Современные научные исследования в дорожном и строительном производс

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ В СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ МАШИНАХ C ПРИМЕНЕНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

И.Ю. Полтавская, Д.А. Порубов, В.А. Корнев

Восточно-Казахстанский государственный технический университет, г. Усть-Каменогорск, Казахстан

Одной из наиболее важных систем дизельного двигателя является топливная система. Неисправности топливной системы, и особенно топливной аппаратуры (ТА), приводят к существенному снижению ресурса двигателя, повышению расхода топлива и повышению его экологической опасности.

Основная функция ТА состоит в подаче строго определенного количества топлива в заданный момент по углу поворота коленчатого вала и с заданным законом изменения давления топлива в нагнетательной магистрали. Высокое давление топлива в топливопроводе и требования к точности подачи по фазе угла поворота коленчатого вала делают топливную систему дизеля сложной и дорогостоящей как в изготовлении, так и в процессе эксплуатации.

Главными элементами ТА являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки. ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенному закону в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. Качество подачи топлива влияет на шум сгорания, мощность двигателя, расход топлива и содержание вредных веществ в отработанных газах (ОГ). Если подача топлива начинается слишком рано, двигатель работает жестко, с сильным шумом сгорания, низким расходом топлива, но при этом с повышенным содержанием оксидов азота в ОГ. Кроме того, при ранней подачи топлива увеличивается дымность, так как увеличенная задержка воспламенения приводит к низкой температуре цикла. При позднем начале подачи топлива двигатель реагирует потерей мощности, увеличенным расходом топлива. Вместе с тем при поздней подачи увеличивается температура ОГ, что может привести к повреждению выпускных клапанов. Таким образом, возникает необходимость периодического контроля начала подачи топлива. Периодичность контроля определяется системой технического обслуживания двигателя.

Система технического обслуживания топливной аппаратуры дизельных двигателей основана на периодической проверке и регулировке ТНВД и форсунок на специальных стендах в мастерских автотранспортных предприятий. Снятие топливной аппаратуры и установка ее на двигатель после проверки и регулировки, с одной стороны, связана с затратами труда на монтажно-демонтажные

171

работы, а с другой – неизбежно приводит к ее повышенным износам. Кроме того, проверка топливной аппаратуры в условиях, отличных от условий ее работы на автомобиле, не всегда позволяет выявить все неисправности и нарушения регулировок. В связи с этим большое распространение получили методы так называемой безразборной диагностики на работающем двигателе.

В свое время учеными строительно-дорожного института проводились большие исследования в этом направлении и были получены высокие результаты, которые отмечены многочисленными изобретениями, медалями на выставках ВДНХ. Но, несмотря на то, что был сделан большой научный задел на будущее, работы были по разным причинам прекращены. Вместе с тем, как показывает анализ возникшей ситуации на рынке услуг по диагностированию дизельных двигателей, разработка и внедрение технических средств диагностирования топливной аппаратуры на базе современных достижений в электронике и вычислительной технике в исполнении, адаптированном к нашим условиям, является проблемой актуальной во всех отношениях и экономически рентабельной.

На кафедре «Приборостроение и автоматизация технологических процессов» подобные исследования были возобновлены и уже получены некоторые результаты.

За основу нами был принят дизель-тестер, в состав которого входят: датчики давления топлива в нагнетательной магистрали высокого давления пьезокварцевого типа, формирователи сигналов с датчиков давления, фотоэлектрический блок синхронизации с вращением коленчатого вала, цифровой измеритель параметров впрыска топлива.

Принцип действия основан на весьма точном измерении временных промежутков между импульсами давления и вспомогательным сигналом (соответствующим положению поршня 20º до ВМТ).

Недостатками ранее предложенных технических решений является громоздкость выполнялось на старой элементной базе, возможность только визуального контроля измерительной информации, однократные с ручным запуском измерительные процедуры, что затрудняет накопление и документирование информации.

