автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование метода парциальных испытаний дизельных двигателей за счет применения электромеханической догрузки

Иа-врава^ Ц'копкси

з о шп

УДК: 621.436.12:621.313.2 А-852

АРСЕНТЬЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПАРЦИАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ДОГРУЗКИ

Специальность 05.20.03. - Эксплуатация, косстановление и ремонт

сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Иркутск, 2000

Работа выполнена на кафедрах «ЭМТП» Иркутской государственной сельскохозяйственной академии и «Автомобили» Восточно-Сибирского государственного технологического

университета в период с 1988 по 2000' г.

Научный руководитель: засл. деятель науки и техники РФ.

доктор технических наук, профессор И.П. Терских

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Л.А. Болоев

кандидат технических наук, доцент Н. В. Степанов

Ведущая организация: Бурятская государственная

сельскохозяйственная академия (г. Улан-Удэ. Республика Бурятия)

Защита диссертации состоится " 25."__мая________ 2000 г. на

заседании диссертационного Совета К-120.70.01 в Иркутской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 664038, г. Иркутск, л. Молодежный. ИрГСХА.

Отзывы на автореферат просим отправлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИрГСХА.

Автореферат разослан " 24 " апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ........ С.Г.Бородин

/7О ;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С развитием сельскохозяйственного производства развиваются различные тарные направления и в зависимости от требований .меняются точки приложения, что характерно и для метода парциальных испытаний двигателей. Использование комбинированной нагрузки при диагностировании тракторных и автомобильных дизелей впервые предложил Н.С. Ждановскин. Большой вклад в дальнейшее развитие метода внесли С.А. Иофинов, В.М. Лившиц, A.B. Николаенко, И.П. Терских, Б.А. Улитовский и многие другие.

Наибольшее распространение метод комбинированной нагрузки получил при функциональном диагностировании двигателей сельскохозяйственной техники, ввиду наличия широкого спектра агрегатов и механизмов, используемых в качестве догрузки. В настоящее время парциальный метод используется при диагностировании автотракторных двигателей, а также нашёл применение для испытания судовых и тепловозных дизелей.

Парциальные испытания дают возможность испытывать двигатели, когда мощность испытуемого двигателя превышает тормозную мощность. При этом расширяются возможности но использованию как штатного оборудования в качестве догрузки, так и имеющихся стационарных тормозных стендов малой мощности. Комбинированная нагрузка создается механическими потерями двигателя в сочетании с догрузкой: стационарным тормозом, сельскохозяйственными машинами и агрегатами, гидродогрузкой, инерционными силами, дросселированием газов на выпуске, электрическим догруясателем, при движении трактора или автомобиля на подъём и догрузкой включением составных частей трансмиссии тракторов и автомобилей.

В связи с изложенным, существует необходимость в продолжении разработок новых и совершенствовании существующих методов с использованием имеющегося (штатного или диагностического) оборудования с меньшими затратами. Анализ исследовании в данной области показал, что существуют определенные возможности по использованию парциального метода.

Одним из перспективных путей развития сельскохозяйственной техники является создание взаимосвязанных машинно-тракторных агрегатов с «гибкой» передачей мощности от ведущего агрегата к ведомым с использованием пи.рообъемнон или электромеханической трансмиссии. Варианты догрузки гндроооъемной и электромеханической трансмиссиями но исследовались.

На основании вышеизложенного, совершенствование парциальных испытаний двигателей с использованием электромеханической догрузки представляет важную задачу и имеет определенную актуальность и экономическую целесообразность

Цель работы - совершенствование метода парциальных испытаний двигателей при их диагностировании за счёт применения электромеханической догрузки. обеспечивающей повышение эффективности использования тракторов и автомобилей.

Рабочая гипотеза предполагает возможность формирования нагрузочного цикла при определении мощностных показателей дизельных, двигателей методом парциальных испытаний с применением электромеханической догрузки.

Объект исследований - процесс формирования нагрузочного цикла двигателя при парциальных испытаниях с использованием электромеханической догрузки.

