автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Повышение точности диагностирования механизма газораспределения ДВС динамическим методом

На правах рукописи

Федоров Дмитрий Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС ДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2014

005551667

005551667

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Гребенников Александр Сергеевич.

Официальные оппоненты: Загородских Борис Павлович,

доктор технических наук, профессор Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», кафедра «Технология машиностроения и конструкционных материалов», профессор;

Сергеев Александр Павлович, кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный аграрный университет, кафедра «Тракторы, автомобили и теплотехника», заведующий кафедрой.

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Защита состоится «27» июня 2014 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 212.028.03, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета, по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.rn по ссылке http://www.vstu.nj/nauka/disscrtatsionnyc-sovcty/d-21202803.html.

Автореферат разослан « » мая 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

Ляшснко Михаил Вольфредович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В отрасли автомобильного транспорта актуальными считаются решения научных и практических задач, направленных на повышение эффективности эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в том числе работающих на альтернативных видах топлива, снижение затрат на их техническое обслуживание (ТО) и ремонт за счет совершенствования методов и средств их диагностирования.

Анализ известных способов диагностирования механизма газораспределения (МГР) показал, что у них недостаточная точность, некоторые из них трудоёмки, требуют частичной разборки ДВС и не являются универсальными по принципу действия применительно к другим элементам двигателя.

Перспективным к совершенствованию является способ диагностирования МГР, основанный на динамическом методе испытания ДВС, предусматривающий анализ показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала (ВИУСКВ) при прокручивании коленчатого вала декомпрессированного двигателя стартером. Основные его недостатки: существенная погрешность определения значений диагностических параметров из-за повышенных частот и амплитуд колебаний угловой скорости коленчатого вала, вызванных динамическим взаимодействием зубьев шестерни стартера с зубьями венна маховика ДВС при его прокручивании; включает операции частичной разборки привода МГР. В связи с этим разработка более достоверного способа диагностирования технического состояния МГР динамическим методом является актуальной задачей.

Исследование выполнено в соответствии с программой НИР Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. на 2012-2014 гг. по фундаментальному направлению «Научные основы формирования автосервисных потребностей по изменению технического состояния элементов автомобиля на различных этапах жизненного цикла» (СГТУ - 16, № госрегистрации - 01201252754) в части разработки динамических методов диагностирования элементов «ДВС — трансмиссия».

Степень разработанности темы исследования. Исследования в области расширения возможностей использования динамического метода, основанного на принципе Даламбера (авт. св-во СССР №243999, СибИМЭ), для диагностирования элементов системы «ДВС - трансмиссия» ведутся в научных и образовательных учреждениях ГОСНИТИ, СибФТИ, СибИМЭ, МАДИ, НГАУ, ПГСХА, ПГУАС, СПбГАУ, ряде зарубежных стран. Ими разработаны способы и средства испытания, диагностирования ДВС для многих его систем и механизмов, однако работ по МГР автором не выявлено.

Цель работы - повышение точности и оперативности способа диагностирования элементов МГР ДВС динамическим методом за счет использования новых режимов его осуществления.

Задачи исследования:

- по результатам статистических данных определить зависимости износа основных элементов МГР от пробега для двигателей одного типа при работе на традиционном нефтяном топливе (бензине) и газомоторном;

- теоретически обосновать способы:

- общего диагностирования технического состояния МГР ДВС по показателям ВИУСКВ при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и поэлементного диагностирования МГР при работе ДВС на одном цилиндре с декомпрессированными остальными;

- разработать устройство, режимы, нормативы для реализации предложенного способа диагностирования МГР и определить его метрологические характеристики;

- оценить экономическую эффективность результатов исследования.

Научная новнзна состоит в теоретическом обосновании причинно-

следственных связей технического состояния элементов МГР с показателями ВИУСКВ при работе ДВС на холостом ходу в режиме частичного выбега с отключенным одним цилиндром и при работе на одном цилиндре с декомпрессированными остальными.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических положений и математических моделей оценки технического состояния элементов и механизмов ДВС при его работе в режиме частичного выбега с частью отключенных или декомпрессированных цилиндров.

Практическая значимость работы состоит: в разработке устройства, нормативов и алгоритма диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ; рекомендаций по корректированию периодичности диагностирования МГР бензиновых двигателей, переоборудованных под использование газомоторного топлива.

Методы исследования. Аналитические исследования выполнены с использованием теорий надежности и диагностики автомобилей, основных положений динамики ДВС, теоретической механики, математической статистики и моделирования. Эксплуатационные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях с использованием общепринятых методик, оборудования, а также разработанных автором или с его участием.

Положения, выносимые на защиту:

- зависимости и показатели неравномерности износа элементов МГР в процессе эксплуатации при работе ДВС на бензине и газомоторном топливе;

- теоретическое обоснование способов общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по показателям ВИУСКВ

4

при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и режиме работы ДВС на одном цилиндре при декомпрессированных остальных;

- результаты экспериментальных исследований взаимосвязи ВИУСКВ и технического состояния элементов МГР при работе двигателя на холостом ходу: с отключенным одним цилиндром; на одном цилиндре при декомпрессированных остальных;

- устройство, режимы, нормативы диагностирования МГР, реализующие предложенный способ, и его метрологические характеристики;

- технико-экономическая оценка результатов исследования.

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

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и одобрены на международных: НПК «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности» (Саратов, СГТУ, 2011); МНПК «Информационные технологии, системы и приборы в АПК» (Новосибирск, ГНУ СибФТИ, 2012); 70, 71 и 72 МНМиНИК «Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта» (МАДИ(ТУ) 2012...2014); VII МНТК «Проблемы качества и эксплуатации АТС» (Пенза, ПГУАС, 2012); МНПК «Прогрессивные методы обеспечения работоспособности транспортно-технологических средств, организации автотранспортных услуг и дизайна современных автомобилей» (СГТУ, 2013); ежегодном межгосударственном научно-техническом семинаре им. Михайлова В.В. «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, СГАУ, 2011...2013); VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (СГАУ, 2011); 49-й НТК ВолгГТУ (Волгоград, 2011); НТК СГТУ (Саратов, 2010...2013).

