автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Диагностирование механизма газораспределения ДВС по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала

На правах рукописи

Петров Максим Геннадьевич

005000710

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ВНУТРИЦИКЛОВЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2011

005000775

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Гребенников Александр Сергеевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Васильев Александр Викторович; кандидат технических наук, доцент Сергеев Александр Павлович.

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Защита состоится 18 ноября 2011 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан « а » октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ожогин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышению эффективности эксплуатации ДВС в значительной мере способствует совершенствование методов и средств управления работоспособностью систем и механизмов ДВС по фактическому их техническому состоянию. Существующие методы определения технического состояния механизма газораспределения (МГР) трудоёмки, требуют частичной разборки ДВС и не являются универсальными по принципу действия применительно к другим диагностируемым элементам двигателя.

Одно из перспективных направлений совершенствования методов и средств диагностирования двигателей предусматривает создание универсальной бортовой (встроенной) системы, основанной на анализе показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала (ВИУСКВ).

В связи с этим разработка более точного и оперативного способа и технологии диагностирования технического состояния МГР по показателям ВИУСКВ является актуальной задачей повышения эффективности использования ДВС.

Исследование выполнено в соответствии с планом НИР Саратовского государственного технического университета (СГТУ) 12В.01 «Разработка научных основ технологий обеспечения работоспособности автотранспортных средств и других машин» по созданию универсальных способов бесстендового диагностирования систем и механизмов ДВС по показателям ВИУСКВ и фундаментального научного направления «Разработка теоретических основ адаптивного управления ДВС по показателям ВИУСКВ» (НИР «СГТУ - 234 - 2008», № госрегистрации - 01200503808).

Цель работы. Повышение эффективности эксплуатации ДВС путем разработки способа и технологии диагностирования МГР по показателям ВИУСКВ.

Задачи исследования:

- по результатам статистических данных определить зависимость износа основных элементов МГР в процессе эксплуатации;

- теоретически обосновать способы общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по показателям ВИУСКВ в режиме прокручивания ДВС стартером;

- усовершенствовать методику обработки массива мгновенных значений угловых скоростей коленчатого вала по углу его поворота в режиме прокручивания ДВС стартером и определить метрологические характеристики разработанного способа;

- разработать технологию, диагностические нормативы и устройство для диагностирования технического состояния МГР;

- оценить экономическую эффективность результатов исследования.

Объект исследований. Двигатель 44 9,2/9,2 автомобилей ГАЗ и УАЗ.

Предметом исследований является взаимосвязь технического состояния МГР и показателей ВИУСКВ в режиме прокручивания декомпрессированного ДВС стартером.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений динамики ДВС, технической эксплуатации автомобилей, теоретической механики, аппарата дифференциальных уравнений, надежности, математической статистики и моделирования. Эксплуатационные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях с использованием как общепринятых методик, оборудования, так и разработанных лично автором или с его участием.

Достоверность научных положений работы обусловливается использованием фундаментальной теории динамики ДВС, обоснованностью принятых допущений при разработке расчетных моделей и высокой сходимостью экспериментальных результатов с аналитическими исследованиями, а также сравнительным анализом полученных результатов с данными других авторов.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании способов общего и поэлементного диагностирования МГР по показателям ВИУСКВ в режиме прокручивания декомпрессированного двигателя стартером. Способ защищен патентом РФ №2386941.

На защиту выносятся:

- зависимость износа кулачков распределительного вала ДВС от пробега;

- теоретическое обоснование способов общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по показателям ВИУСКВ в режиме прокручивания декомпрессированного ДВС стартером;

- результаты аналитических и экспериментальных исследований зависимости ВИУСКВ в режиме прокручивания декомпрессированного ДВС стартером от технического состояния элементов МГР;

- методика обработки массива мгновенных значений угловых скоростей коленчатого вала по углу его поворота, нормативы, технология, метрологическая оценка способа и устройства диагностирования МГР ДВС;

- технико-экономическая оценка результатов исследования.

Практическая ценность работы состоит в разработке устройства и

технологии диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ.

Пути реализации работы. Результаты исследований внедрены в НТЦ «Механик-Т» НТП «Волга-техника» СГТУ и могут быть использованы при доводочных испытаниях новых конструкций ДВС, совершенствовании методов диагностирования элементов системы «ДВС - трансмиссия» автомобилей и при разработке адаптивных систем автоматического управления работой ДВС.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и получили одобрение на: международной научно-практической конференции «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК ЛЭРЭП)» (Саратов, СГТУ, 2007); МНК «Проблемы управления, передачи и обработки информации (АТМ-ТКИ-50)» (Саратов, СГТУ, 2009); МНПК «Информационные технологии, системы и приборы в АПК (АГРОИНФО-2009)» (Новосибирск, ГНУ СибФТИ, 2009); VI МНТК «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, ПГУАС, 2010); ежегодном постоянно действую-

щем межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, СГАУ, 2008-2010); VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, СГАУ, 2011); ежегодных НТК ВолгГТУ (Волгоград, 2011); НТК СГТУ (Саратов, 2007-2011).

Диссертационная работа заслушивалась на расширенном заседании кафедр «Автомобили и двигатели» и «Автомобили и автомобильное хозяйство» СГТУ в 2011 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в изданиях из списка ВАК РФ и 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения. Содержит 124 страницы машинописного текста, 7 таблиц и 36 рисунков. Список использованной литературы включает 132 наименования, из них 15 - на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертации, в реферативной форме приведена общая характеристика работы, сформулированы научная новизна, практическая ценность исследования и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены закономерности изменения технического состояния сопряжений ДВС, причины неравномерного износа одноименных его элементов, проведен анализ методов и средств диагностирования МГР ДВС, обоснована необходимость разработки способа диагностирования МГР по показателям ВИУСКВ, поставлены цель и задачи исследования.