С целью устранения указанных недостатков нами предлагается реализовать цифровые алгоритмы измерения диагностических параметров на базе микропроцессорной технике, в частности на микроконтроллере AT90S8535 фирмы ATMEL.

Реализация алгоритма вычисления диагностируемых параметров осуществляется в микроконтроллере, что дает возможность заменить технические решения программными, вывести результат на дисплей и накопить в памяти результаты измерений за несколько циклов работы двигателя. Это дает возможность статистически обрабатывать результаты контроля и использовать элементарные статистики, такие как среднее и среднеквадратичное отклонение в качестве диагностических индикаторов, что значительно повышает достоверность диагностирования.

172

Предполагается, что рассматриваемые параметры рассчитываются за 50 циклов работы двигателя с целью минимизировать ошибку измерений при вычислении среднего и среднеквадратичного отклонений. Среднее арифметическое значение Х вычисляется по формуле [4]:

гдеХ1, Х2, …, Хn – результатыотдельныхизмерений; n – количествоизмерений. Среднеквадратичное отклонение определяется по формуле:

Алгоритм измерения диагностических параметров написан применительно к микроконтроллеру AT90S8535.

Алгоритм состоит из основной программы и подпрограмм. Основная программа приведена на рис. 1.

Рис. 1. Основная программа измерения диагностируемых параметров

173

Результат за каждый цикл записывается в памяти микроконтроллера (ОЗУ). Реальная длительность процесса измерения составляет 51 цикл, так как первый цикл не будет принимать участия в дальнейших расчетах. В момент когда число измеряемых циклов станет больше 51, программа осуществит запрет всех прерываний. Затем происходит обработка накопленных данных, вычисление необходимых параметров, а также средние и среднеквадратичные значения. После необходимых вычислений результаты измерений отображаются на индикаторах. После вывода результата, опрашивается порт микроконтроллера, к которому подключена кнопка «Пуск», для последующих измерений.

На рис. 2 представлена подпрограмма 1, предназначенная для подсчета импульсов за два оборота коленчатого вала.

Рис. 2. Алгоритм подсчета импульсов за два оборота коленчатого вала

На вход D2 (INT0) микроконтроллера поступает сигнал о начале впрыска топлива и происходит запись в регистр общего назначения (РОН) предыдущего значения количества импульсов за 720º. Далее перезапускается таймер Т1, который считает импульсы с частотой тактового генератора. В момент поступления сигнала на вход D6 микроконтроллера, т.е. сигнала о достижении поршнем ВМТ, разрешается прерывание по захвату.

Таким образом, осуществляется переход в подпрограмму 2 (рис. 3), которая осуществляет накопление импульсов за время опережения подачи топлива.

В подпрограмме 2 запрещается прерывание по захвату и считываются данные из регистра захвата в ОЗУ. После выполнения прерывания по захвату (подпрограмма 2) происходит переход в подпрограмму 1, в место ее прерывания. Предыдущее значение количества импульсов за 720º переписывается из РОН в ОЗУ. Также происходит увеличение на единицу числа измеряемых циклов в РОН.

174

В момент поступления сигнала на вход D3 (INT1) микроконтроллера, независимо от выполнения остальных подпрограмм, запускается подпрограмма 3 (рис. 4), которая определяет максимальную амплитуду впрыска. Происходит запуск АЦП. Данные, поступившие на вход А0 с амплитудного детектора за время впрыска, записываются в ОЗУ. Затем происходит сброс амплитудного детектора с помощью входа А2.

Выполнение трех подпрограмм определяет первый цикл работы двигателя. Затем происходит измерение диагностируемых параметров за следующие 50 циклов работы двигателя, далее – по алгоритму основной программы.

Результаты предварительных испытаний дизель-тестера показали, что точность измерения фазовых параметров подачи топлива составляют 0,7º по коленчатому валу.

Измерение длительности подачи топлива имеет 0,45º.

Полученные точностные результаты предлагаемой конструкции дизельтестера с использованием микроконтроллера превосходят параметры прототипа.