Предмет исследований - взаимосвязи основных параметров работы дизельного двигателя с газотурбинным наддувом при отключении цилиндров в режиме парциальных испытаний.

Научная новизна диссертации:

1. Теоретические предпосылки применимости парциальных испытаний с использованием в качестве догрузки тягового электропривода, в частности, генератора постоянного тока, нагруженного штатными тормозными резисторами (электромеханической догрузкой).

2. Рациональные варианты совмещения работающих и отключенных цилиндров для определения мощностных показателей б- и 8-цшшндровых двигателей с учетом неравенства мощностей механических потерь работающих и отключенных цилиндров Кип & Л'..,/п.

3. Зависимости влияния числа отключенных цилиндров на основные показатели газовоздушного тракта и двигателя. Определены соответствующие коэффициенты, учитывающие влияние газотурбинного наддува.

4. Алгоритм и технология функционального диагностирования двигателя при парциальных испытаниях с электромеханической догрузкой.

Практическая значимость. Предложенный метод позволяет с достаточной для практики точностью и достоверностью определять мощностиые показатели двигателя в эксплуатационных условиях без снятия с шасси трактора или автомобиля. При этом используется штатное оборудование трактора или автомобиля и трансмиссия для целей догрузки двигателя при парциальных испытаниях. повышается

универсальность метода. Метод парциальных испытаний может быть использован для широкого класса тракторов и автомобилей с электромеханической трансмиссией и позволяет увеличить эффективность их эксплуатации. В ремонтных мастерских становится возможным испы-тывать двигатели, мощность которых превышает тормозную в 2,0-2,5 раза.

Разработаны и изготовлены выключатели подачи топлива, позволяющие отключать цилиндры без нарушения герметичности топливопровода при монтаже.

Апробация и реализация результатов работы. Материалы исследований доклады вались на научно-практических конференциях Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (1988...2000 гг.), ВСГТУ (1988...2000 гг.), БГСХА (1990-1995 гг.), на III Всесоюзной научно-технической конференции «Диагностика автомобилей» (1989 г.) г. Улан-Удэ, на Всесоюзном научно-техническом совещании по диагностике карьерных автомобилей в Институте горного дела им. A.A. Скочинского (1986 г.) г. Люберцы, на научно-

практической конференции СПбСХА (1990 г.) г. Пушкин. Работа выполнялась на кафедре «Автомобили» Восточно-Сибирского государственного технологического университета и кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного парка» Иркутской государственной сельскохозяйственной академии в период с 1988 по 2000 гг. Производственная проверка предложенного метода парциальных испытаний проводилась на автомобилях с электромеханической трансмиссией в ОАО «Разрез Ходбольджинский» в г. Гусиноозерске. Республика Бурятия.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ общим объемом 1,1 условных печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, включает И таблиц, 29 рисунков, список литературы из 171 наименования и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование темы исследования и дана краткая характеристика работы.

Первая глава содержит анализ работ, связанных с определением мощностных показателей двигателя и использованием различных вариантов его догрузки в режимах перераспределенных цилиндровых нагрузок.

Повышению эффективности технического диагностирования двигателей внутреннего сгорания по показателям, исследованию и разработке новых методов и средств диагностирования в большой степени способствовали работы таких учёных, как В. Г. Аллилуев. Н.С. Ждановский, С.А. Иофинов. B.C. Кнтанин. A.B. Колчин. В.М Лившиц. A.B. Николаенко. A.C. Орлин. А.Э. Симеон, IIB. Степанов. И.П. Терских, Б. А. Улитовский, Ю.Н. Упкунов и др.

Анализ работ в этой области исследований показал, что определение мощности двигателя, как первичного параметра оценки его обобщенного технического состояния, , является неотъемлемой частью процесса функционального диагностирования.

Обзор существующих отечественных и зарубежных методов и средств диагностирования двигателей показывает, что вопросы использования парциального метода с электромеханической догрузкой не исследованы. Кроме этого, на процесс диагностирования при парциальных испытаниях существенное влияние оказывает газотурбинный наддув, .характеристики которого при парциальном режиме мало изучены. Непосредственное использование тормозных стендов для испытания .мощных двигателей не представляется возможным в связи с их большой стоимостью.