Работа в целом заслушивалась на заседаниях кафедр «Автомобили и автомобильное хозяйство» и «Автомобили и двигатели» СГТУ, 2014 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 5 статей в изданиях ВАК; получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Содержит 145 страниц текста, 7 таблиц и 55 рисунков. Библиографический список включает 147 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель исследования, приведены ее краткая характеристика, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту, и результаты апробации.

В первой главе рассмотрены закономерности изменения технического состояния сопряжений МГР ДВС, причины неравномерного износа одноименных его элементов, проведен анализ способов и средств диагностирования МГР ДВС, обоснована необходимость совершенствования динамического метода диагностирования МГР, поставлены цель и задачи исследования.

Отмечено, что изменение технического состояния элементов МГР при работе ДВС на традиционном топливе и газовых смесях по интенсивности изнашивания клапанных сопряжений различается. Износ деталей МГР в процессе эксплуатации двигателя ухудшает мощностные, экономические и экологические показатели его работы. Статистика свидетельствуют о значимой неравномерности износа профилей кулачков распределительного вала (PB) и изменении фаз газораспределения в процессе эксплуатации, что затрудняет планирование профилактических работ по предупреждению отказов и неисправностей МГР в рамках планово-предупредительной системы ТО и ремонта. Необходимы разработки более точных методов и средств диагностирования элементов МГР, способных определить неравномерность их состояний.

Решению теоретических и практических задач технической диагностики на автомобильном транспорте посвящены работы ученых Авдоньки-на Ф.Н., Альта В.В., Аринина И.Н., Болдина А.П., Васильева A.B., Гребенникова A.C., Григорьева Е.А., Гурвича И.Б., Говорущенко Н.Я., Зманов-ского В.А., Добролюбова И.П., Ждановского Н.С., Корчемного JI.B., Кузнецова Е.С., Левина М.И., Лившица В.М., Михлина В.М., Мороза С.М., Мирошникова Л.В., Николаенко A.B., Отставнова A.A., Родионова Ю.В., Савченко О.Ф., Пинского Ф.И., Подкопаева C.B., Тимохина C.B., Уханова А.П., Харазова A.M., Федотова А.И., Фламиша О., Akiba К., Assanis D.N., Polishak M., Mauer G. F., Tounsi M., Toshikazu J., Hideki О. и других. Результаты их деятельности отражены в современных подходах к развитию диагностики, методам управления технической эксплуатацией автомобилей.

Системный анализ состояния вопроса с учетом сравнения показателей информативности, оперативности и относительной стоимости известных способов и средств диагностирования МГР ДВС показал недостаточную их эффективность при оценке технического состояния кулачков PB и нарушенных фаз газораспределения.

На основе анализа, включающего патентный поиск, отмечена перспективность совершенствования способа поэлементного диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ при прокручивании декомпрессированного двигателя стартером (пат. РФ № 2386941, СГТУ). Этому способу присущи следующие недостатки. Во-первых, составляющая механических потерь на привод МГР определяется по разности значений моментов механических потерь ДВС, полученных с работой привода МГР, а затем -с отключенным. Для некоторых двигателей отключение привода МГР представляет определённую сложность и включает операции частичной

б

разборки ДВС. Во-вторых, из-за повышенных частот и амплитуд колебаний ВИУСКВ, вызванных динамическим взаимодействием зубьев шестерни стартера с зубьями венца маховика при прокручивании ДВС и изменяющимся их техническим состоянием в процессе эксплуатации, возникают погрешности определения значений диагностических параметров.

В предлагаемом способе достижение поставленной цели - повышение оперативности диагностирования элементов МГР ДВС осуществлено исключением операции отключения привода, а повышение его точности - использованием режима работы двигателя на одном цилиндре с декомпрессированными остальными. В результате естественного вращения КВ при частичном выбеге измеренные значения ВИУСКВ имеют меньшую в 1,6...2 раза амплитуду колебаний, по которым точнее определяются диагностические параметры, характеризующие техническое состояние элементов МГР.

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

Теоретической основой выбора в качестве диагностических параметров технического состояния одноименных звеньев МГР показателей ВИУСКВ служит её зависимость от момента сопротивления Ммп> на последовательное прокручивание различных звеньев клапанного механизма в пределах кинематического цикла ДВС (двух оборотов КВ или одного на РВ). С учетом «углов перекрытия» клапаны конкретных цилиндров полностью открываются только на двух тактах - впуске и выпуске. На большей части угла поворота коленчатого вала (п.к.в.), относящихся к периодам осуществления тактов расширения или сжатия, они закрыты. Для 4-цилиндровых ДВС в каждом угловом интервале п.к.в., равном л, осуществляются одновременно такты выпуска и впуска в двух различных цилиндрах, в которых соответствующие клапаны открываются, преодолевая усилия клапанных пружин. Следовательно, значения моментов механических потерь Ммгр, затрачиваемых на привод МГР в этих интервалах углов п.к.в., формируются силами сопротивления от работы звеньев двух конкретных открываемых клапанных механизмов и отражают их техническое состояние в суммарном моменте механических потерь М ДВС.

Поскольку неисправности МГР могут быть связаны с нарушенной герметичностью надпоршневого пространства цилиндров ДВС, изначально определяют значения компрессии в цилиндрах любым известным способом, в том числе, например, по показателям ВИУСКВ в соответствии с авт. свидетельством №1267199 (СГТУ).

Если компрессионные свойства одинаковые, то об общем техническом состоянии МГР судят по неравномерности значений мощности механических потерь (Ммех) в соответствии со способом, защищенным патентом РФ №2454643. Способ предусматривает тестовое воздействие на двигатель, заключающееся в кратковременном отключении одного цилиндра из работы, которое необходимо, во-первых, чтобы на измеряемое значение

7

N„ex не влияла присущая ДВС неравномерность рабочих процессов в цилиндрах; во-вторых, для повышения удельного веса мощности, затрачиваемой на привод работающих в этот период звеньев МГР.

В отсутствие воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре на интервале угла п.к.в., соответствующем такту расширения (на рис. 1 - в отключенном IV цилиндре), КВ осуществляет «выбег». При этом запасенная кинетическая энергия от приведенного момента инерции J вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя расходуется на преодоление механических потерь

dco

(i)

dco

- замедление угловой скорости коленчатого вала; ш- значение

= -J ■

где е =

d г

средней угловой скорости п.к.в., в котором определено ускорение е.