Список литературы

1. Анохин В.И. Отечественные автомобили. – М.: Машиностроение, 1977. –

592 с.

2.Мирошников Л.В. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях. – М.: Транспорт, 1977. – 263 с.

3.Устройство измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания: авторское свидетельство СССР № 943553, 1982 г. / В.А. Корнев, Л.И. Корнева, В.В. Савостенко, В.А. Чебаков.

175

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ТЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА ДВС СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

И.А. Пустовалов, А.В. Яркин, А.Р. Крук

Тюменский государственный нефтегазовый университет, Россия

Актуальность предпусковой подготовки строительных машин в условиях низких температур при безгаражном хранении не вызывает сомнения, так как большое количество машин занято на строительстве и эксплуатации нефтегазовых объектов в условиях Западной Сибири [1].

На сегодняшний день существует большое количество способов подготовки строительной машины к работе от практики работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в течение межсменной стоянки до использования различного рода отопителей.

Однако применение данных методов осложняется постоянным изменением температурно-ветрового режима, и поэтому целесообразно сочетать средства хранения, выработки и регенерации тепловой энергии. В связи с этим существует необходимость в создании новых устройств, способных обеспечить запуск ДВС после межсменной стоянки в зимний период. Использование тепловых аккумуляторов на основе теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом для утилизации тепла является наиболее перспективным решением.

Данные материалы имеют ряд преимуществ, заключающихся в простоте зарядки теплового аккумулятора и высоком КПД, позволяющем хранить утилизированное тепло ДВС достаточно долго. Благодаря этим преимуществам существует возможность увеличить эффективность использования строительных машин, снизить затраты на предпусковую подготовку ДВС, уменьшить время на подготовку машины к эксплуатации, а также снизить износ ДВС машины.

В результате анализа теплового баланса дизельного двигателя ЯМЗ-238 сделан вывод, что через масляный поддон и стенки ДВС теряется до 30 % тепловой энергии, выделяемой ДВС в течение работы. Поэтому предложена конструкция теплового аккумулятора в виде чехла, который крепится снаружи ДВС строительной машины, что позволяет утилизировать тепловую энергию, выделяемую ДВС в процессе работы для последующего использования ее для поддержания температуры ДВС [2].

Общий принцип, заложенный во всех конструкциях подобного рода тепловых аккумуляторах, заключается в передачи тепловой энергии, выделенной или заранее запасенной к различным частям машины для обеспечения безаварийного запуска после межсменной стоянки (рис. 1).

176

Рис. 1. Зависимость изменения температуры теплового аккумулятора и ДВС от времени межсменной стоянки (общая схема)

Первоначально тепловой аккумулятор накапливает посредством теплоаккумулирующего материала тепловую энергию от ДВС строительной машины. Температура теплоаккумулирующего материала в результате этого находится в пределах 95 оС.

Первый и второй этапы работы теплового аккумулятора заключаются

всохранении накопленной тепловой энергии теплоаккумулирующего материала

вотдельной теплоизолированной емкости для последующей ее передачи частям машины, подлежащим нагреву. Температура теплоаккумулирующего материала

врезультате хранения снижается, так как невозможно создать абсолютно теплоизолированный тепловой аккумулятор.

Третий этап работы данного типа теплового аккумулятора заключается

внепосредственной передаче тепла от теплоаккумулятора к нагреваемым частям ДВС строительной машины. Передача тепла осуществляется за счет прокачки теплоаккумулирующего материала через подрубашечное пространство ДВС

строительной машины. Температура ДВС в результате межсменной стоянки опускается до –50 оС и при последующем нагревании от теплового аккумулятора увеличивается до 60 оС, что позволяет осуществить безаварийный запуск ДВС.

Однако недостатком подобного рода тепловых аккумуляторов является то, что через охлажденный до – 50 оС ДВС машины прокачивается горячий теплоаккумулирующий материал с температурой 95 оС; такое резкое изменение температуры ДВС приводит к возникновению термических напряжений в металле, что,

всвою очередь, может привести к разрушению ДВС.

Врезультате использования предлагаемого теплового аккумулятора удается избежать появления термических напряжений в ДВС, так как рабочий процесс аккумулятора заключается в поддержании температуры моторного масла ДВС в отличие от ранее предлагаемых тепловых аккумуляторов, где осуществляется нагрев ДВС после стоянки.

177

Рабочий процесс предлагаемого теплового аккумулятора состоит из трех этапов; зависимость изменения температуры теплового аккумулятора и ДВС строительной машины от времени межсменной стоянки представлено на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость изменения температуры теплового аккумулятора и ДВС строительной машины от времени межсменной стоянки

Первый этап работы предлагаемого теплового аккумулятора заключается в накоплении тепловой энергии теплоаккумулирующим материалом. Благодаря использованию подобранного экспериментальным путем теплоаккумулирующего материала удалось сравнять время зарядки теплового аккумулятора и время работы ДВС строительной машины в течение смены.

Время зарядки теплового аккумулятора равняется 4 ч, что обеспечивает полную зарядку в течение 8-часовой смены рабочей смены.

Второй этап состоит из поддержания температуры ДВС строительной машины за счет накопленной тепловой энергией теплоаккумулирующим материалом и особенностей конструкции теплового аккумулятора. В результате этого этапа происходит постепенное остывание ДВС строительной машины и теплового аккумулятора.

Третий этап заключается в нагреве моторного масла ДВС строительной машины за счет скрытой теплоты фазового переход теплоаккумулирующего материала. Температура моторного масла в результате нагрева повышается с 0 оС до 10 оС, что позволяет поддержать температуру моторного масла –10 оС в течение 8-часовой межсменной стоянки.

Для подтверждения выдвинутой гипотезы использования теплового аккумулятора для сохранения температуры моторного масла ДВС не ниже минус 10 ○С в процессе межсменной стоянки строительной машины, что позволило бы осуществить безаварийный запуск двигателя, были проведены предварительный и натурный эксперименты.

178

По результатам проведенных экспериментов можно сделать вывод о целесообразности и эффективности предлагаемого способа поддержания пусковой температуры двигателя внутреннего сгорания строительной машины.

Список литературы

1.Эксплуатация машин в строительстве: учеб. пособие / Н.Н. Карнаухов [и др.]. – Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2006. – 440 с.

2.Вашуркин И.О. Тепловая подготовка и пуск ДВС мобильных транспортных и строительных машин зимой. – Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2001. –

145 с.

179

ОРГАНИЗАЦИЯ ПОСТГАРАНТИЙНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ИНОСТРАННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

НА БАЗЕ АВТОТЕХЦЕНТРА «HYUNDAI»

М.В. Савенко, И.А. Коновалов

Пермский государственный технический университет, Россия

Многое изменилось в работе дилерских центров за последний год. Ситуация, которая не так давно казалась «фантастической», сегодня стала реальностью: большую часть доходов приносят теперь не продажи машин, а сервис. Тот самый сервис, который долгое время воспринимался чуть ли не навязанной производителями дополнительной «обузой».

Пренебрежительное отношение к сервису и, самое главное, к его клиентам на протяжении всех последних лет было свойственно многим дилерским центрам. Возможность продавать автомобили позволяла не заботиться о качестве послепродажного обслуживания. И многие забывали о нем, занятые текущими делами. С наступлением кризиса недальновидная политика обернулась для многих резким сокращением клиентской базы. Очереди, которые существовали до кризисного периода, исчезли, и некоторые предприятия впервые столкнулись с пустующими подъемниками. Часть автовладельцев предпочли отказаться от услуг официальных дилеров и переориентировались на неавторизованные станции технического обслуживания [1]. Позиция клиентов о прохождении обслуживания в дилерских центрах, по данным исследования аналитического центра компании «Уралавтоимпорт» [2], изображена на рис. 1.

Рис. 1. Позиция клиентов в отношении прохождения обслуживания в дилерских центрах

180