Изменение технического состояния элементов МГР приводит к ухудшению мощностных, экономических и экологических показателей двигателя, снижению эксплуатационной надежности и увеличению затрат на ТО и ремонт. Высокий коэффициент вариации износа профиля кулачков распределительного вала (v = 0,3...0,7 и более) затрудняет прогнозирование и профилактическую работу по предупреждению отказов и неисправностей МГР в рамках существующей планово-предупредительной системы ТО и ремонта.

Повышение эффективности использования ДВС возможно совершенствованием технологий ТО и ремонта за счет внедрения более совершенных методов и средств диагностирования МГР, реализующих методологию адаптивного управления техническим состоянием ДВС в процессе эксплуатации.

Решению теоретических и практических задач технической диагностики на автомобильном транспорте по исследуемому вопросу посвящены работы ученых Авдонькина Ф.Н., Аринина И.Н., Болдина А.П., Васильева A.B., Григорьева Е.А., Гурвича И.Б., Говорущенко Н.Я., Добролюбова И.П., Зло-тина Г.Н., Ждановского Н.С., Корчемного J1.B., Крамаренко Г.В., Кузнецова Е.С., Левина М.И., Лившица В.М., Михлина В.М., Мороза С.М., Мирошни-кова Л.В., Николаенко A.B., Отставнова A.A., Пинского Ф.И., Подкопаева C.B., Ревина A.A., Сергеева А.Г., Серова A.B., Скибневского К.Ю., Харазова A.M., Ютта В.Е., Фламиша О., Akiba К., Assanis D.N., Polishak M., Mauer G. F., Toshi-

kazu J., Hideki О. и других. Результаты их научной и практической деятельности нашли отражение в современных взглядах и подходах к дальнейшему развитию диагностики и управления технической эксплуатацией автомобилей.

На основе анализа существующих методов диагностирования, включающих патентный поиск, показана перспективность дальнейшего развития динамического метода диагностирования ДВС, основанного на анализе показателей ВИУСКВ при прокручивании декомпрессированного двигателя стартером.

Большой вклад в разработку бесстендовых динамических способов диагностирования элементов автотракторной техники, основанных на принципе Даламбера, внесли: Ждановский Н.С., Николаенко A.B. (СПбГАУ), Альт В.В., Добролюбов И.П., Змановский В.А., Лившиц В.М., Павлов Б.В., Савченко О.Ф. (СибФТИ, СибИМЭ), Болдин А.П. (МАДИ (ТУ)), Мих-лин В.М., Подкопаев C.B. (ГОСНИТИ), Отставное A.A., Гребенников A.C. (СГТУ), Тимохин C.B. (ПГУАС) и их последователи.

Системный анализ состояния вопроса с учетом сравнения показателей информативности, оперативности и относительной стоимости известных средств диагностирования МГР ДВС показал отсутствие надежных средств оценки технического состояния кулачков распределительного вала (PB) и фаз газораспределения, а также приспособленности их к диагностированию других элементов ДВС. К достоинствам предлагаемого способа и средства диагностирования, помимо повышения точности оценки технического состояния МГР, относят малую энерго- и металлоёмкость, высокую надёжность и возможность её адаптации в бортовые системы диагностирования.

Во второй главе аналитически обоснованы способы общего и поэлементного диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ.

Теоретической предпосылкой выбора в качестве диагностических параметров технического состояния одноименных звеньев МГР показателей ВИУСКВ служит зависимость мгновенных значений угловой скорости КВ щ от момента сопротивления ММГр на прокручивание различных звеньев клапанного механизма МГР в пределах кинематического цикла ДВС (двух оборотов КВ).

В четырехтактном ДВС с учетом «углов перекрытия» клапаны конкретных цилиндров полностью открываются только на двух тактах каждого цилиндра - впуске и выпуске. На большей части угла поворота PB, относящихся к периодам осуществления тактов расширения или сжатия, они закрыты. При этом в каждом угловом интервале поворота КВ, равном к, осуществляются одновременно такты выпуска и впуска в двух различных цилиндрах ДВС, в которых соответствующие клапаны открываются. Следовательно, измеренные значения моментов механических потерь Мцгр> затрачиваемых на привод МГР в соответствующих интервалах углов поворота коленчатого вала, формируются силами сопротивления от работы звеньев двух конкретных открываемых клапанных механизмов и отражают их техническое состояние.

Для выделения составляющих момента механических потерь ММГр от

действия сил трения в одноименных звеньях МГР из суммарного момента механических потерь (М с) ДВС необходимо режимные условия испытания, при которых доля этих составляющих значительно возрастает. В предлагаемом способе, защищенным патентом РФ №2386941, это достигается декомпрессированием цилиндров двигателя (с вывернутыми свечами зажигания или форсунками), поскольку в режимах прокручивания для пуска двигателя стартером или частичного выбега наибольшее влияние на изменение момента механических потерь (сопротивления) ДВС, а следовательно, и ВИУСКВ оказывает момент от действия компрессионных сил в цилиндрах.

Прокручивание КВ стартером декомпрессированного двигателя на пусковой частоте вращения позволяет не только устранить действие компрессионной составляющей в цилиндрах, но и исключить насосные потери во впускном и выпускном коллекторах. Поверочные сравнительные расчеты проходных сечений свечных отверстий и одновременно открытых клапанов применительно для двигателя 449,2/9,2 свидетельствуют, что с учетом невысокой средней угловой скорости вращения (ш= 14...20 рад/с) КВ гидравлические сопротивления в них, пропорциональные квадрату скорости воздушного потока, сопоставимы между собой.

Таким образом, при прокручивании декомпрессированного двигателя переменный по углу поворота коленчатого вала <р момент механических потерь М Сф определяется составляющими (рис. 1)

МСг = Мм +М1(ПГ9+Мм№9+М„9, (1)

где М м - момент от действия сил трения в подшипниках коленчатого вала и приводах вспомогательных механизмов; М11ПТ - момент от сил трения в сопряжениях ЦПГ; Л/ДЯУ> - момент, затрачиваемый на привод МГР; М п -момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС.