Выбранный тестовый режим частичного выбега с отключенным одним цилиндром позволяет повысить точность регистрации Ымех потерь по значениям ВИУСКВ на угловом интервале к.. ,3л (рис. 1). Этот интервал соответствует окончанию такта расширения в работающем II и отсутствию рабочего процесса в отключенном IV цилиндрах. Значение мощности механических потерь ДВС при этом будет определяться в соответствии (1)

=J ■т.,

dco,, _,у со,, -а>т

"иду Г " MAY ""'

= Jmn

рад/с

Ч,-,Г , -- -">!,-№ > (2)

" ' 11-IV ' 11-IV

где Щш - значение средней угловой скорости КВ в интервале л.. .Зге; сопмлх-, (Онш ~ значения начальной и конечной угловых скоростей участка выбега КВ в угловом интервале л...3я ; Tn.iv — время, соответствующее углу поворота КВ п...3к (от со„и до сомц1).

Последовательно отключая каждый цилиндр из работы, поддерживая одинаковые тепловой (90...100°С) и скоростной (гп = 85±1,0 рад/с) режимы ДВС, определяем соответствующие значения Ымех, по которым судят о неравномерности технических состояний отдельных звеньев МГР. При отрицательном диагнозе осуществляют поэлементное диагностирование МГР способом, защищенным патентом РФ на изобретение №2458330, суть которого следующая.

79

1 II Мпггш IV ft>H¡v III

Мн1 Юна 'ИнШ

0

2л

4л

<р, рад

Рис. 1. Зависимость угловой скороста гуот угла <рп.к.Е при работе двигателя 44 9,2/9,2 на режиме холостого хода со средней угловой скоростью ш= 84,30 рад/с;

с отключенным четвертым цилиндром: I, II, IV и 111 угловые интервалы н.к.в., соответствующие тактам расширения

При работе двигателя на одном цилиндре с декомпрессированными остальными (отсутствии свеч зажигания или форсунок) позволило устранить действие компрессионных сил и насосных потерь в декомпрессированных цилиндрах и повысить долю составляющих момента Мщ-Р от действия сил трения в звеньях МГР в суммарном моменте механических потерь МСу=Ммехр ДВС. В этих условиях переменный по углу ср поворота КВ

момент механических потерь Ммеяр определяется составляющими (рис. 2)

Ммещ = МС1р = Мт+МцпГч> + Ммгр<р + Мп</>, (3)

где М т — момент от действия сил трения в подшипниках коленчатого вала и приводах вспомогательных механизмов; Мцпг — момент от сил трения в

сопряжениях ЦПГ; М^р - момент, затрачиваемый на привод МГР;

момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС.

Применительно к определению технического состояния МГР, прежде всего, четырехцилиндровых двигателей ЗМЗ, ВАЗ, ВТЗ, у которых период изменения суммарного момента Ммех1р равен л и соответствует периоду осуществления такта расширения в цилиндрах (рис. 2), аналитические доводы подтвердили возможность использования показателей амплитуд и фазовых сдвигов экстремальных значений суммарного момента МЛ1ех<р в качестве диагностических на указанных режимах работы ДВС.

Выполненный на примере двигателя ЗМЗ 44 9,2/9,2 анализ абсолютных значений и внутри-

([>, рад

Рис. 2. Изменение суммарного момента Мс и угловой скорости о) по углу поворота ф КВ 4-цилиндрового ДВС при выбеге декомпрессированным цилиндром с исправным (—) и нарушенным (—) техническом состоянии МГР: I, II - номера цилиндров по порядку их работы

цикловых изменений отдельных составляющих суммарного момента Ммех<р механических потерь в соответствии с зависимостью (3) для режима холостого хода ДВС (го=40...70 рад/с) с декомпрессированными цилиндрами (рис. 2), показал:

численное значение переменного момента от сил инерции возвратно-поступательно движущихся деталей четырёхтактных 4-цилиндровых рядных ДВС

= 0)2 dJ = 2mR 2со2 Sin 2<p + mR 2 a2?.2 Sin 4<p (4)

n,p 2 dtp

где m - масса возвратно-поступательно движущихся частей; R - радиус кривошипа; X—R/l — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, при известной доле переменного момента в суммарном моменте J инерции, не превышающей 3%, по углу (р поворота КВ изменяется в незначительных пределах - от 0 до ± 5 Н-м по синусоидальной зависимости. В процессе эксплуатации ДВС максимальное и минимальное значения момента Мц,Р и их фазовые положения по углу поворота КВ относительно ВМТ остаются неизменными, так как износ сопряжений возвратно-поступательно движущихся масс пренебрежимо мал;

момент МТ(р от действия сил трения в подшипниках КВ и на привод вспомогательных механизмов и систем ДВС 25 % от Мш.хр) считается практически постоянной величиной по углу поворота КВ, не оказывающей влияния на внутрицикловые изменения амплитуд и фазовых положений экстремумов суммарного момента Мл,ех<р ;

переменное значение МцПГч, от сил трения в сопряжениях ЦПГ

мипг9 = Рцпг ■ R ■ ^in (р + -^sin 2<рj , (5)

где Рцпг - сила трения в сопряжениях ЦПГ; Х= R/1 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, имеет постоянное, не зависящее от технического состояния ЦПГ фазовое положение экстремальных его значений по углу ер поворота коленчатого вала. Изменения момента МцПГ<р идентичны относительно ВМТ поршней всех цилиндров и по амплитуде его колебаний. В процессе эксплуатации ДВС из-за износа сопряжений ЦПГ амплитуда колебаний момента Мцпг9 может незначительно снижаться (не более 5 % относительно номинальных значений);

величина нормальных усилий на профиль каждого кулачка распределительного вала от действия сил упругости клапанных пружин (без учета сил трения) в зависимости от угла <р поворота КВ составляет400... 1015 Н, а значение крутящего момента, затрачиваемого на привод МГР

мnpv = Pvp ■ Оо + fbP)-tga, (6)