Современный дизель с газотурбинным наддувом является сложным комбинированным агрегатом, оснащенным _ газовой турбиной, компрессором и промежуточным охладителем наддувочного воздуха. Наличие тягового электропривода предусматривает дополнительные возможности по формированию нагрузочного процесса дизеля, в чпстносп i, за счёт штатного оборудования, такого, как тормозные резисторы, используемые при торможении транспортного средства. Это требует проведения отдельных исследований по разработке новых методов и средств диагностирования.

Для обеспечения работы дизеля в режимах перераспределенных цилиндровых нагрузок существует много способов отключения цилиндра или группы цилиндров из работы. Существующие способы или сложны в эксплуатации и могут быть использованы только при проектировании и разработке новых двигателей, или предусматривают отключение только определенных групп цилиндров и не позволяют отключать цилиндры в любом заданном порядке. В связи с этим разработка простых и надежных выключателей цилиндров представляет практический интерес при использовании метода парциальных испытаний,

Исходя из вышесказанного, сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработать теоретические предпосылки определения мощностных показателей дизельных двигателей с учётом неравенства мощностей механических потерь работающих и отключенных цилиндров Л''Л/,7.

2. Исследовать и обосновать применимость парциальных испытаний двигателей с использованием электромеханической догрузки в составе дизель-генераторной установки. Оценить возможность использования бортовых резисторов в качестве активной электрической нагрузки.

3. Усовершенствовать метод на основе парциальных испытаний с использованием электромеханическом догрузки. позволяющий определять мощностныс показатели двигателя с наименьшими материальными затратами.

4. Определить рациональные варианты работы двигателя в парциальном режиме, обеспечивающие наименьшее количество догрузок при соответствующих сочетаниях работающих и отключенных цилиндров, оценить влияние газотурбинного наддува на мощностныс показатели двигателя.

5. Экспериментально проверить усовершенствованный метод парциальных испытаний с электромеханической догрузкой в лабораторных и эксплуатационных условиях, разработать рекомендации и определить экономическую эффективность.

Во второй главе приведены теоретические предпосылки применимости парциальных испытаний с электромеханической догрузкой. Вывод расчетных формул для определения мощностных показателей двигателей основан на решении систем уравнений баланса мощности для различных сочетаний работающих и выключенных цилиндров. Уравнение баланса мощности двигателя при парциальных испытаниях можно представить следующим образом:

-N¡1 1-М и 17 I И П Г'УМПЗ+Л^-Лд/п4-К„ 4

У.МП 5- -V М П 5+М,1г!Чм.Пб-У А/ IIЬ - (О

где Ме - эффективная мощность двигателя. кНнг. / - номер цилиндра: Л',;

- индикаторная мощность/-го цилиндра. кВт: Л',,/,,-условная мощность механических потерь /-го цилиндра в работающем состоянии. кВт: Л'.Ш//

- условная мощность механических потерь ¡-го цилиндра в отключенном состоянии. кВт.

Причем, условная мощность механических потерь_/-го цилиндра в работающем состоянии \'мп,- присутствует, а условная мощность механических потерь данного цилиндра к отключенном состоянии будет равна нулю \ ,=(). При отключении / -го цилиндра будет иметь место

условная мощность механических потерь данного цилиндра в выключенном состоянии а условная мощность механических потерь данного цилиндра в работающем состоянии будет равна нулю Мип = 0. С учётом вышесказанного можно сформулировать следующее взаимоисключающее условие:

если Иил,- # 0, то Аг'л/Л/ = 0 и если ЛГАШ/ = 0, то (2)

При выключении 1-го цилиндра уравнение баланса мощности (1) с учётом принятых условий будет выглядеть следующим образом:

(3)

где Кц = 0 - индикаторная мощность 1-го цилиндра.

Аналогично молено составить баланс мощности двигателя при отключении любого другого цилиндра или при выключении группы цилиндров для различных вариантов сочетаний работающих и отключенных цилиндров.

