системы [3]. В настоящее время экологичность при эксплуатации мобильных энергетических средств ставится на первое место. В развитых странах Америки и Европы уже в 2014 году будут введены нормы ЕВРО-6.

В Российской Федерации с введением норм наблюдается значительное отставание, которое эксперты оценивают в 10 лет, а это в свою очередь замедляет обновление парка мобильных энергетических средств (МЭС).

Наибольшая сложность ситуации состоит в том, что 78 % всего состава автомобильного парка РФ соответствует нормам ЕВРО-0/ЕВРО-1. Вместе с нормами ЕВРО-2 это составляет 86,6 %. Аналогичная ситуация с еще худшей динамикой развития обстоит для мобильных энергетических средств [1].

Целью настоящей работы является исследование процесса выбега ДВС легковых автомобилей при искусственном формировании сопротивления.

Для повышения эксплуатационных свойств ДВС на сегодня используются [1, 2]:

  1. Измерение тока ионизации.
  2. Определение пропусков воспламенения смеси и детонационного сгорания измерением силы ионного тока.
  3. Применение систем зажигания с двумя свечами на один цилиндр.
  4. Смещение фазы (от 10° поворота коленчатого вала при средней и большой нагрузке до 0° поворота коленчатого вала при малой нагрузке, а также при снижении нагрузки).
  5. Управление фазами.

Мероприятия по снижению токсичности [1, 2]:

  1. Рециркуляция отработавших газов (система EGR).
  2. Изменение фаз газораспределения.
  3. Создание вихревого движения смеси во впускном канале и оптимизация формы камеры сгорания (работа на переобедненных рабочих смесях λ = 1,4…1,6.
  4. Конструкция свечи зажигания, ее положение в камере сгорания, а также энергия и продолжительность искрового разряда.
  5. Вентиляция картера ДВС.
  6. Очистка отработавших газов. Термическое дожигание.
  7. Каталитическое дожигание.
  8. Использование систем с обратной связью с применением кислородных датчиков.
  9. Точные таблицы изменения угла опережения зажигания (УОЗ).

Эффективным мероприятием для повышения эксплуатационных свойств автомобилей является использование монитора пропусков в системе зажигания (для исключения отказа каталитического нейтрализатора и снижения уровня токсичности) [1].

Совершенствование двигателей с впрыском бензина направлено на обеспечение высоких экологических показателей. Обеспечение последних возможно за счет точного дозирования подачи топлива на всех режимах работы двигателя [1].

Теоретические исследования

Момент сопротивления вращающихся деталей ДВС Mт постоянен и практически не зависит от угловой скорости [4, 5, 6]. С учётом этого угловое ускорение (замедление) ε коленчатого вала

gritsenko01.wmf (1)

где ω – угловая скорость вращения, рад/с; τ – временной интервал, с; j – момент инерции вращающихся деталей ДВС; k – степень влияния ω на коэффициент трения.

Решение дифференциального уравнения (1) при начальных условиях ω = ω0 и τ = 0 даёт зависимость ω от τ:

gritsenko02.wmf (2)

где ε0 – ускорение (замедление) в начальный момент времени (τ = 0).

Ускорение (замедление) в начальный момент времени (τ = 0):

gritsenko03.wmf (3)

Время (продолжительность) выбега τв определяется из выражения (2) при условии ω = 0. После логарифмирования и преобразований получим

gritsenko04.wmf (4)

При измерении выбега угловую скорость коленчатого вала можно записать в виде

gritsenko05.wmf (5)

где ωп – снижение угловой скорости вала ротора из-за установки дополнительного сопротивления на выхлопе, рад/с; a – конструктивный параметр.

Время выбега τв можно определить из выражения (5) при ω = 0:

gritsenko06.wmf (6)

Методика диагностирования системы выпуска

Исследования проводились с применением следующих диагностических средств: отключатель электромагнитных форсунок, осциллограф Постоловского, имитатор сопротивления выпускной системы [1, 7, 8, 9, 10].