где Pfjptp — усилие на профиль кулачка от действия сил упругости клапанных пружин; г0 - начальный радиус профиля кулачка; ti-rrp - текущее значение подъема толкателя; а - угол контакта между кулачком и толкателем относительно оси РВ, периодически изменяется от -7 до +7 Н-м (при открытии клапана энергия потребляется, а при закрытии - возвращается). Поскольку в каждый угловой период, соответствующий осуществлению такта расширения в каком-либо декомпрессированном цилиндре при закрытых клапанах, одновременно осуществляется открытие впускного и выпускного клапанов, принадлежащих другим цилиндрам, текущее значе-

ю

ние момента определяется суммой набегающих моментов на данных кулачках РВ, которые с учетом сил трения в кулачковых парах образуют на КВ перепады значений суммарного момента МЛ1ех9 ДВС не менее 30 Н-м. Для сравнения укажем, что по экспериментальным данным НАМИ в шестицилиндровых двигателях такой же размерности изменения момента М.мехф от действия набегающего момента Ммп>9 на кулачках РВ достигают значений 70 Н-м, то есть периодическое изменение момента Л/„„р от взаимодействия одного кулачка РВ с толкателем составляет более 23 Н-м (от -11,5 до +11,5 Н-м). Суммарный износ в 1 мм сопряжений одного звена МГР уменьшает значение набегающего момента ММГР<Р на 10%.

Приведенные данные позволяют сделать следующие выводы: значение затрачиваемого на привод МГР момента Ммгр? по сравнению с другими составляющими МП/р, МТ1р, МцШ-9 (2) на 65.. .70 % определяет суммарное мгновенное значение механических потерь, формирующих амплитуду переменного момента Млкх<р на коленчатом валу ДВС с декомпрессированными цилиндрами, и на 100 % - фазовые сдвиги экстремумов момента МЯ1а^

учитывая, что 90 % механических потерь от значения момента Мшт<р приходится на потери от действия сил трения в кулачковых парах, показатели изменения момента Мма<р двигателя по углу поворота КВ характеризуют индивидуальные значения износа кулачков в отдельных звеньях МГР - пар впускных и выпускных клапанов, работающих в соответствии с порядком работы цилиндров.

Таким образом, любые отклонения технического состояния элементов МГР от нормативных их значений при выбеге КВ двигателя с декомпрессированными цилиндрами (на рис. 2 показаны пунктирными линиями)

приводят к адекватному изменению амплитуд колебаний ^и Сф момента М С(Р на величину ДА/с и фазовому сдвигу Аср экстремальных его значений <ркь„,„ и <рМс,„,., в интервалах угла (р КВ, относящихся к неисправным клапанным звеньям МГР.

Поскольку непосредственное измерение значений момента М Ср на КВ ДВС оперативными методами затруднено, на практике предлагаемый способ диагностирования значительно точнее реализуется с помощью электронных средств измерения угловой скорости, так как изменения момента Л/С(г1 по углу (р взаимосвязаны с ВИУСКВ (рис. 2) уравнением динамики ДВС

, ¿со си со1 , <М со1

М ,r,=Jco--• +---= J■£ +---, (7)

(1<р йср 2 с1ср 2 ( '

Поскольку в формуле (2) второй многочлен--— = мп - переменен 2

ный момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС не зависит от технического состояния МГР и при малых частотах вращения КВ составляет незначительную величину относительно первого, независимого от угла поворота ср, функциональная связь между суммарным моментом Мжхф и ускорением ^ по углу <р КВ представляется линейной зависимостью

= • (8)

Вид зависимости (8) означает, что о техническом состоянии МГР можно судить по показателям амплитуд и фаз экстремумов угловых ускорений КВ в последовательных угловых интервалах его поворота, соответствующих тактам расширения в декомпрессированных цилиндрах.

В третьей главе изложены программа, оборудование, методики определения необходимой точности измерений ВИУСКВ разрабатываемых средств экспериментальных исследований способа диагностирования МГР ДВС. Приведено описание и конструктивные особенности испытательного стенда с двигателем ЗМЗ 44 9,2/9,2. Программа исследований включает: сбор статистических данных износа элементов МГР в процессе эксплуатации при работе ДВС на бензине и газомоторном топливе; выбор конструктивных параметров устройства и датчика регистрации ВИУСКВ, реализующего предлагаемый способ диагностирования МГР; определение зависимости показателей ВИУСКВ при работе двигателя на одном цилиндре с декомпрессированными остальными при технически исправном МГР, при изменённых структурных параметрах сопряжений привода клапанов МГР и с нарушенными значениями фаз газораспределения; метрологическую оценку способа диагностирования МГР.

Измерение ВИУСКВ осуществляли модернизированным электронным цифровым устройством диагностирования двигателя (УДД), созданного на базе изобретения по а.с. №515955 с преобразователем угловых перемещений КВ ВЕ-178А, которое позволяет регистрировать диаграммы мгновенных угловых скоростей со, через угловые интервалы Дф = 0,35...0,7°п.к.в. Погрешность измерения мгновенных значений со,, устройством УДД, оценку стационарности и стабильности значений ¿о, в режиме частичного выбега ДВС с неизменным техническим состоянием МГР определяли по известной методике: стационарность оценивалась по многовыборочному критерию Кокрена; стабильность - коэффициентом вариации одноименных значений со, по соответствующему ей углу <р, и отно-

12

шением дисперсий всей совокупности значений за 3 и 5 экспериментов к средней дисперсии значений cOj на конкретных скоростных режимах частичного выбега ДВС.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, предусмотренных программой, определены режимы диагностирования МГР и нормативные значения диагностических параметров.

По результатам обработки данных микрометрирования износа элементов МГР двигателей ЗМЗ-4062.10, - 405.2 - 44 9,2/9,2, работающих на бензине, сжиженном нефтяном (СУГ) и компримированном природном (КПГ) газах, и работающих только на бензине ВАЗ - 44 7,6/8,0 и 44 8,2/7,1, а также Ford Focus - Duratec 8V1,61 - 44 7,9/8,14 и Zetec-E 16V1,81 - 44 80,6/8,8, установлены экспоненциальные зависимости износа сопряжений седло - клапан, втулка - толкатель и профиля кулачков РВ (по высоте) на значительном этапе эксплуатации (до L =100... 150 тыс. км)

S= S0ehL , (9)

где S - текущее значение износа профиля кулачка; So — значение износа кулачка после этапа приработки (5... 10 тыс. км); Ъ - коэффициент интенсификации изнашивания. Для всех двигателей характерна неравномерность износа одноименных элементов и более интенсивное их изнашивание в звеньях выпускных клапанов (рис. 3).