На начальном этапе, считаем, что индикаторная мощность у-го цилиндра не изменяется, т.е. А^—со/«^ при различных нагружениях с одинаковым числом выключенных цилиндров, тогда допустимо сложение или вычитание индикаторных показателей данного цилиндра. Аналогично складываются условные мощности механических потерь /-го цилиндра в отключенном и, соответственно в работающем состояниях.

При отключении цилиндра мощность механических потерь, приходящаяся на отключенные цилиндры, изменяется. Это связано с изменением: потерь на газообмен, трения в сопряженных деталях, теплового состояния цилиндров. В отличие от ГОСТ 14846-81. предусматривающего равенство мощностей механических потерь работающих и отключенных цилиндров, считаем N,ип ЫщП, что учитывается в дальнейшем.

Для определения мощностных параметров целесообразно совмещать комбинации с различным числом работающих и отключенных цилиндров, например. ге=2, 3 и т. д. цилиндров, позволяющие определить эффективную, индикаторную мощности двигателя с предварительным или без предварительного определения условной мощности механических потерь, а также индикаторные мощности каждого цилиндра.

Учитывая, что эффективная мощность двигателя внутреннего сгорания, работающего в составе дизель-генераторной установки, расходуется на привод тягового генератора и привод вспомогательных агрегатов и механизмов, обслуживающих шасси, можно записать

N, =Мг + Nool,j:Bm, (4)

где /V, - мощность, потребляемая тяговым генератором, или мощность догрузки двигателя, кВт: Nm„~ мощность. потребляемая вспомогательными агрегатами и механизмами автомобиля, кВт.

Мощность догрузки определяется по мощности, отдаваемой генератором, и окончательно определяется по выражению:

W х, о (5)

N = + jV„ . кВт 4

' J000r7i

где / - сила тока. A: U - напряжение в цегш якоря генератора. В; г]г -КПД генератора постоянного тока.

Обобщающая формула парциальных испытаний для автомобилей с электромеханической трансмиссией имеет вид

= 1"" Y. (Р' + ) . кВт. (6)

J ООО J 11

Регулирование нагрузки дизельного двигателя осуществляется тяговым генератором, а мощность, затрачиваемую на привод вспомогательных агрегатов автомобиля, принимаем. При постоянной величине тока возбуждения тягового генератора для силовой электрической цепи справедливо соотношение

СЕФп=1„(Ли+Ня). (7)

или

v = r;+ R ,":'кВт (8)

где 1И - сила тока нагрузки. .1; Се - электрическая постоянная генератора: Ф - магнитный поток; ;? - частота вращения вала генератора, иб мину R„ - сопротивление нагрузки. Ом: R„ - активное сопротивление обмотки якоря. Ом: 1<а - машинная постоянная, зависящая ог констр\ кции машины и силы тока в цепи возбуждения.

Из выражения (8) следует, что при постоянной величине тока возбуждения генератора 1ео3о и постоянном электрическом сопротивлении нагрузки !<„ тормозная мощность пропорциональна квадрату частоты вращения, v с. при увеличении частоты вращения возрастает по параболе

Рис . 1. Xa рак юрист икп совместной работы тягокого ди '.ели и генераторной установки.

А', кВт

и может быть представлена семейством параболических

кривых (рис 1). Причём минимальная тормозная мощность, потребляемая генератором при отсутствии тока возбуждения, обусловлена характеристикой холостого хода без возбуждения ¡воз б~ 0- тс- механическими потерями генератора. По мерс увеличения тока возбуждения крутизна парабол Лт-увеличивается.

Из графика видно, что частота вращения и тормозная мощность дизеля при отключении цилиндров определяются наклоном тормозных кривых, который молено получить за счет изменения Ф, Я„. Тормозной момент может изменяться либо путём уменьшения магнитного потока генератора Ф, либо увеличением сопротивления Я„ электрической нагрузки. Величины Ф и Я„ можно подобрать та кил/ образом, чтобы работающие цилиндры дизеля при номинальной нагрузке обеспечивали номинальный скоростной режим, т.е. режим, соответствующий максимальной мощности при парциальных испытаниях. Следует отметить, что незначительное уменьшение Н„ приводит к резкому увеличению Л'г. поэтому целесообразно путем изменения К„ выполнять грубую регулировку, а более плавную за счет изменения магнитного потока Ф.