Отсутствие в зависимости (1) суммарного момента Л/(> ДВС составляющих механических потерь от действия компрессионных сил и насосных потерь значительно увеличивает относительную долю составляющей момента М шр на привод МГР и, следовательно, уменьшает погрешность её определения в сравнении с известными способами.

Составляющая М ип, на привод МГР определяется в режиме постоянной частоты прокручивания КВ стартером путем измерения сначала значения момента М с работой привода МГР, а затем - с отключенным приводом Мг , тогда

< <;,■) игр

М =МГ -Мг . п\

лит у 1 г»,:.:/}'

С учетом возможного изменения скоростного режима прокручивания КВ стартером более удобной единицей измерения считается мощность

ЛГ =ЛГГ -ЛГГ . (3)

МП' (-Г < тМГР У '

Сравнивая полученное значение составляющей Ммгр № игр) на привод МГР с номинальным, делают заключение об общем техническом состоянии МГР. При отрицательном диагнозе необходимо конкретизировать причину неисправности, то есть выполнить поэлементное диагностирование МГР.

Обоснование способа поэлементного диагностирования МГР выполнено путем расчетно-графического моделирования процесса внутри-о л </},рад 2л цикловых изменений отдель-

Рис. 1. Изменение суммарного момента Мс ных составляющих зависимо-и угловой скорости со по углу поворота (р КВ сти (1) суммарного момента при прокручивании декомпрессированного М С() ДВС (рис. 1) в угловых 4-цилиндрового ДВС стартером с исправным (-) соответствующих

и изношенным (—) М1 Р: I, II - номера цилиндров по порядку их работы осуществлению такта расширения в декомпрессированных цилиндрах на примере 4-цилиндрового бензинового двигателя 44 9,2/9,2, для режима прокрутки КВ стартером.

Расчетным путем установлено:

- доля переменного момента в суммарном моменте 3 инерции двигателя составляет 1.. .2,7%. Численное значение переменного момента от сил инерции возвратно-поступательно движущихся деталей четырёхтактных 4-цилиндровых рядных ДВС

2 .ж

М„9 = = VSm2p + mЛJítf2Л2Sm4$!>, (4)

где т - масса возвратно-поступательно движущихся частей; 7? - радиус кривошипа; Л - Ш- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

В процессе эксплуатации ДВС максимальное и минимальное значения момента МПф и их фазовые положения по углу поворота КВ относительно ВМТ (соответствуют углам (р, равных 0, л, 2п (рис. 1)) остаются неизменными, так как износ сопряжений возвратно-поступательно движущихся масс пренебрежимо мал;

- момент Ми от действия сил трения в подшипниках КВ и привод вспомогательных механизмов и систем ДВС (~ 25% от МС(р) считается

практически постоянной величиной по углу ^поворота КВ, не оказывающей влияния на внутрицикловые изменения амплитуд колебаний суммарного момента М Ср и фазовых положений его экстремумов;

- переменное по ^значение Мцпг от сил трения в сопряжениях ЦПГ с достаточной точностью определяется

где Рцпг - сила трения в сопряжениях ЦПГ; Я = М - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Зависимость М,щг по углу поворота <р имеет характерную закономерность, особенность которой - постоянное, независящее от технического состояния ЦПГ фазовое положение экстремальных её значений по углу (р поворота КВ. Для двигателей ЗМЗ переменная составляющая момента

изменяется от 0 до 10 Н-м с периодом, равным периоду изменения крутящего момента - ж (рис. 1). Эти периодические колебания момента М,щг отразятся на величине момента сопротивления прокручиванию М С9, но они будут идентичными относительно ВМТ поршней всех цилиндров, как по амплитуде колебаний АМс , так и по фазовым положениям их экстремумов Фмстах и <Р\к а,и, ■ По экспериментальным данным при прокрутке декомпрессированного двигателя ЗМЗ 44 9,2/9,2 с предельно изношенными элементами ЦПГ значения амплитуд ЛД((> уменьшились на 5... 1% от номинальных их значений, однако фазовое положение экстремумов срки и <рКк Г1|||1 оставалось неизменным;

- переменный момент

где Рт><р- усилие на профиль кулачка от действия сил упругости клапанных пружин; г0 - начальный радиус профиля кулачка; 1>Тр - текущее значение подъема толкателя; а - угол контакта между кулачком и толкателем относительно оси РВ, затрачиваемый на привод МГР, периодически изменяется от -7 до +7 Н-м (при открытии клапана энергия потребляется, а при закрытии -возвращается).

Поскольку в многоцилиндровых ДВС происходит наложение фаз газораспределения, момент Мигр определяется как сумма набегающих моментов на кулачках РВ, действующих в конкретном периоде изменения угла <р. В двигателе ЗМЗ 44 9,2/9,2 от действия суммарного набегающего момента М 1/п> на кулачках РВ, с учетом сил трения в кулачковых парах, на КВ возникает перепад суммарного момента М С1р, достигающий 30 Н-м и более. Поэтому М^ на 65...70% определяет суммарное мгновенное значение ме-

(5)

(6)

ханических потерь, формирующих амплитуду переменного момента М Гф (рис. 1) декомпрессированного двигателя при его прокрутке, и на 100% - фазовые сдвиги экстремумов М С9. Учитывая, что 90% потерь от значения момента МЛ1ГР приходится на потери от действия сил трения в кулачковых парах, показатели изменения момента М С9 на КВ характеризуют индивидуальные значения износа кулачков отдельных звеньев МГР - пар впускных и выпускных клапанов, работающих в конкретных интервалах угла <р, в соответствии с порядком работы цилиндров.

Таким образом, любое отклонение показателей технического состояния МГР от нормативных их значений при прокрутке КВ двигателя с декомпрессированными цилиндрами приводит к неравномерности периодического изменения момента Мс,р по углу поворота <р КВ, то есть наличию разности

амплитуд колебаний момента М С9 на величину ЛМС и фазовому

сдвигу А<р экстремальных его значений <рМсшх и <рМст,а .. На рис. 1 изменения

в интервале <р- ж...2ж, относящиеся к неисправным клапанным механизмам, показаны пунктирной линией.