Отмечено, что в двигателях ЗМЗ-4062.10, -405.2, работающих на СУГ, по сравнению с бензиновыми из-за повышенного теплового режима в камере сгорания и «сухости» газа на 10...20% и более интенсивно изнашиваются сопряжения седло -тарелка клапанов и направляющие втулки стержней клапанов. Они приобретают заметную овальность в поперечном сечении к оси двигателя, что приводит к снятию головки, восстановлению правильной гео- МГР Zetec-E 16V\,8/ после пробега 85 тыс. км: метрии седел клапанов и замене 1 • •л ~ номеРа цилиндров

клапанов на пробеге 150...200 тыс. км.

В соответствии с принятой программой выполнены эксперименты с различным техническим состоянием МГР, по которым определены нормативные значения параметров общего и поэлементного диагностирования ДВС ЗМЗ 44 9,2/9,2. При общем диагностировании МГР ДВС для двигате-

- Напер цшиндра

Рис. 3. Неравномерность износа диаметров стержней толкателей выпускных клапанов

лей 44 9,2/9,2 при работе на холостом ходу с одним отключенным цилиндром и средней угловой скоростью йГ= 85±1,0 рад/с, тепловом режиме охлаждающей жидкости и моторного масла г„ = /„ = 90 ± 5°С нормативное значение мощности механических потерь Мыех = 3,10 ± 0,30 кВт. Для режима работы ДВС (рис. 1) значение

N..

--J а „

со,,

=0,3584,90 [(87,75-80,61)/(2лг/84,90)] = 2912 Вт

При последовательных отключениях цилиндров допустимые отличия N„exi диагностируемого ДВС не должны превышать 30 Вт. При повышенной неравномерности NMexi осуществляют поэлементное диагностирование МГР.

Типичная диаграмма ВИУСКВ (£7= 50,7 рад/с) с технически исправным МГР двигателя 44 9,2/9,2, работающим на одном, первом (I) по порядку работы цилиндре, с декомпрессированными остальными (II, IV и III) приведена на рис. 4. Информативными интервалами угла п.к.в являются л...3п, в которых показатели ВИУСКВ и определенные по ним значения диагностических параметров МГР - амплитуды и фазы экстремумов углового ускорения КВ - максимально отражают изменения технического состояния МГР .

На рис. 5 показана зависимость ускорения £ КВ от ср в угловом интервале л:...2ж, соответствующая зависимости со- fiep) при осуществлении такта расширения в декомпрессированном II цилиндре и диагностические параметры работающих на этом периоде звеньев МГР (рис. 4).

Нормативные диагностические параметры технического состояния МГР при скоростном режиме CU = 50±1,0 рад/с - по амплитуде

Аеят,= 205+ 15 рад/с2; по фазовым положениям минимального значения углового ускорения

и П ¿л t.rco 4Я

(Ргтпио, = 64,0 ± 2,0"; Рис. 4. Зависимость (О от ф КВ с технически ПО максимальному

исправным МГР ДВС (44 9,2/9,2), работающим Значению

на одном (I) цилиндре = , 62Q ±

с декомпрессированными остальными (II, [V и III)

/ а а- т

V*

/

\

1 \

/ \

/ \ \

В работе приведены примеры различного сочетания нарушенного технического состояния элементов МГР и показано, что любое их отклонение сказывается на изменении угловой скорости со по углу п.к.в. и соответствующих диагностических параметрах их оценки, выходящих за рамки нормативных их значений.

Выполненный метрологический анализ показал, что абсолютная погрешность определения основного диагностического параметра - фазовых положений экстремумов ВИУСКВ, по которым оценивается фазовое положение распределительного вала, находится в пределах ± 0,70°, что на 60% точнее, чем у способа-прототипа.

В пятой главе приведены алгоритм диагностирования МГР в рамках технологии поэлементного диагностирования ДВС динамическим методом, а также экономическая оценка результатов исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе выполненного исследования решена научно-практическая задача повышения эффективности эксплуатации ДВС путем теоретического и экспериментального обоснования и практической реализации нового способа диагностирования МГР ДВС динамическим методом. По сравнению с известным способом-прототипом он более точен и оперативен.

2. Теоретически обоснованы способы общего диагностирования технического состояния МГР ДВС по показателям ВИУСКВ при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и поэлементного диагностирования МГР при работе ДВС на одном цилиндре с декомпрессированными остальными.

3. Разработаны устройство, режимы, нормативы и алгоритм реализации предложенного способа диагностирования МГР для двигателей 44 9,2/9,2. При тепловом режиме двигателя ?„ = 90 ± 5°С и работе на одном

У

Л /1 } 2 Г Ü

• д \ 1

V чП т

Ш0 190 300 210 2311 ЙС МО 350 3«) 370 3® ЗЭ0 Э(С 310 330 330 v .грай 360

Рис. 5. Изменение углового ускорения е КВ по углу <р его поворота в интервале л.. .2л: 1,2- соответственно зависимости £ = f(<p) по экспериментальным данным и аппроксимирующая

цилиндре с декомпрессированными остальными со средней угловой скоростью йТ = 85±1,0 рад/с, нормативными диагностическими параметрами ВИУСКВ в угловых периодах, соответствующих осуществлению тактов расширения в декомпрессированных цилиндрах, являются: по амплитуде изменения углового ускорения между экстремальными их значениями Аешш= 205+ 15 рад/ с2; по фазовым положениям экстремумов: минимального значения углового ускорения <р£ „„>, шш = 64,0 ¿ 2,0", максимального

значения ускорения (р£т1Х,,<ш = 162,0 ± 2,0°.

4. Метрологический анализ разработанного способа определения технического состояния элементов МГР показал, что абсолютная погрешность основного диагностического параметра, определяющего значение начального угла положения распределительного вала, находится в пределах ± 0,70°, что на 60% точнее, чем у способа-прототипа.

