Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БЕНЗИНОВЫХ НАСОСОВ ПО КОМПЛЕКСНЫМ ВЫХОДНЫМ ПАРАМЕТРАМ

Плаксин А.М. 1 Гриценко А.В. 1 Глемба К.В. 2 Бакайкин Д.Д. 1 Хвостов С.П. 1 Абросимов Д.А. 1 Цыганов К.А. 1 Власов Д.Б. 1
1 Челябинская государственная агроинженерная академия
2 Южно-Уральский государственный университет (НИУ)
В статье представлены результаты исследования характеристик электрических насосов системы топливоподачи автомобилей по комплексным выходным параметрам. К числу наиболее значимых систем следует отнести систему топливоподачи, на долю которой приходится 20–30 % отказов автомобиля. Диагностирование системы топливоподачи возможно при использовании устройства – отключателя электромагнитных форсунок (догружателя). Для проведения экспериментальных исследований устанавливались электрические бензиновые насосы с различной подачей: 1. Сниженная на 60 %. 2. Сниженная на 40 %. 3. Сниженная на 20 %. Также устанавливались электромагнитные форсунки с различной пропускной способностью. Исследования проводились на исследовательском стенде с приводным электродвигателем мощностью 5,5 КВт. Объектом испытаний являлась система топливоподачи двигателя ЗМЗ-4062 – 4-цилиндровый, 16-клапанный, с порядком работы цилиндров 1-3-4-2, оборудованный микропроцессорной системой управления. В результате исследований получено, что чем больший перепад давления устанавливается в системе топливоподачи, тем большая частота вращения двигателя поддерживается при работе одной форсунки. Установлено, что чем ниже подача электрического бензинового насоса, тем ниже пределы изменения частоты вращения двигателя. Так при 60 % сниженной подаче электрического бензинового насоса пределы изменения частоты вращения двигателя составили от 600 до 1600 мин–1; при 40 % сниженной подаче электрического бензинового насоса пределы изменения частоты вращения двигателя составили от 1500 до 3500 мин–1; при 20 % сниженной подаче электрического бензинового насоса пределы изменения частоты вращения двигателя составили от 2300 до 5300 мин–1. Получено, что чем больше пропускная способность форсунки, тем большая частота вращения двигателя поддерживается при работе одной форсунки. Установлено, что чем ниже подача электрического бензинового насоса, тем ниже пределы изменения частоты вращения двигателя. Так, при 60 % сниженной подаче электрического бензинового насоса пределы изменения частоты вращения двигателя составили от 300 (неустойчивый режим работы длился до 780 мин–1, при этом двигатель не поддерживал частоту вращения) до 1700 мин–1; при 40 % сниженной подаче электрического бензинового насоса пределы изменения частоты вращения двигателя составили от 840 до 3600 мин–1; при 20 % сниженной подаче электрического бензинового насоса пределы изменения частоты вращения двигателя составили от 1200 до 5500 мин–1. Данный диагностический признак – пределы изменения частоты вращения двигателя предлагается использовать для определения технического состояния электрического бензинового насоса.
диагностирование
система топливоподачи
электрический бензиновый насос
пропускная способность
техническое состояние
диагностический параметр
отказ
1. Бакайкин Д.Д. Диагностирование электромагнитных форсунок бензиновых двигателей автомобилей, эксплуатируемых в сельском хозяйстве: дис. … канд. техн. наук. Челябинск, 2013. – 124 с.
2. Ерохов В.И. Системы впрыска бензиновых двигателей (конструкция, расчет, диагностика): учебник для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2011. – 552 с.
3. 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.
4. Башта Т.М. Расчеты и конструкции самолетных гидравлических устройств. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, 1961. – 475 с.
5. Гриценко А.В., Плаксин А.М. Диагностирование системы питания ДВС // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2014. – № 1. – С. 24–26.
6. Гриценко А.В., Цыганов К.А. Диагностирование электрических бензонасосов автомобилей // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2013. – № 4. – С. 22–23.

Современная система топливоподачи (СТ) насыщена электронными, механическими и гидравлическими элементами. Возможными причинами отказа СТ могут быть неисправности электрического бензонасоса (ЭБН), отказ реле включения ЭБН, неисправность электропроводки цепи управления или включения ЭБН, засорение топливных фильтров и др. [1, 2, 3].