Для определения мош.ностных показателей электрической машины необходимо оценить общие потери, которые складываются из отдельно определённых или рассчитанных потерь

ТАР

di' +АР

К1Ц СП,

i-А 1> Н АРоис, кВт

где ■ А Рм - электрические потери в обмотке якоря. кВт: АР,„. электрические потери на возбуждение. кВт: А1\н< - электрические потери в переходном контакте щеток на коллекторе. кВт: АР^т - .магнитные потери в стали якоря, кВпг. Al'Uí.y - механические потери. кВт: AIJ„,„', -добавочные потери. кНш.

Отключение одного или нескольких цилиндров работающего ди5сля приводит к изменению режима работы газотурбинного наддува и. следовательно, дизеля в целом. Следовательно, при использовании парциального метода для определения мощностных параметров дизеля с

газотурбинным наддувом необходимо учитывать влияние числа отключенных цилиндров на рабочий процесс двигателя.

Уравнение теплового баланса для смеси газов запишется в следующем виде:

А-'... А' ч

Г. (10)

2 - Т К.. - 1 "

/

где Т - температура газа. К: Ке- показатель адиабаты воздуха: Кг ~ пока

затель адиабаты • выпускных газов: Ксл, - показатель адиабаты смеси поздуха и выпускных газов.

Таким образом, зная величины 71 „ и из условия равенства мощностей компрессора и турбины, возможно определение основных параметров работы газотурбинного наддува . в т. ч давление воздуха за компрессором при любом числе отключенных цилиндров

Р.. =Р.

( С„ Ч, -

Р.'* '/. !<-',■: + 1

/- "

Р „

V

, МП а

(П)

где Ра - давление воздуха на входе в турбокомпрессор. Л Я/о; Р: -давление газов за турбиной, МПа: Та - температура воздуха на входе в турбокомпрессор. 1С. ?/„„, - КПД турбокомпрессора: К - показатель адиабаты процесса сжатия воздуха в компрессоре: /?„,,. - коэффициент, учитывающий изменение расхода из-за утечек. А,^/.' -

коэффициент увеличения мощности турбины за счёт импульсности потока (для турбины, работающей в потоке постоянного давления Ку=}).

Уменьшение эффективной мощности из-за изменения параметров газовоздушного тракта характеризуется корректирующим коэффициентом в виде степени изменения мощности к7К

Не , (12)

Ые

где Лгс? или - эффективная мощность без учета влияния

турбонаддува при отключенных цилиндрах. кВт: А'еп,- - эффективная мощность с учетом влияния т\рбонаддува при отключенных цилиндрах. кВт.

Обобщ;1Ющая формула парциальных испытаний с учетом изменения эффективной мощности в зависимости от параметров газовоздушного тракта дизельного двигателя будет выглядеть следующим образом:

к.,

N

! к Р" 2>„( 1000 Г >],

Л'). кВт

(П)

В третьей главе представлено описание разработанного исследовательского оборудования, методики выбора режимов парциальных испытаний и методик экспериментальных исследований по проверке применимости парциальных испытаний с электромеханической догрузкой.

При разработке методики выбора режимов парциальных испытаний сформулированы обязательные условия определения сочетаний работающих и выключенных цилиндров:

- равномерность работы цилиндров двигателя;

- минимальное количество торможений;

- возможность определения основных мощностных показателей

двигателя в целом и каждого цилиндра в отдельности (Л',,, А'„ Лг,,, М/л);

- минимальная степень догрузки.

Баланс мощности 6-цилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-4-3-6-2-5 при работе на всех цилиндрах (I) видоизменяется при отключении 1-го цилиндра (2). Аналогично можно записать балансы мощностей для любых других вариантов выключения цилиндров и, решая получившиеся системы уравнений, определить интересующий мощностной показатель (табл. 1.) или в общем виде

к ■ к -■ к. ■ (лс + А'1) > ля«' (]4>

1

где к - номер испытания (догрузки).