5. Определены параметры экспоненциальной зависимости износа и неравномерности изнашивания одноименных элементов МГР в процессе эксплуатации для двигателей одного типа, работающих на бензине, и переоборудованных на использование газомоторного топлива. Отмечено, что в ДВС, работающих на сжиженном нефтяном газе, на 10...20% интенсивнее изнашиваются сопряжения седло - тарелка клапанов и стержень клапана -направляющая втулка.

6. Использование рекомендаций по техническому обслуживанию МГР ДВС, работающих на газомоторном топливе, разработанного способа диагностирования МГР, трудоёмкость которого снижена на 0,1 чел.-ч по сравнению с известным, обеспечивает экономический эффект на один автомобиль «ГАЗель» с ДВС 44 9,2/9,2 около 1000 руб. в год.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

В рецензируемых научных журналах из Перечня ВАК РФ

1. Федоров, Д.В. Неравномерность технического состояния элементов механизма газораспределения ДВС / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров // Вестник СГТУ. - 2011. - № 3 (58). - С. 24-31.

2. Федоров, Д.В. Поэлементное диагностирование механизма газораспределения ДВС динамическим методом / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров// Научное обозрение. - 2012. -№ 3. - С. 152-159.

3. Федоров, Д.В. Диагностирование ДВС по показателям угловой скорости коленчатого вала / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров // Известия ВолГТУ. - 2012. -№12(99). - С. 64-67.

4. Федоров, Д.В. Диагностирование механизма газораспределения ДВС динамическим методом / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Известия ВолГТУ. - 2012. -№12(99). - С. 59-63.

5. Федоров, Д.В. Особенности эксплуатации ДВС газобаллонных автомобилей / А.С.Гребенников, С.А.Гребенников, Д.В.Федоров // Вестник СГТУ. -2013. №2(71).-С.83-86.

В прочих изданиях

6. Федоров, Д.В. Использование показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при адаптивном 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: СГТУ, 2010. - С. 65-71.

7. Федоров, Д.В. Системы диагностирования и адаптивного управления техническим состоянием элементов автомобиля по внутрицикловым изменениям угловой скорости вращающихся элементов / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, A.B. Никитин, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК "ЛЭРЭП-2-2011"): сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2011. - С. 178-183.

8. Федоров, Д.В. Развитие способа диагностирования механизма газораспределения ДВС / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК "ЛЭРЭП-2-2011"): сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2011.-С. 183-187.

9. Федоров, Д.В. Системы диагностирования и адаптивного управления техническим состоянием элементов автомобиля по внутрицикловым изменениям угловой скорости вращающихся элементов / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, A.B. Никитин, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Шестой саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: сб. статей. - Саратов: СГАУ, 2011. - Ч. 1 -С. 231-232.

Ю.Федоров, Д.В. Концепция диагностирования элементов автомобиля динамическим методом / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, A.B. Никитин, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта: сб. науч. тр. по материалам 70-й МНМиНТК - М.: МАДИ, 2012. - С. 169-174.

П.Федоров, Д.В. Методология диагностирования элементов системы ДВС - трансмиссия динамическим методом / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров, A.B. Орлов // Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта: сб. науч. тр. по материалам 72-й МНМиНТК - М.: МАДИ, 2014. - С. 83-89.

12. Федоров, Д.В. Неравномерность технического состояния элементов механизма газораспределения ДВС / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: сб.: матералов VII МНТК. - Пенза: ПГУАС, 2012. - С. 159-164.

13. Федоров, Д.В. Новый метод диагностирования механизма газораспределения ДВС / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: сб. тр. VII МНТК.-Пенза: ПГУАС, 2012.-С. 164-168.

14. Федоров, Д.В. Особенности эксплуатации ДВС газобаллонных автомобилей (ГБА) / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров, A.B. Орлов //

17

Решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: 6-е Jly-канинские чтения. МНТК. - М.: МАДИ, 2013. - 131 с.

15. Федоров, Д.В. Опыт эксплуатации ДВС газобаллонных автомобилей в городских условиях / С.А. Гребенников, Д.В. Федоров // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2013. - С. 76-81.

Патенты на изобретения

1. Пат. РФ 2458330, МПК G01M 15/00. Способ диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, М.Г. Петров, Д.В. Федоров. - 2012, Бюл. № 22.

2. Пат. РФ 2454643, МПК G01L 3/24. Способ определения мощности механических потерь двигателя внутреннего сгорания / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров. - 2012, Бюл. № 18.

Подписано в печать 05.05.14 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 71 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: izdat@sstu.ru

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНА ГАГАРИНА Ю.А.

На правах рукописи

04201460126 ФЕДОРОВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС ДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Саратов-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..... 13

1.1. Изменение технического состояния МГР ДВС в процессе эксплуатации................................................... 13

1.2. Анализ способов поэлементного диагностирования механизма газораспределения ДВС.......................................... 26

1.3. Датчики и диагностические параметры при поэлементном диагностировании ДВС динамическими методами................... 41

1.4. Выводы, цель и задачи исследования........................... 46

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МГР ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ВНУТРИЦИКЛОВЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.................... 50

2.1. Теоретические предпосылки использования показателей внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала для диагностирования МГР ДВС...................................... 50

2.2. Обоснование способа общего диагностирования МГР ДВС......... 53

2.3. Обоснование способа поэлементного диагностирования МГР ДВС.. 56

2.4. Выводы.................................................... 63

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.............................................. 64

3.1. Программа и оборудование для экспериментальных исследований .. 64 3.1.1. Устройство измерения внутрицикловых значений угловой

скорости коленчатого вала ДВС................................... 69

3.2. Методика экспериментальных исследований..................... 74

3.3. Методика обработки результатов исследования.................. 82

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....... 85

4.1. Зависимость износа элементов МГР в процессе эксплуатации...... 85

4.2. Нормативные показатели мощности механических потерь ДВС 96 при общем диагностировании МГР.................................