Однако непосредственное измерение значений момента М С(3 на КВ ДВС оперативными методами затруднено. Учитывая, что изменения момента МС(р прокручиванию КВ по углу (р взаимосвязаны с внутрицикловыми изменениями угловой скорости (рис. 1) известным уравнением динамики

две

.у ,, , ¿со М ох

Мс„-Мк,=](0--+------п\

с9 м йщ а<р 2 ' и)

где ./ - приведенный к оси коленчатого вала момент инерции ДВС;

<и 0)2 ,,

— •— = МПр - момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС,

на практике данный способ диагностирования МГР удобнее и значительно точнее реализуется с помощью электронных средств измерения угловых скоростей коленчатого вала.

В третьей главе изложены программа, оборудование для экспериментальных исследований предложенного способа диагностирования МГР ДВС на стенде с бензиновым двигателем 44 9,2/9,2, частные методики оценки погрешностей измерений.

Программа экспериментальных исследований предусматривает:

- сбор статистических данных и обоснование зависимости износа элементов МГР от пробега;

- определение конструктивных параметров электронного устройства и датчика для измерения показателей ВИУСКВ на режиме прокручивания декомпрессированного двигателя стартером с заданной точностью;

- определение зависимости ВИУСКВ при прокручивании стартером технически исправного декомпрессированного ДВС и при изменении: зазоров в приводе клапанов; износа профиля кулачков распределительного вала; фаз газораспределения; при отключенном приводе МГР;

- определение зависимости ВИУСКВ при наличии рабочего процесса в одном цилиндре при декомпрессированных остальных цилиндрах;

- обоснование на основе экспериментальных данных метода обработки массива мгновенных значений ВИУСКВ для получения её зависимости от угла поворота КВ и метрологическая оценка способов диагностирования МГР.

Измерение мгновенных значений угловой скорости осуществляли электронным цифровым устройством - УДД, созданного сотрудниками СГТУ (а.с. №515955) с преобразователем угловых перемещений КВ ВЕ-178А. Устройство измеряет 1024 значения угловых скоростей КВ, что позволяет в зависимости от шага квантования угловых интервалов Л(р= 0,7°... 2,8° п.к.в. получать диаграммы ВИУСКВ за 1.. .9 кинематических циклов.

Погрешность измерения мгновенных значений угловой скорости, оценку стационарности и стабильности её изменения в последовательных циклах прокрутки ДВС определяли экспериментально с использованием устройства УДД по известной методике. Стационарность оценивалась по многовыборочному критерию Кокрена, а стабильность - коэффициентом вариации одноименных значений угловых скоростей и отношением дисперсий всей совокупности значений за 3, 5 и 7 циклов к средней дисперсии одноименных значений на конкретном скоростном режиме прокрутки ДВС.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, предусмотренных программой, а также метрологические показатели способов диагностирования ДВС по показателям ВИУСКВ.

По результатам обработки данных микрометрирования износа кулачков распределительного вала двигателей 44 9,2/9,2, 44 7,6/8,0 и 44 8,2/7,1, эксплуатирующихся в городе Саратове и области, установлена экспоненциальная зависимость износа профиля кулачков РВ (по высоте) от пробега Ь

5 = 50-е"г- (8)

где 5 - текущее значение износа профиля кулачка; Бо- значение износа кулачка после этапа приработки (5... 10 тыс. км); Ь - коэффициент интенсификации изнашивания.

Указанная зависимость хорошо согласуется с физическими процессами изнашивания данного сопряжения МГР. На первом после этапа приработки достаточно продолжительном периоде эксплуатации (до 80 тыс. км и более) интенсивность изнашивания кулачков увеличивается, при этом износ кулачков впускных клапанов возрастает по более пологой кривой, чем выпускных (рис. 2). Отмечено, что в этот период увеличивается и неравномерность изнашивания как между одноимёнными кулачками на РВ, так и между их совокупностью в группах выпускных и впускных кулачков. На втором этапе

эксплуатации (после 90 тыс. км) рост интенсивности изнашивания кулачков по пробегу имеет тенденцию к некоторому замедлению.

В соответствии с зависимостью (8) установлена рекомендуемая периодичность диагностирования МГР (проверки тепловых зазоров) двигателей ЗМЗ и ВАЗ, равная 25 тыс. км при пробеге автомобилей до 90 тыс. км и 15 тыс. км - при пробегах свыше 90 тыс. км.

Значения мощности механических

потерь N ДВС, затрачиваемой стартером на прокручивание КВ с приводом МГР и при его отключении в соответствии с (3), определялись по диаграммам ВИУСКВ - показателям средней угловой скорости Ш и ускорения е КВ на участке нарастания (разгона) угловой скорости, соответствующего периоду осуществления такта расширения в одном из цилиндров (пат. РФ №2328713).

Косвенно N контролировалась устройством КИ-11400 по значению затраченной электрической мощности стартером на прокручивание ДВС с приводом МГР и при его отключении.

В результате экспериментальных исследований установлен норматив на диагностический параметр общего диагностирования МГР - значение составляющей механических потерь на привод МГР - N = 50 ± 10 Вт.

В соответствии с принятой программой выполнены эксперименты с различным техническим состоянием МГР, определены диагностические параметры и их нормативные значения для поэлементного диагностирования. Типичная диаграмма ВИУСКВ при прокручивании стартером СТ-230Б декомпрессированного ДВС 449,2/9,2 с технически исправным МГР изображена на рис. 3. Из рис. 3 видно, что характер изменения угловой скорости за период работы каждого цилиндра идентичен на протяжении цикла прокрутки ДВС.

