Введение к работе
Актуальность темы. Для нашей страны, как и для подавляющего большинства развитых стран мира, автомобильным транспортом выполняются основные объемы перевозок. Применяемые на автомобилях двигатели являются, как правило, поршневыми, четырёхтактными. Все они имеют механический привод клапанов газораспределительного механизма (ГРМ) от кулачков распределительного вала.
При эксплуатации автомобилен в приводе ГРМ их двигателей возможны изменения, которые вызывают отклонения начального положения распределительных валов (НПРВ) от нормы при сохранении синхронности вращения. Это приводит к фазовому сдвигу моментов открытия и закрытия клапанов (относительно положения коленчатого вала), к изменению количества и качественного состава рабочей смеси, к увеличению объема отработавших газов, снижению работы газовых сил. В результате падает мощность двигателя, снижается производительность автомобиля, увеличивается расход топлива и токсичность отработавших газов.
Нарушения НПРВ трудно выявить без применения специального оборудования и частичной, весьма трудоемкой разборки двигателя. Признаки нарушения НПРВ идентичны признакам неисправностей систем питания, зажигания, холостого хода.
Существующие методы определения НПРВ обладают целым рядом недостатков. Одни требуют частичной разборки двигателя, вызывая длительные простои автомобиля, другие малоинформативны, имеют высокую трудоемкость и требуют высокую квалификацию исполнителей. Отсутствует бортовая система диапюстики привода ГРМ. В списке диагностических кодов неисправностей по стандарту OBD П отсутствуют коды, соответствующие аномальному НПРВ. Поэтому многие автомобили продолжают эксплуатироваться с отклонениями в приводе ГРМ, имея пониженную производительность, повышенный расход топлива и токсичность отработавших газов.
Положение усугубляется тем, что использование малоэффективных методов диагностирования привода ГРМ приводит к большим простоям автомобилей при техническом обслуживании и ремонте (ТО и Р), большим производственным и финансовым затратам от ошибок диагностирования 1-го и 2-го рода.
Противоречие между стремлением снизить временные, производственные и финансовые затраты, повысить информативность диагностирования газораспределительного механизма за счет обоснования, разработки и внедрения высокоинформативного оперативного метода, с одной стороны, и уровнем знаний о закономерностях процессов формирования диагностических параметров, характеризующих изменения начальных углов установки валов ГРМ и их связей с основными показателями процессов функционирования двигателя и автомобиля, с другой стороны, порождает проблемную ситуацию, на решение которой направлена данная диссертация.
Поэтому разработка нового высокоинформативного и оперативного метода определения начальных положений валов ГРМ является актуальной задачей. Её решение позволит снизить временные, производственные и финансовые затраты при выполнении работ ТО и Р, повысить технико-экономические и экологические показатели автомобилей в условиях эксплуатации.
В качестве рабочей гипотезы принято утверждение о том, что изменение начальных положений валов ГРМ вызывает изменение параметров, характеризующих
газодинамические процессы во впускном коллекторе двигателя, а контроль этих параметров позволит определять величину углов ИТРВ.
Целью работы является снижение производственных и финансовых затрат при выполнении работ ТО и Р, повышение технико-экономических и экологических показателей автомобилей в условиях эксплуатации на основе нового метода диагностирования привода ГРМ их двигателей.
Объект исследования - процесс диагностирования привода 1РМ автомобильных двигателей, основанный на анализе газодинамических характеристик процессов во впускном коллекторе и их взаимосвязях с величиной углов Н1ІРБ в
условиях эксплуатации.
Предмет исследования - параметры, характеризующие процессы газообмена во впускном коллекторе автомобильных двигателей внутреннего сгорания при их функционировании.
Научной новизной обладают:
Метод диагностирования привода ГРМ, основанный на анализе информации, поступающей от электронных систем, измеряющих угол поворота коленчатого вала, а также характер колебаний давления воздуха во впускном коллекторе работающего автомобильного двигателя (подана заявка на патент РФ).
Диагностические параметры, позволяющие оценивать величину углов начального положения валов ГРМ в виде характеристик газодинамических процессов во впускном коллекторе работающего автомобильного двигателя: фазы первой гармоники а1 и коэффициента формы Кф колебаний давления.
Тестовое воздействие на двигатель в процессе безразборной диагностики привода ГРМ в виде его функционирования в режиме малых оборотов холостого хода с подключенной системой измерения давления во впускном коллекторе и стробоскопической системой измерения угла поворота коленчатого вала двигателя.
Разработанная математическая модель системы «Впускной трубопровод -цилиндр - КШМ - ГРМ - выпускной трубопровод» как объекта диагностирования, позволяющая с необходимой точностью выявлять причинно следственные связи между ее элементами и выполнять контроль правильности начального взаимного почожения коленчатого и распределительных валов по параметрам газодинамических процессов во впускном коллекторе автомобильного двигателя без его разборки, учитывающая: кинематику работы КШМ и ГРМ; динамику изменения пропускных сечений клапанов; объем, длину и сопротивление газовых трактов двигателя; инерционность массы воздуха.
Практическая значимость. Внедрение метода диагностирования привода IРМ в технологический процесс авторемонтных предприятий и сервисных центров технического обслуживания позволит повысить качество ремонтных работ и технического обслуживания АТС, а также повысить технико-экономические и экологические показатели автомобилей в условиях эксплуатации.
На автотранспортных предприятиях и станциях технического обслуживания внедрение метода позволит снизить временные, производственные и финансовые затраты при выполнении работ ТО и Р.
Заводам-изготовителям диагностического оборудования результаты работы дадут возможность усовершенствовать конструкции производимых ими приборов для диагностики привода ГРМ, контроля углов НПРВ.
Автомобильным заводам способ определения НПРВ с использованием штатных
датчиков позволит создать системы самодиагностики привода ITM, а в некоторых случаях упростить систему управления ДВС.
Преподавателям технических ВУЗов автомобильных специальностей разработанные теоретические предпосылки метода позволят повысить качество подготовки специалистов в области технической диагностики АТС.
На защит)' выносятся следующие научные положения:
Технико-экономические и экологические показатели автомобилей в условиях эксплуатации, а также эффективность, информативность и оперативность диагностирования привода ГРМ можно значительно повысить, если выполнять его на основе измерения характеристик колебаний давления воздуха во впускном коллекторе двигателя, работающего в тестовом режиме.
Наиболее эффективным для диагностирования привода ГРМ является тестовое воздействие на двигатель в виде его функционирования на режиме малых оборотов холостого хода с подключенной системой измерения давления во впускном коллекторе и стробоскопической системой измерения угла поворота коленчатого вала двигателя.
- В качестве диагностических параметров, позволяющих с высокой
достоверностью определять величину углов НПРВ, необходимо использовать фазу
первой гармоники а' и коэффициент формы . колебаний давления во впускном
коллекторе.
- Аналитические исследования газодинамических характеристик процессов во
впускном коллекторе двигателя и их взаимосвязи с величиной углов НПРВ
необходимо выполнять на основе математической модели системы «Впускной
трубопровод - цилиндр - КШМ - ГРМ - выпускной трубопровод», как объекта
диагностирования, учитывающей: кинематику работы КШМ и ГРМ, динамику
изменения пропускных сечений клапанов, объем, длину и сопротивление газовых
трактов двигателя, инерционность массы воздуха.
Апробация работы. Материалы исследований доложены и получили одобрение: на XI Всероссийской научно-практической конференции аспирантов и студентов «Проблемы безопасности современного мира: средства защиты и спасения «Безопасность - 06», Иркутск, 2006 г.; на XII Всероссийской научно-практической конференции аспирантов и студентов с международным участием «Проблемы безопасности современного мира и управления рисками «Безопасность - 07», Иркутск, 2007 г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса», УГТУ - УПИ, Екатеринбург, 2008 г.; на II МНПК «Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта», г. Иркутск, 2009 г.; на Ш МНПК «Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта», Иркутск, 2011г.; на V Российско-германской конференции по безопасности дорожного движения «Безопасность движения в городах», Иркутск, 2010 г.; на научно-технических конференциях факультета транспортных систем ИрГТУ, г Иркутск, 2006 -^- 2011 г.
Реализация результатов работы. Разработанный динамический метод диагностирования привода газораспределительного механизма двигателя прошел производственную проверку в ООО «Пятаков и компания» (г. Иркутск) и внедрен в производственный процесс ОАО «Грузовое автотранспортное предприятие № 2» (г. Улан-Удэ), а реализующее его оборудование используется в учебном процессе ИрГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, общим объемом 3,7 усл. п. л., в том числе 3 работы в изданиях из перечня ВАК, подана заявка на патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и основных выводов, содержит 193 страницы текста (в т.ч. 13 таблиц и 64 иллюстрации), список литературы из 135 наименований и 8 приложений на 24-х страницах.
Похожие диссертации на Метод диагностирования привода газораспределительного механизма автомобильных ДВС по параметрам изменения давления во впускном коллекторе