4.3. Зависимости внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при частичном выбеге двигателя с декомпрессированными цилиндрами от технического состояния МГР ... 99

4.4. Метрологическая оценка способа диагностирования МГР по параметрам внутрицикловых значений угловой скорости коленчатого вала........................................................... 108

4.5. Выводы.................................................... 113

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ................... 116

5.1. Режимные условия диагностирования МГР ДВС................. 116

5.2. Экономический эффект результатов исследования................ 119

5.3. Выводы.................................................... 120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................. 122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................... 124

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................ 140

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В отрасли автомобильного транспорта актуальными считаются решения научных и практических задач, направленных на повышение эффективности эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в том числе, работающих на альтернативных видах топлива, снижению затрат на их техническое обслуживание (ТО) и ремонт за счет совершенствования методов и средств их диагностирования.

Одним из важных устройств, формирующим состав рабочей смеси в цилиндрах и определяющим технико-экономические показатели автотракторного двигателя внутреннего сгорания, является механизм газораспределения (МГР). Работа элементов МГР осуществляется в условиях высоких динамических нагрузок, тепловых и коррозионных воздействий. На их долю приходится более 25% отказов и неисправностей по ДВС, на устранение которых затрачивается свыше 7% от суммарной трудоёмкости по поддержанию работоспособности систем и механизмов ДВС [15, 21, 30, 57, 58].

Эффективность работы МГР определяется параметрами «время-сечение» клапанов и мощностью, затрачиваемой на привод, а его надежность -износостойкостью деталей, неразрывностью их кинематических связей, герметичностью сопряжений «седло-клапан».

Как и большинство одноименных элементов автомобиля, относящихся к динамически нагруженному классу сопряжений, детали МГР в процессе эксплуатации изнашиваются неравномерно [5, 30], что, в свою очередь, приводит к неравномерности рабочих процессов в цилиндрах ДВС.

Изнашивание рабочей поверхности кулачка распределительного вала (РВ) и нарушение фаз газораспределения вызывает ухудшение процессов газообмена, сопровождающееся потерей мощности двигателя, повышением расхода топлива и содержанием токсичных компонентов в выхлопных газах. По статистическим данным [77, 78], около 44% двигателей КАМАЗ, поступающих в ремонт, имеют сниженные технико-экономические показатели его работы вследствие

повреждений и износа деталей МГР. При этом средняя величина максимального износа кулачков превышает 1 мм. Аналогичные данные приведены по двигателям легковых автомобилей ГАЗ, ВАЗ [5, 30,110].

Трение и изнашивание сопряжений МГР являются сложными и малоизученными процессами. Наряду со свойствами материалов и технологичностью изготовления деталей, они в значительной степени определяются нагруженностью механизма, гидродинамическими условиями смазки его сопряжений и видом используемого топлива. Перевод значительной части автомобилей на газовые виды топлива - компримированный природный газ (КПГ) и сжиженный углеводородный (СУГ) - привел к ухудшению условий работы сопряжения седло - клапан МГР, увеличил интенсивность его изнашивания [41], что требует дополнительного изучения этого явления на основе статистических исследований.

Из-за потери герметичности клапанного механизма, износа его деталей, других изменений технического состояния МГР, связанных с уменьшением параметра «времени - сечения» клапанов, топливная экономичность и мощность ДВС может снижаться до 7% [21, 30, 65]. По этим причинам технологические процессы ТО предусматривают обязательную проверку технического состояния МГР с периодичностью 10...30 тыс. км. При этом современный подход к поддержанию работоспособности элементов ДВС и автомобилей в целом в процессе эксплуатации требует сочетания технологий планово-предупредительной системы ТО и ремонта с индивидуальным реагированием на динамику изменения технического состояния каждого из них по результатам диагностирования.

Опыт работы автотранспортных предприятий (АТП) свидетельствует, что при внедрении в технологические процессы ТО методов и средств диагностирования техническая готовность автомобилей повышается на 3...5%, ресурс ДВС - на 15...20%, сокращаются затраты и расход запасных частей на 8...12%, топливо - смазочных материалов - на 8% [15, 30, 58, 85, 86].

Большой вклад в развитие технической диагностики в отрасли автомобильного транспорта нашей страны вносят научно-исследовательские центры, предприятия и высшие учебные заведения: НИИАТ, ГОСНИТИ, НАМИ, ОАО «АвтоВАЗ», «АМО-ЗИЛ», «ГАЗ» «КамАЗ», СибФТИ, СибИМЭ, МАДИ(ТУ), НГАУ, ПГСХА, ПГУАС, СГТУ, С-ПбГАУ, ЮУрГУ и в ряде других организаций.

Решению теоретических и практических задач по развитию диагностики на автомобильном транспорте по поставленным вопросам в настоящем 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., Гурвича И.Б., Денисова A.C., Добролюбова И.П., Ждановского Н.С., Крамаренко Г.В., Корчемного 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., Терских И.П., Харазова А.М., Ютта В.Е., Федотова А.И., Фламиша О., Akiba К., Assanis D.N., Polishak M., Matthew С., Mauer G. F., Tounsi M., Toshikazu J., Williams J., Hideki О. и других. Результаты их научной и практической деятельности нашли отражение в современных взглядах и подходах управлению технической эксплуатацией автомобилей средствами диагностики.

Дальнейшее совершенствование методов и средств диагностирования автотранспортных средств в условиях АТП и СТО целесообразно проводить в направлениях [30] повышения точности, расширения области использования существующих средств диагностирования и создания универсальных, бортовых (встроенных) средств диагностирования с автоматизацией процесса обработки диагностической информации.

Одно из таких направлений предусматривает создание устройств диагностирования элементов системы «ДВС - трансмиссия», в том числе бортовых, основанных на динамических методах испытания, теоретической базой которых является принцип Даламбера. Из всего многообразия существующих способов диагностирования агрегатов, механизмов и систем

автомобилей они наиболее предпочтительны по оперативности, информативности, универсальности применения, энерго- и металлоёмкости приборной реализации [И, 30, 57, 58, 85, 86,117].