Любое отклонение технического состояния элементов МГР от нормативных значений сказывается на изменении угловой скорости со по углу поворота КВ. Например, на рис. 4 показана диаграмма ВИУСКВ с уменьшенным зазором впускного клапана четвертого цилиндра ДВС. В данном случае в интервале угла поворота 2л...3тс, при котором осуществляется такт впуска в 4-м цилиндре, из-за увеличения давления в зоне контакта кулачка с коромыслом и, соответственно, момента сопротивления, происходит заметное снижение угловой скорости. При этом значение фазового положения экс-

50 70 80 90 1,1ЫС.КЛ{ НО

Рис. 2. Зависимость износа 5 кулачков РВ двигателей 44 7,6/8,0 от пробега V. 1,2- соответственно выпускных и впускных клапанов

тремума (рат¡n уменьшилось до 106,8° п.к.в. против нормативных 115 ± 3,0°, а амплитуда Ат по аппроксимирующей кривой возросла до 1,50 рад/с (норматив А в, = 1,2±0,2 рад/с), по действительным значениям угловых скоростей диаграммы амплитуда Аш- 1,80 рад/с.

Рис. 3. Изменение угловой скорости о> по углу <? поворота КВ при прокручивании декомпрессированного ДВС 44 9,2/9,2 с технически исправным МГР: А, А - значения амплитуд экстремумов угловой скорости КВ соответственно по аппроксимирующей зависимости и действительных их мгновенных значений; Й01шп - фазовые значения экстремумов минимальной угловой скорости;

1...1У - номера цилиндров по порядку их работы

Особенностью диаграмм ВИУСКВ, полученных при прокручивании декомпрессированного ДВС стартером, является то, что они представляют собой цепь «пилообразных» колебаний угловой скорости относительно реальных её значений. Причина - динамическое взаимодействие сопряжения шестерни стартера, имеющей 9 зубьев, с зубчатым венцом маховика двигателя (каждое такое «пилообразное» колебание содержит 9 значений мгновенных угловых скоростей, см. рис. 3,4).

Для повышения точности использования диагностической информации разработан алгоритм аппроксимации диаграмм ВИУСКВ (рис. 3, 4), основанный на устранении случайных и систематических погрешностей измерения мгновенных значений угловой скорости с помощью специальных методов математического анализа.

Выполненный метрологический анализ показал, что абсолютная погрешность определе-

Рис. 4. Изменение угловой скорости со по углу <р поворота КВ при прокручивании декомпрессированного двигателя 44 9,2/9,2 с уменьшенным зазором впускного клапана 4-го цилиндра (интервал 2к...3к)

ния диагностических параметров МГР 4-цилиндровых ДВС не превышает 2%.

В пятой главе дана технико-экономическая оценка внедрения разработанных способов общего и поэлементного диагностирования МГР ДВС.

Годовой экономический эффект составил около 1500 руб. на один автомобиль (ВАЗ, ГАЗ): от экономии топлива - 1470 руб.; от снижения затрат на диагностирование - 31 руб.; от снижения концентрации оксида углерода СО, углеводородов СпНт и окислов азота N0* в отработавших газах - 7 руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе выполненного исследования решена новая научно-практическая задача повышения эффективности эксплуатации двигателей внутреннего сгорания путем теоретического обоснования и практической реализации способа и алгоритма диагностирования МГР ДВС по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала. По сравнению с существующими разработанный способ более технологичен, позволяет конкретизировать неисправности по отдельным элементам и звеньям МГР.

2. Аналитически обоснованы и экспериментально определены параметры экспоненциальной зависимости износа элементов МГР ДВС в процессе эксплуатации.

3. Теоретически обоснованы способы общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала в режиме прокручивания декомпрессированного ДВС стартером.

4. Усовершенствована методика и разработан алгоритм обработки массива внутрицикловых значений угловых скоростей коленчатого вала в режиме прокручивания декомпрессированного ДВС стартером для количественной оценки диагностических параметров технического состояния МГР.

Метрологическая проработка всех звеньев цепи «МГР - датчик угловых перемещений - диагностическое устройство», которые определяют точность и достоверность предлагаемого способа, показала:

- относительная погрешность определения значения составляющей мощ-ности ЫМР механических потерь на прокручивание МГР не превышает 2%, что в 1,2... 1,5 раза точнее всех известных методов её определения;

- абсолютная погрешность определения фазовых положений экстремумов внутрицикловых значений угловых скоростей коленчатого вала находится в пределах ± 1,5°;

- абсолютная погрешность определения мгновенных значений угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота не превышает 0,01 рад/с.

5. Разработаны алгоритм, устройство, диагностические нормативы, режимы общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР двигателей 44 9,2/9,2. При тепловом состоянии I = 25 ± 5°С в режиме прокручивания декомпрессированного двигателя стартером в диапазоне средней угловой скорости 14.. .20 рад/с диагностическими нормативами являются:

при общем диагностировании - значение доли составляющей мощности механических потерь на привод МГР - 50 ± 10 Вт; при поэлементном диагностировании - значения:

амплитуд внутрицикловых колебаний угловой скорости коленчатого вала Аы - 1,2 ± 0,2 рад/с;

фазовых положений экстремумов внутрицикловых значений минимальных угловых скоростей - <р^тin= 115 ± 3,0° п.к.в.

6. Использование разработанных способов в качестве встроенных средств диагностирования обеспечивает контроль технического состояния МГР и поддержание нормативных технико-эксплуатационных показателей работы ДВС в процессе эксплуатации. Экономический эффект от внедрения способов и средства диагностирования МГР ДВС составил 1500 руб. на один автомобиль.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Из перечня ВАК России

1. Гребенников С. А. Изменение технического состояния и способ диагностирования элементов механизма газораспределения ДВС / С. А. Гребенников, М.Г.Петров, А. С. Гребенников // Автомобильная промышленность. - 2011. - № 9. - С. 25-30.

2. Гребенников С. А. Повышение точности диагностирования механизма газораспределения ДВС по внутрицикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала / С. А. Гребенников, М. Г. Петров, А. С. Гребенников// Вестник Саратовского государственного технического университета.-2011.-№ l.-Вып. 1.-С.49-55.