Как правило, внешне отказы СТ проявляются следующим образом: двигатель не развивает мощности; рывки, провалы, подергивание; неустойчивая работа ДВС на холостом ходу; двигатель резко набирает обороты (газует); не вы-
ставляется СО.

Значительную сложность представляет отыскание неисправного элемента, в частности ЭБН. Целью настоящей работы является исследование комплексных выходных параметров электрических насосов автомобилей при изменении их технического состояния.

Теоретические исследования

Для обоснования диагностических режимов и параметров проведем анализ возможных комплексных выходных параметров автомобильных ЭБН.

Расчетная (теоретическая) производительность насоса q, см3/об, за один оборот (рабочий объем) равна объему, описываемому его поршнями [4]:

766859.jpg (1)

где d – диаметр цилиндра, см; h – ход поршня, см; z – число поршней.

Учитывая, что ход поршня равен двойному эксцентриситету, h = 2e, получим выражение для объема, описываемого поршнями насоса:

766870.jpg (2)

Минутная теоретическая производительность Q, см3/об, будет равна

766879.jpg (3)

где n – число оборотов насоса, мин–1.

Расчетная теоретическая модель для СТ, позволяющая исследовать взаимосвязь nmax от изменения технического состояния отдельных элементов СТ [3]:

766886.jpg, (4)

где K – коэффициент запаса производительности; i – число цилиндров двигателя, шт; QЦmax – максимальная цикловая подача при максимальной частоте вращения двигателя, см3; τmax – длительность импульса при максимальной цикловой подаче, с; Tmin – минимальный период следования цикловых подач, с; nmax – максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин–1; 30 л/ч – минимальный расход через редукционный клапан, при котором устойчиво поддерживается постоянное давление топлива в системе; tP – время выработки топлива форсункой, с; tз – время заполнения рампы и топливных магистралей топливом, с; μф – коэффициент расхода; fФ – площадь сечения форсунки, м2; ρТ – плотность топлива, кг/м3; P0 – давление топлива в рампе; МПа; PК – противодавление впрыску, МПа.

Величина давления в топливной магистрали определится по выражению

766895.jpg (5)

Изменение давления и пропускной способности СТ связаны с изменением расходных характеристик электромагнитных форсунок, сопротивлением фильтров, техническим состоянием насоса.

В связи с различными механизмами действия неисправностей элементов системы топливоподачи и изменением их технического состояния рассмотрим имитационную модель системы топливоподачи. Так, например, засорение топливного фильтра можно представить последовательным сопротивлением в топливной магистрали, а износ электрического бензинового насоса параллельным сопротивлением. Запишем данное условие для системы топливоподачи:

Общая динамическая пропускная способность μобщ∙fобщ всех элементов системы топливоподачи определится:

766903.jpg (6)

где μпосл∙fпосл – динамическая пропускная способность последовательных элементов, м2; μн∙fн – динамическая пропускная способность насоса, м2.

Динамическая пропускная способность последовательных элементов системы топливоподачи определится:

766912.jpg (7)

где μф∙fф – динамическая пропускная способность фильтра, м2; μэмфi∙fэмфi – динамическая пропускная способность i-х электромагнитных форсунок, м2.

Методика диагностирования

Для проведения экспериментальных исследований устанавливались ЭБН с различной подачей:

1. Сниженная на 60 %.

2. Сниженная на 40 %.

3. Сниженная на 20 %.

Также ставились ЭМФ с сечением:

1. 0,05·10–6 м2.

2. 0,07·10–6 м2.

3. 0,09·10–6 м2.

4. 0,11·10–6 м2.

5. 0,13·10–6 м2.

6. 0,15·10–6 м2.

7. 0,17·10–6 м2.

8. 0,19·10–6 м2.

Исследования проводились на исследовательском стенде с приводным электродвигателем мощностью 5,5 КВт, 4-ступенчатой коробкой передач с возможностью прокрутки двигателя с частотой вращения коленчатого вала двигателя: 1 передача – 240 мин–1, 2 передача – 480 мин–1, 3 передача – 880 мин–1, 4 передача – 1480 мин–1 (рис. 1).

pic_24.tif pic_25.tif 

Рис. 1. Исследовательский стенд для испытаний двигателя ЗМЗ-4062

Реализация данных методов возможна при использовании устройства – отключателя электромагнитных форсунок (догружателя) [3, 5, 6].