При проведении экспериментальных исследований устанавливалась постоянная частота вращения ДВС на уровне 4000 мин–1, запускалась развертка осциллограммы осциллографа Постоловского (рис. 1).

pic_9.tif

Рис. 1. Развертка осциллограммы осциллографа Постоловского: 1 – сигнал давления в первом цилиндре ДВС; 2 – импульс системы зажигания

Включалась запись осциллограммы. Производилось отключение замка зажигания (рис. 1), после чего исчезали импульсы системы зажигания. И осуществлялся подсчет числа оборотов коленчатого вала, совершенных до полной остановки ДВС. Исследования проводились:

1) при штатном режиме выбега ДВС и закрытой заслонке;

2) при штатном режиме выбега ДВС и 100 % открытой заслонке;

3) при установке искусственного сопротивления в выпускную систему и 100 % открытой заслонке.

pic_10.tif а pic_11.tif  б

Рис. 2. Диаграмма затрат на выпуск: а – до установления повышенного сопротивления на выпуске; б – после установления повышенного сопротивления на выпуске

Результаты экспериментальных исследований

В результате проведенных исследований получены следующие данные:

1) при штатном режиме выбега ДВС и закрытой заслонке – 61 оборот до полной остановки;

2) при штатном режиме выбега ДВС и 100 % открытой заслонке – 88 оборотов до полной остановки;

3) при установке искусственного сопротивления в выпускную систему и 100 % открытой заслонке – 51 оборот до полной остановки.

Испытания проводились на тестовых режимах, при которых сравнивались изменения участков осциллограмм на выпуске до установления сопротивления в выпускном тракте и после установления сопротивления в выпускном тракте.

Кроме того, выполнялся расчет скрипта в виде диаграммы затрат на выпуск до установления повышенного сопротивления на выпуске и после установления сопротивления (рис. 2, а, б).

Также проводилось измерение времени выбега автомобиля в двух режимах:

1) от 4000 до 900 мин–1;

2) от 5500 до 900 мин–1.

pic_12.tif а pic_13.tif б
Рис. 3. Динамика изменения времени выбега в зависимости от сопротивления в выпускном тракте: а – без сопротивления; б – с сопротивлением

 pic_14.tifа  pic_15.tifб

Рис. 4. Динамика изменения времени выбега в зависимости от сопротивления в выпускном тракте: а – без сопротивления; б – с сопротивлением

Расчет времени осуществлялся автоматически при помощи скрипта программы.

Результаты проведенных измерений представлены на рис. 3 и 4.

Выводы

В результате проведенных исследований установлено, что систему выпуска можно диагностировать при использовании трех диагностических параметров: числа оборотов коленчатого вала ДВС до полной остановки, диаграммы затрат на выпуск и времени выбега. Экспериментально получено:

1) при штатном режиме выбега ДВС и закрытой заслонке – 61 оборот до полной остановки;

2) при штатном режиме выбега ДВС и 100 % открытой заслонке – 88 оборотов до полной остановки;

3) при установке искусственного сопротивления в выпускную систему и 100 % открытой заслонке – 51 оборот до полной остановки. В результате исследований установлена большая чувствительность времени выбега при частоте вращения 5500 мин–1 по отношению к 4000 мин–1.

Рецензенты:

Машрабов Н.М., д.т.н., профессор кафедры «Технология и организация технического сервиса», Челябинская государственная агроинженерная академия, г. Челябинск;

Ерофеев В.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология и организация технического сервиса», Челябинская государственная агроинженерная академия, г. Челябинск.

Работа поступила в редакцию 17.10.2014.


Библиографическая ссылка

Гриценко А.В., Плаксин А.М., Глемба К.В., Граков Ф.Н., Кошелев Н.Е., Бурцев А.Ю., Ганиев И.Г. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫБЕГА ДВС ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ФОРМИРОВАНИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-4. – С. 749-753;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35627 (дата обращения: 24.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252