3. Гребенников С. А. Снижение погрешности определения внутрицикловых значений угловой скорости коленчатого вала при диагностировании двигателей внутреннего сгорания / С. А. Гребенников, М. Г. Петров, А. С. Гребенников // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 2. - Вып. 1. - С. 127-133.

В прочих гаданиях

4. Гребенников А. С. Адаптивное управление нормативами технической эксплуатации автомобилей / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, М. Г. Петров, В. В. Фокин // Информационные технологии, системы и приборы в АПК t Ч. 1: материалы 4-й Междунар. науч,-практ. конф. «АГРОИНФО-2009» Рос. акад. с.-х. наук Сиб. отд-ние, Сиб. Физико-техн. ин-т аграр. проблем. - Новосибирск, 2009. - С. 342-350.

5. Гребенников А. С. Адаптивное управление работой двигателя внутреннего сгорания / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, М. Г. Петров, В. В. Фокин // Проблемы управления, передачи и обработки информации - АТМ-ТКИ-50: сб. тр. Междунар. науч. конф. / Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - С. 89-93.

6. Гребенников А. С. Влияние условий эксплуатации на ресурс и неравномерность изменения технического состояния одноименных элементов ДВС / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, М. Г. Петров, В. В. Фокин // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф. 18-20 мая 2010 г. Ч. 1. - Пенза: ПГУАС, 2010.-С. 125-132.

7. Гребенников А. С. Использование показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при адаптнвном управлении работой ДВС / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М. Г. Петров, Д. В. Федоров // Технологические и организационные проблемы сервиса машин и пути их решения: сб. науч. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. -С. 65-71.

8. Гребенников А. С. Методика экспериментального определения составляющих суммарного момента механических потерь ДВС / А. С. Гребенников, М. Г. Петров // Совершенство-

ваше технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 31-34.

9. Гребенников А. С. Системы диагностирования и адаптивного управления техническим состоянием элементов автомобиля по внутрицикловым изменениям угловой скорости вращающихся элементов / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, А. В. Никитин, М. Г. Петров, Д. В. Федоров // VI Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. 4.1. -Саратов: Сарат. гос. аграрн. ун-т, 2011. - С. 231-232.

Ю.Гребенников С. А. Диагностирование газораспределительного механизма по внутри-цикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала / С. А. Гребенников, М.Г. Петров,

A. В. Никитин // Информационные технологии, системы и приборы в АПК / 4.1: материалы 4-й Междунар. науч.-пракг. конф. «АГРОИНФО-2009» Рос. акад. с.-х. паук Сиб. отд-ние, Сиб. Физико-техн. ин-т аграр. проблем. - Новосибирск, 2009. - С. 364-367.

И.Гребенников С. А. Изменение технического состояния одноименных элементов ЦПГ, ГРМ и их диагностика / С. А. Гребенников, А. С. Капкин, М. Г. Петров // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. - С. 68-74.

12. Гребенников С. А. Определение составляющей мощности механических потерь от работы газораспределительного механизма ДВС / С. А. Гребенников, М. Г. Петров // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф. 18-20 мая 2010 г. Ч. 1. - Пенза: ПГУАС, 2010. - С. 122-125.

13.Пат. РФ 2386941, МКИ С 01 М 15/04. Способ определения составляющих суммарного момента механических потерь ДВС / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, М. Г. Петров,

B.В. Фокин, А. В. Косарева - 2010. Бюл. №11.

14.Петров М. Г. Изменение технического состояния механизма газораспределения двигателя и его диагностирование / М. Г. Петров // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК «ЛЭРЭП-2-2007»): сб. науч. тр. по матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Т. 3. - Саратов, 2007. - С. 121-125.

Личный вклад автора в публикациях. Во всех работах [1-14] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, разработке программы и методик экспериментальных исследований, обсуждении полученных результатов. В статьях [4-7, 9] автором излагаются преимущества и перспективность разработки нового способа определения технического состояния МГР, сформулированы цель и задачи исследования. В работе [14] автором лично изложены результаты экспериментальных исследований изменения технического состояния элементов МГР ДВС процессе эксплуатации, вошедшие в основные выводы диссертации. В статьях [2, 3] автором на основе анализа экспериментальных данных приведено обоснование необходимой точности определения численных значений механических потерь в ДВС. В создании изобретения [13] и публикации основных результатов практического использования разработанного способа [1,8,10-12] участие авторов оценено в равных долях.

Подписано в печать 10.10.11 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 0,93(1,0) Уч.-изд. л. 0,9

Тираж 100 экз. Заказ 258 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: irdat@sstu.ru

61 12-5/1196

САРАТОВСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИМ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПЕТРОВ МАКСИМ ГЕННАДЬЕВИЧ

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ВНУТРИЦИКЛОВЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Специальность 05.22Л0 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, доцент Гребенников А.С.

Саратов - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................... 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..... 11

1.1. Изменение технического состояния МГР ДВС в процессе эксплуатации................................................... 11

1.2. Анализ методов и средств диагностирования МГР ДВС............ 21

1.3. Методика обработки и оценочные показатели внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при диагностировании ДВС ... 32

1.4. Выводы, цель и задачи исследования........................... 37

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МГР ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ВНУТРИЦИКЛОВЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.................... 40

2.1. Теоретические предпосылки использования показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала для диагностирования МГР ДВС...................................... 40

2.2. Теоретическое обоснование способа диагностирования элементов МГР по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала................................................ 44

2.2.1. Обоснование способа диагностирования общего технического состояния МГР............................................................................................44

2.2.2. Обоснование поэлементного способа диагностирования технического состояния МГР..................................... 49

2.3. Выводы.................................................... 56

3. МЕТОДИКА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ............................................ 57

3.1. Программа и оборудование для экспериментальных исследований . . 57 3.1.1. Устройство для измерения мгновенных значений угловой скорости коленчатого вала ДВС........................................... 62

3.2. Методика экспериментальных исследований..........................................65

3.3. Методика обработки результатов исследования....................................72