Большой вклад в разработку динамических способов диагностирования элементов автотракторной техники внесли: Ждановский Н.С., Николаенко A.B. (СПбГАУ), Альт В.В., Савченко О.Ф. (СибФТИ ), Змановский В.А., Павлов Б.В. (СибИМЭ), Добролюбов И.П., Лившиц В.М., Ольшевский С.Н., (СибФТИ, НГАУ), , Михлин В.М., Подкопаев C.B. (ГОСНИТИ), Харазов A.M. (НАМИ), Болдин А.П., Мирошников Л.В. (МАДИ (ТУ)), Отставнов A.A., Гребенников A.C. (СГТУ), Васильев В.И. (КГУ), Родионов Ю.В., Тимохин C.B. (ПГУАС), Уханов А.П. (ПГСХА) и их последователи.

Анализ известных методов диагностирования МГР показал, что перспективным к совершенствованию является динамический способ, предусматривающий определение технического состояния МГР по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала (ВИУСКВ) при прокручивании коленчатого вала двигателя стартером с декомпрессированными цилиндрами (пат. РФ № 2386941, СГТУ [101]).

Этому способу присущи следующие недостатки. Во-первых, из-за повышенных частот и амплитуд колебаний угловой скорости коленчатого вала, вызванных динамическим взаимодействием зубьев шестерни стартера с зубьями венца маховика при прокручивании ДВС и изменяющимся их техническим состоянием в процессе эксплуатации, возникают погрешности определения значений диагностических параметров. Во-вторых, величина составляющей механических потерь на привод МГР, являющаяся диагностическим параметром его общего технического состояния, определяется по разности значений моментов механических потерь ДВС полученных сначала с работой привода МГР, а затем -с отключенным. Для некоторых двигателей отключение привода МГР представляет определённую сложность и включает операции частичной разборки ДВС.

В связи с приведенными доводами разработка более достоверного способа диагностирования технического состояния МГР динамическим методом является актуальной задачей.

Исследование выполнено в соответствие с программой НИР Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. на 2012-2014 гг. по фундаментальному направлению «Научные основы формирования автосервисных потребностей по изменению технического состояния элементов автомобиля на различных этапах жизненного цикла» (СГТУ - 16, № госрегистрации - 01201252754) в части разработки динамических методов диагностирования элементов «ДВС - трансмиссия».

Степень разработанности темы исследования. Исследования в области расширения возможностей использования динамического способа, основанного на принципе Даламбера (авт. св-во СССР №243999, СибИМЭ), для диагностирования элементов системы «ДВС-трансмиссия» ведутся в научных и образовательных учреждениях ГОСНИТИ, СибФТИ, СибИМЭ, НГАУ, ПГСХА, ПГУАС, СПбГАУ, ряде зарубежных стран. Ими разработаны и патентованы способы и средства испытания, диагностирования ДВС для многих его систем и механизмов. Судя по публикациям и патентным исследованиям отечественных и зарубежных ученых по МГР таких разработок нет.

Цель работы - повышение точности и оперативности способа диагностирования элементов МГР ДВС динамическим методом за счет использования новых режимов его осуществления.

Задачи исследования:

- по результатам статистических данных определить зависимости износа основных элементов МГР от пробега для двигателей одного типа при работе на традиционном нефтяном топливе (бензине) и газомоторном;

- теоретически обосновать способы:

общего диагностирования технического состояния МГР ДВС по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и

поэлементного диагностирования МГР при работе ДВС на одном цилиндре с декомпрессированными остальными;

разработать устройство, режимы, нормативы для реализации предложенного способа диагностирования МГР и определить его метрологические характеристики;

- оценить экономическую эффективность результатов исследования.

Научная новизна состоит в теоретическом обосновании причинно -

следственных связей технического состояния элементов МГР с показателями ВИУСКВ при работе ДВС на холостом ходу в режиме частичного выбега с отключенным одним цилиндром и при работе на одном цилиндре с декомпрессированными остальными.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических положений и математических моделей оценки технического состояния элементов и механизмов ДВС при его работе в режиме частичного выбега с частью отключенных или декомпрессированных цилиндров.

Практическая значимость работы состоит: в разработке устройства, нормативов и алгоритма диагностирования МГР ДВС по показателям ВИУСКВ; рекомендаций по корректированию периодичности диагностирования МГР бензиновых двигателей, переоборудованных под использование газомоторного топлива.

Методы исследования. Аналитические исследования выполнены с использованием теорий надежности и диагностики автомобилей, основных положений динамики ДВС, теоретической механики, математической статистики и моделирования. Эксплуатационные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях с использованием общепринятых методик, оборудования, а также разработанных автором или с его участием.

Положения, выносимые на защиту:

- зависимости и показатели неравномерности износа элементов МГР в процессе эксплуатации при работе ДВС на бензине и газомоторном топливе;

теоретическое обоснование способов общего и поэлементного диагностирования технического состояния МГР по показателям внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала при работе двигателя на холостом ходу с отключенным одним цилиндром и режиме работы ДВС на одном цилиндре при декомпрессированных остальных;

результаты экспериментальных исследований взаимосвязи внутрицикловых изменений угловой скорости коленчатого вала и технического состояния элементов МГР при работе двигателя на холостом ходу: с отключенным одним цилиндром; на одном цилиндре при декомпрессированных остальных;

- устройство, режимы, нормативы диагностирования МГР, реализующие предложенный способ, и его метрологические характеристики;

- технико-экономическая оценка результатов исследования.

Достоверность научных положений работы обусловлена использованием

фундаментальной теории динамики ДВС, обоснованностью принятых допущений при разработке расчетных моделей, высокой сходимостью полученных экспериментальных результатов с аналитическими исследованиями и сравнительным анализом их с данными других авторов.

Пути реализации работы. Результаты исследований внедрены в НТЦ «Механик-Т» НТП «Волга - техника» СГТУ им. Гагарина Ю.А. 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 механизмов и систем ДВС. На основе выполненных исследований разработаны методические материалы для обеспечения лекционных и лабораторных занятий студентов по специальности 19060 - эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов.

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-2-2011)» (Саратов, СГТУ, 2011);

международной научно-практической конференции «Информационные технологии, системы и приборы в АПК (АГРОИНФО-20012)» (Новосибирск, ГНУ СибФТИ, 2012);

70, 71 и 72-й международных научно-методических и научно-исследовательских конференциях «Проблемы технической эксплуатации и автосервиса подвижного состава автомобильного транспорта» (МАДИ (ТУ) 2012...2014);

VII международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксп