СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

УДК 621.236.038

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЯ НАКЛАДНЫМ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДАТЧИКОМ ДАВЛЕНИЯ

DIAGNOSING OF THE FUEL EQUIPMENT DIESEL PIEZOELECTRIC

PATCH PRESSURE SENSOR

Д.В. Малко

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ) , Россия, г. Омск

Аннотация. Предложен накладной пьезоэлектрический датчик для записи давления топлива в трубопроводе. При помощи датчика и измерительной аппаратуры записывается контрольная осциллограмма давления топлива в трубопроводе для исправной топливной аппаратуры. Путем сравнения характерных точек и участков контрольной осциллограммы с набором осциллограмм, имеющих характерные неисправности, определяют техническое состояние топливной аппаратуры и возможные ее неисправности.

Ключевые слова: диагностирование, трубопровод, форсунка, датчик, давление.

Введение

Для определения различных неисправностей форсунки необходим такой режим работы, при котором анализ осциллограммы давления топлива на входе в форсунку давал бы однозначный ответ. Кроме того, на больших цикловых подачах и частотах вращения вала двигателя увеличение диаметрального зазора выше предельного, незначительно влияет на изменение давления в трубопроводе. Однако, на малых частотах вращения вала насоса (nн), увеличение

зазора в распылителе значительно уменьшает давление в трубопроводе, ухудшая впрыск 397 топлива.

При разработке диагностических систем дизельных двигателей основное внимание уделяется работе топливной аппаратуре (ТА). Настройкой ТА определяются важнейшие характеристики процесса сгорания топлива – момент воспламенения топлива в цилиндре и

качество его последующего сгорания.

Современное состояние системы ремонта двигателей внутреннего сгорания предъявляет свои требования к диагностическим системам. В первую очередь это универсальность диагностического оборудования, применяемость к различным типам двигателей. Во-вторых, это

возможность выполнения диагностических работ в условиях эксплуатации на частичных режимах работы двигателя или даже на холостом ходу.

Эффективность работы двигателя в основном зависит от состояния ТА. [1] Техническое состояние ТА можно определить по анализу давления в топливопроводе и хода иглы распылителя форсунки.

Диагностирование ТА проводят следующими методами [2]:

1.Осциллографируют процесс подачи топлива, фиксируя импульс давления в топливопроводе. Полученную диаграмму сравнивают с эталонной (контрольной) диаграммой и определяют техническое состояние ТА.

2.Опытную диаграмму сравнивают с набором диаграмм, полученных с заведомо известными характерными неисправностями (например, потеря подвижности иглы распылителя). Эффективность данного метода диагностики зависит от набора имеющихся в базе данных диаграмм с известными неисправностями и сравнения их при помощи ЭВМ с контрольной диаграммой.

3.Сравнивают опытную характеристику подачи топлива с расчетной характеристикой. Неисправности топливной аппаратуры рекомендуется определять при помощи зажимного

(съемного) датчика [3, 4], «пьезоплёнка» 8 которого (рисунок 1) при помощи специального устройства прижимается к цилиндрической поверхности трубопровода высокого давления 7.

Пленка датчика обладает пьезоэлектрическими свойствами. Такие свойства имеют, например,

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

фторсодержащие полимерные пленки. Обе поверхности пленки металлизируются для возможности съема разности потенциалов.

При радиальной деформации трубки (до 0,001 мм) изменяется сопротивление «пьезопленки», а при помощи усиливающей и регистрирующей аппаратуры фиксируется импульс давления, по анализу которого определяется состояние насоса высокого давления и форсунки. В качестве отрицательного электрода используется трубопровод 7, который связан электрически с внутренней поверхностью через медную фольгу 5. Наружная поверхность пленки связана со штырьковой клеммой при помощи электрода 4.

Датчик давления зажимной выпускает австрийская фирма AVL с рычажным или с винтовым креплением. Размер внутренней полости датчика должен обязательно соответствовать значению наружного диаметра трубопровода (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 мм).

398

Рисунок 1 – Датчик давления съемный (зажимной):

1 – неподвижный корпус датчика; 2 – подвижный корпус датчика; 3 – упругий элемент; 4 – наружный электрод; 5 – внутренний электрод

(медная фольга); 6 – петля; 7 – трубопровод; 8 – «пьезопленка»; 9 – ручка прижимного устройства; 10 – гнездо датчика

Последовательность диагностирования по изменению давления топлива в трубопроводе на входе в форсунку

Для проведения диагностики по изменению давления был предложен контрольный режим работы топливной аппаратуры дизеля Д-440 с цикловой подачей (qц) на номинальном режиме и на малой частоте вращения вала насоса (qц = 100 мм3, nн = 600 мин-1). Форсунка была

отрегулирована на начальное давление открытия иглы 18 МПа.

Вид неисправности форсунки определялся сравнительным способом по изменению характерных точек и участков на диаграмме давления. Для этого были сняты осциллограммы (импульсы давления) с известными неисправностями форсунки.

1.1.На режиме малых частот и цикловых подач, близких к номинальной для топливной аппаратуры с параметрами, которые соответствуют требованиям завода-изготовителя,

датчиком фиксируют эталонный (контрольный) импульс давления с пояснением характерных точек и участков [2].

1.2.Для каждого вида возможных неисправностей (снижение давления открытия иглы, образование кокса в сопловых отверстиях, потеря подвижности иглы, увеличение зазора между иглой и направляющей [5]) фиксируется измененный (нарушенный) импульс давления.

1.3.Полученный импульс давления сравнивается с эталонным, если он изменен, то путем сравнения (используется программное обеспечение) с заранее снятыми осциллограммами определяется вид неисправности.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

На контрольном режиме для исправной топливной аппаратуры была снята эталонная осциллограмма (рисунок 2), имеющая характерные точки и участки. Для анализа импульса давления топлива в трубопроводе (Pф) на осциллограмме имеется шкала давления, линия атмосферного давления (P0), отметка времени 0,002 с.

На рисунке 3 приведены импульсы давления топлива при снижении давления начала открытия иглы форсунки на 40 %. Для данной неисправности характерным является уменьшение максимального давления в трубопроводе (19 МПа вместо 25 МПа), увеличение расстояния между прямой и отраженной волнами, снижение амплитуды отражённой волны.

Рисунок 3 – Снижение давления открытия иглы распылителя на 40 %

Для форсунки с заклиненной иглой распылителя (рисунок 4), неисправность характеризуется малым давлением в трубопроводе (16 МПа), уменьшением участка «2-8»,

отсутствием отраженной волны. Игла может зависнуть в начале, середине или в конце подъема

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

ИЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

ифорсунка работает как открытая. В полость форсунки проникают газы из цилиндра, способствуя образованию коксовых отложений.

Рисунок 4 – Зависание иглы форсунки при максимальном её подъёме

У форсунки с закоксованным отверстием распылителя (рисунок 5) характерным является наличие двух отраженных волн. Давление в трубопроводе увеличивается, удлиняется участок «2-8», возрастает величина остаточного давления, уменьшается проходное сечение

распылителя, что приводит к увеличению продолжительности впрыска, понижению подачи топлива, уменьшению мощности и экономичности двигателя.

400

Рисунок 5 – Изменение давления у форсунки с закоксованным

отверстием распылителя

Таким образом, имея контрольную осциллограмму давления для исправной форсунки и набор осциллограмм с характерными неисправностями, сравнительным способом определяется вид неисправности. Для этого компьютер (электронный блок) сравнивает реальные осциллограммы давления на входе в форсунку, полученные в процессе диагностирования, с эталонной осциллограммой и определяет вид неисправности.

Выводы

1.Предложен съемный пьезоэлектрический датчик для записи давления в любых сечениях топливопровода и методика диагностирования топливной аппаратуры дизеля.

2.Сравнивая контрольную осциллограмму исправной форсунки и насоса высокого давления

снабором осциллограмм с характерными неисправностями, определяют техническое состояние топливной аппаратуры и возможные ее неисправности.

Научный руководитель – канд. техн. наук, доц. Макушев Ю.П.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.