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..............77

4.1. Зависимость износа элементов МГР в процессе эксплуатации............77

4.2. Определение значения составляющей мощности механических

потерь ДВС на привод МГР........................................................................84

4.3. Зависимости угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота при прокручивании декомпрессированного двигателя стартером от технического состояния МГР ..................................... ^

4.4. Метрологическая оценка способа диагностирования МГР по параметрам внутрицикловых значений угловой скорости коленчатого

вала на режиме прокрутки декомпрессированного ДВС............... 92

4.4.1. Оценка погрешности измерительной системы, реализующей

способ общего диагностирования технического состояния МГР ДВС ... 92

4.4.2. Оценка погрешности измерительной системы, реализующей способ поэлементного диагностирования технического состояния МГР

ДВС.......................................................... 98

4.5. Выводы.................................................... 100

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ............................................................................................102

5.1. Нормативы и технология диагностирования МГР ДВС........... . 102

5.2. Экономическая эффективность результатов исследования..................105

5.3. Выводы........................................................................................................108

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................................109

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ...................................111

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Эффективность, надежность и экологичность использования автотранспортных средств, а также их технико-эксплуатационные показатели во многом зависят от технического состояния двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Механизм газораспределения (МГР) современного автотракторного двигателя является одним из ключевых устройств, функциональное назначение и конструкция которого во многом предопределяют технический уровень и потребительские свойства ДВС.

Без процесса газообмена работа двигателя внутреннего сгорания невозможна. Механизмы управления процессами газообмена в современных ДВС выполняют более широкие функции и, в частности, все в большей степени участвуют в формировании внешней скоростной характеристики (оптимизация наполнения на нескольких режимах или во всем рабочем диапазоне частот вращения коленчатого вала) и управлении нагрузочными режимами его работы (регулирование мощности двигателя). Функции управления работой двигателя МГР приобретает при использовании в его конструкции устройств управления фазами газораспределения и регулирования высоты подъема клапанов.

Работа МГР осуществляется в условиях высоких динамических нагрузок, тепловых и коррозионных воздействий. На долю элементов МГР приходится более 25% отказов и неисправностей, свыше 7% суммарной трудоёмкости технического обслуживания и ремонта ДВС [14, 20, 23, 30, 47, 50].

Эффективность работы МГР определяется износостойкостью деталей и неразрывностью их кинематических связей, герметичностью сопряжений «седло-клапан», параметрами «время-сечение» клапанов и мощностью,

затрачиваемой на его привод.

Из-за потери герметичности клапанного механизма и нарушений, связанных с уменьшением «времени - сечения» клапанов, топливная экономичность и мощность двигателя может снижаться до 7... 10%. Однако существующие методы определения технического состояния МГР трудоёмки,

требуют частичной разборки ДВС и не являются универсальными по принципу действия применительно к другим диагностируемым механизмам и системам двигателя. При этом современный подход к поддержанию работоспособности и управлению техническим состоянием элементов автомобилей в эксплуатации требует сочетания технологий традиционной планово-предупредительной системы технического обслуживания (ТО) и ремонта с индивидуальным реагированием на динамику изменения технического состояния каждого из них по результатам диагностирования в процессе выполнения транспортной работы автомобилем.

Опыт работы многих АТП и СТО свидетельствует [24, 51, 52, 82], что при планомерном диагностировании автомобилей их техническая готовность повышается на 3...5%, ресурс ДВС - на 15...20%, сокращаются затраты и расход запасных частей на 8... 12%, топливо-смазочных материалов на 8%. Соответственно уменьшаются экологический ущерб от эксплуатации автомобильного транспорта и трудовые затраты на ТО и ремонт, повышается культура труда ремонтно-технического персонала.

Дальнейшее совершенствование методов и средств диагностирования двигателей в условиях АТП и СТО целесообразно проводить в следующих направлениях [30]:

- повышения точности и расширения области использования существующих средств диагностирования;

- сокращения трудоемкости диагностирования за счет уменьшения числа датчиков и диагностических параметров, повышения контролепригодности ДВС и других элементов автомобиля;

- создания универсальных, бортовых (встроенных) средств диагностирования с автоматизацией процесса обработки диагностической информации.

Не зависимо от достоинств первых вариантов наиболее предпочтительным на современном этапе развития автомобильного транспорта считается последний.

Большой вклад в развитие технической диагностики вносят научно-исследовательские центры, предприятия и высшие учебные заведения: НИИАТ, ГОСНИТИ, ОАО «АвтоВАЗ», «АМО-ЗИЛ», «ГАЗ» «КамАЗ», МАДИ(ТУ), СибФТИ, СибИМЭ, СГТУ, С-ПбГАУ, ЮУрГУ и другие.

Решению теоретических, практических задач технической диагностики на автомобильном транспорте и поставленным вопросам в представленном исследовании посвящены работы отечественных и зарубежных ученых Авдонькина Ф.Н., Аринина И.Н., Болдина А.П., Васильева A.B., Григорьева Е.А., Говорущенко Н.Я., Гурвич И.Б., Денисова A.C., Добролюбова И.П., Ждановского Н.С., Крамаренко Г.В., Корчемный Л.В., Кузнецова Е.С., Левина М.И., Лившица В.М., Михлина В.М., Мороза С.М., Мирошникова Л.В., Николаенко A.B., Отставнова A.A., Пинского Ф.И., Ревина A.A., Сергеева А.Г., Серова A.B., Харазова A.M., Ютта В.Е., Фламиша О., Akiba К., Assanis D.N., Polishalc М., Mauer G. F., Toshikazu J., Hideki О. и других. Результаты их научной и практической деятельности нашли отражение в современных взглядах и подходах к дальнейшему развитию диагностики и управлению технической эксплуатацией автомобилей.