Результаты экспериментальных исследований

При проведении экспериментальных исследований на первом этапе производили изменение перепада давления в СТ. Последовательно устанавливались неисправные ЭБН. При помощи отключателя электромагнитных форсунок производилось отключение трех форсунок, в работе оставалась одна с f = 0,15 106 м2. В результате получены зависимости максимально возможной частоты вращения ДВС от изменения перепада давления
в СТ (рис. 2).

Из рис. 2 видно, что чем больший перепад давления устанавливается в СТ, тем большая частота вращения ДВС поддерживается при работе одной форсунки. Установлено, что чем ниже подача ЭБН, тем ниже пределы изменения частоты вращения ДВС. Так, при 60 % сниженной подаче ЭБН пределы изменения частоты вращения ДВС составили от 600 (неустойчивый режим работы длился до 780 мин–1, при этом ДВС не поддерживал частоту вращения) до 1600 мин–1; при 40 % сниженной подаче ЭБН пределы изменения частоты вращения ДВС составили от 1500 до 3500 мин–1; при 20 % сниженной подаче ЭБН пределы изменения частоты вращения ДВС составили от 2300 до 5300 мин–1. Данный диагностический признак – пределы изменения частоты вращения ДВС – предлагается использовать для определения технического состояния ЭБН.

При проведении экспериментальных исследований на втором этапе производили установку форсунок с различным техническим состоянием. Последовательно устанавливались неисправные ЭБН. При помощи отключателя электромагнитных форсунок производилось отключение трех форсунок, в работе оставалась одна. В результате получены зависимости максимально возможной частоты вращения ДВС от изменения пропускной способности форсунки (рис. 3).

767003.jpg 767016.jpg 766984.jpg

 

                                 а                                                б                                                       в

Рис. 2. Зависимость максимально возможной частоты вращения ДВС
при работе одной форсунки n, мин–1,
от изменения перепада давления в СТ Р, Па:
а – на 60 % сниженная подача ЭБН;
б – на 40 % сниженная подача ЭБН;
в – на 20 % сниженная подача ЭБН

766969.jpg 766975.jpg 767010.jpg

 

                                 а                                                б                                                       в

Рис. 3. Зависимость максимально возможной частоты вращения ДВС при работе одной форсунки n, мин–1, от изменения пропускной способности форсунки f, м2:
а – на 60 % сниженная подача ЭБН;
б – на 40 % сниженная подача ЭБН;
в – на 20 % сниженная подача ЭБН

Из рис. 3 видно, что чем больше пропускная способность форсунки, тем больше частота вращения ДВС поддерживается при работе одной форсунки. Установлено, что чем ниже подача ЭБН, тем ниже пределы изменения частоты вращения ДВС. Так, при 60 % сниженной подаче ЭБН пределы изменения частоты вращения ДВС составили от 300 (неустойчивый режим работы длился до 780 мин–1 при этом ДВС не поддерживал частоту вращения) до 1700 мин–1; при 40 % сниженной подаче ЭБН пределы изменения частоты вращения ДВС составили от 840 до 3600 мин–1; при 20 % сниженной подаче ЭБН пределы изменения частоты вращения ДВС составили от 1200 до 5500 мин–1. Данный диагностический признак – пределы изменения частоты вращения ДВС – предлагается использовать для определения технического состояния ЭБН (рис. 2, 3).

Выводы

К числу наиболее значимых систем следует отнести систему топливоподачи, на долю которой приходится 20–30 % отказов автомобиля. Диагностирование СТ возможно при использовании устройства – отключателя электромагнитных форсунок (догружателя). Установлено, что чем больший перепад давления устанавливается в СТ, тем большая частота вращения ДВС поддерживается при работе одной форсунки. Установлено, что чем больше пропускная способность форсунки, тем больше частота вращения ДВС поддерживается при работе одной форсунки. Установлено, что чем ниже подача ЭБН, тем ниже пределы изменения частоты вращения ДВС. Данный диагностический признак – пределы изменения частоты вращения ДВС – предлагается использовать для определения технического состояния ЭБН.

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 28.11.2014.



Библиографическая ссылка

Плаксин А.М., Гриценко А.В., Глемба К.В., Бакайкин Д.Д., Хвостов С.П., Абросимов Д.А., Цыганов К.А., Власов Д.Б. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БЕНЗИНОВЫХ НАСОСОВ ПО КОМПЛЕКСНЫМ ВЫХОДНЫМ ПАРАМЕТРАМ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-12. – С. 2610-2614;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36031 (дата обращения: 16.08.2018).

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