Анализ существующих технологий, методов и средств диагностирования и испытания ДВС без использования тормозных стендов, основанных на измерении показателей внутрицикловой неравномерности угловой скорости коленчатого вала, показал, что имеются возможности дальнейшего их развития. В частности, можно значительно повысить точность определения составляющих мощности механических потерь ДВС, по значению которых судят о техническом состоянии МГР, кривошипно-шатунного механизма (КТТТМ) с цилиндропоршневой группой (ЦПГ), определяющих эффективность работы двигателя в процессе эксплуатации.

Значение составляющей мощности механических потерь, затрачиваемой на привод МГР, представляет интерес и на стадии проектирования ДВС. Возможный конструктивно-технологический резерв её снижения оценивается в 5...20%, что требует высокой точности её измерения, так как по относительной

величине она не превышает 3... 10% от суммарной мощности потерь на трение в ДВС [33, 35].

По этим причинам разработка нового способа и технологии диагностирования технического состояния МГР являются актуальными задачами повышения эффективности использования ДВС.

Исследование выполнено в соответствии с планами НИР Саратовского государственного технического университета (СГТУ) 12В.01 «Разработка научных основ технологий обеспечения работоспособности автотранспортных средств и других машин» по созданию универсальных способов бесстендового диагностирования систем и механизмов ДВС, а также фундаментального научного направления «Разработка теоретических основ адаптивного управления ДВС по внутрицикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала» (НИР «СГТУ - 234 - 2008»).

Цель работы. Повышение эффективности эксплуатации двигателей внутреннего сгорания путем разработки способа и технологии диагностирования МГР по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала.

Объект исследований. Двигатель 44 9,2/9,2 (ЗМЗ 4021.10) автомобилей Горьковского и Ульяновского автомобильных заводов.

Предметом исследований являются взаимосвязь технического состояния МГР и показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала в режиме прокручивания декомпрессированного ДВС стартером.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании способа общего и поэлементного диагностирования МГР по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала в режиме прокручивания декомпрессированного двигателя стартером.

В результате выполненных исследований:

- получена зависимость износа кулачков распределительного вала ДВС от пробега;

- определено значение составляющей момента механических потерь на привод МГР ДВС;

- разработана методика обработки массива мгновенных значений внутрицикловых угловых скоростей коленчатого вала и определены ее зависимости от технического состояния элементов МГР при прокручивании декомпрессированного двигателя стартером;

- осуществлена метрологическая проработка точности способа и устройства диагностирования МГР и определены нормативы, режимы и технология диагностирования элементов МГР двигателя по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при прокручивании декомпрессированного двигателя стартером.

В процессе работы над темой получен патент РФ № 2386941 на изобретение «Способ определения составляющих суммарного момента механических потерь двигателя внутреннего сгорания» и подана заявка № 2011105673 от 15.02.2011 г. на изобретение «Способ диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания» (Приложение 1).

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений динамики ДВС, технической эксплуатации автомобилей, теоретической механики, аппарата дифференциальных уравнений, надежности, математической статистики и моделирования. Эксплуатационные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях как с использованием общепринятых методик, оборудования и приборов, так и разработанных лично автором или с его участием.

Достоверность научных положений работы обуславливаются использованием фундаментальной теории динамики ДВС, обоснованностью принятых допущений при разработке расчетных моделей и высокой сходимостью экспериментальных результатов с аналитическими исследованиями, а также сравнительным анализом полученных результатов с данными других авторов.

Практическая ценность работы состоит в разработке устройства и технологии диагностирования элементов МГР автомобильных двигателей по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала.

Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы при доводочных и сравнительных испытаниях новых конструкций ДВС, совершенствовании поэлементных методов диагностирования элементов системы «ДВС - трансмиссия» транспортной техники, а также при разработке адаптивных систем автоматического управления работой ДВС (САУД).

На основе выполненных исследований разработаны методические материалы для обеспечения лекционных и лабораторных занятий при подготовке инженеров-механиков автомобильного транспорта.

На защиту выносятся:

- зависимость износа элементов МГР в процессе эксплуатации;

- теоретическое обоснование способов общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по изменению угловой скорости коленчатого вала в режиме прокручивания ДВС стартером;

- результаты аналитических и экспериментальных исследований зависимости угловой скорости коленчатого вала в режиме прокручивания ДВС стартером от технического состояния элементов МГР;

методика обработки массива мгновенных значений угловых скоростей коленчатого вала по углу его поворота, нормативы, технология, метрологические характеристики способа и устройства диагностирования элементов МГР ДВС;

- технико-экономическая оценка результатов исследования.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты

доложены и получили одобрение на:

- международной научно-практической конференции «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК ЛЭРЭП)» (Саратов, СГТУ, 2007);

- международной научной конференции «Проблемы управления, передачи и обработки информации (АТМ-ТКИ-50)» (Саратов, СГТУ, 2009);

- международной научно-практической конференции «Информационные технологии, системы и приборы в АПК (АГРОИНФО-2009)» (Новосибирск, ГНУ СибФТИ, 2009);

- VI Международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, ПГУАС, 2010);

- ежегодном постоянно действующем межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, СГАУ, 2008...2010);

- VI Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, СГАУ, 2011);

- ежегодной научно-технической конференции ВолгГТУ (Волгоград, 2011);

- ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2007...2011).

Диссертационная работа заслушивалась на расширенном заседании кафедр "Автомобили и двигатели" и "Автомобили и автомобильное хозяйство" СГТУ в 2011 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в изданиях из списка ВАК и 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Содержит 124 страницы машинописного текста, 7 таблиц и 36 рисунков. Список использованной литературы включает 132 наименования, из них 15 - на иностранном языке.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Изменение технического состояния МГР ДВС в процессе эксплуатации

Механизм газораспределения (МГР) современного автотракторного ДВС определяет качество процессов газообмена и является одним из ключевых устройств, функциональное назначение и конструкция которого во многом предопределяют технический уровень и потребительские свойства ДВС. На долю МГР приходится более 25% отказов и неисправностей, свыше 7% суммарной трудоёмкости технического обслуживания и ремонта ДВС [14, 20, 30].

Работа элементов МГР осуществляется в условиях высоких динамических нагрузок, т