При определении основных мощностных показателей можно записать

^ЯзкткМ^+л^ткХ,/,: ^аА^+я^Л'««. кВт (15) где Л'г - определяемая мощность, кВт: О], а2 и т. д. - коэффициенты, которые определяются из табл. 2.

Решая исходную систему уравнений относительно Л',, и используя уравнение (15), получим

А'е= к'тк\\-:,-1+ кткМ*1.б+ ктк^'ез.з-

--кткК:2.4+ кТкК1.й+ кт\гс3.5- к7КМг1,:,г кткМ^.з.б - ОД'«* (16)

Из этой же системы уравнений определяется индикаторная мощность

Л',- 2кГкК-:.Г'- 2кТКА!е1,6+ 2кткХеХГ ЗкпКцг ЗкпУ

-2кТКN¿,4+ 2кгк.Уч.<,• 2к1К\,ХУ Зк№\'г,.;.3- Укрыло. (17)

Условная мощность механических потерь

Л' и н 2кIд-Ле1.:.з+2кгк^ ылг> - А^-Л^д-г А'7дЛ'е//1 - к/А-.\■

-'<'-усЛ',,2к;К\.ЧХ1, - к,к\',2А- ктк\',и, - кЧК\,у? к:г\\ю„, (1 К)

Таблица 1.

Определение мощностных показателей 6-цилиндрового двигателя

с "Ё О! 2 Определяемая мощность, N Эффективная (догрузочная) мощность, Л/е Условная индикаторная мощность /-ГО цилиндра, /V,,,; Условная мощность механических потерь работающего 1-го цилиндра, Л/'.п.,,, Условная мощность механических потерь выключенного /го цилиндра, Л/.п

3" г Сч г з 2 V) ■я г ГГ г з с; С| Л1 п з г* г5 «л з щ з-ч 2? г см з 4 3 5 V £ г и г "Л 3 с: 4 а 5 10 ■я а ^ г г

1. Л4 Л4= +Л/и2+Л/|Ч3 +Л/,м4+Л/,ц5+Л/,игЛ/мп <|)-Л/»ет иг чЗ"Л/»т 1С 1(5-ЛЦЧб=Л(-Л/„л

Л/« 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 оТоТо 0

Л/е =Л/в(,23+Л/^,5, в+Л/'мп

2 Ме Л/е),ад 0 0 0 1 1 1 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0

Л/е45,6 1 1 1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 -1 -1 -1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

- 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 О 0 0 0 0 0

Л/мл = Л/е,,6 + Л/е35 гл/еиз 2Л4<56

К, 2,3 0 0 0 -2 -2 -2 0 0 0 2 2 2 2 2 2 0 0 0

б -2 -2 -2 0 0 0 2 2 2 0 0 0 0 0 0 2 2 2

3, МП N#4 1 0 1 0 1 1 -1 0 -1 0 -1 -1 0 -1 0 -1 0 0

Ме!,6 0 1 1 1 1 0 0 -1 -1 -1 -1 0 -1 0 0 0 0 -1

Л/е3.5 1 1 0 1 0 1 -1 -1 0 -1 0 -1 0 0 -1 0 -1 О

- 0 а 0 0 О 0 0 О 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

Таблица 2.

Таблица коэффициентов для определения мощностных показателей 6-цилиндрового двигателя

№ Мощность N Коэффициенты уравнения

а $ г П ^ € с «, о

1 Эффективная -1 -1 1 1 1 0 " 0 -1

мощность, Ne 2 2 2 0 0

2 Индикаторная -3 -3 0

мощность, Л/,- -2 1 1 0 0 1

3 Условная мощ- -2 1

ность механичес-

ких потерь, Л/мл

4 Индикаторная

мощность /-г0

цилиндра, Ы,щ 0 1 0 -1 0

Л/,«, -1 0 1

Л/, и 2 0 -1 0 1 0 -1 1 0

Ы,и3 -1 0 0 0 0 1 0 0

Л/.Ц4 -1 0 0 0 1 1 -1 0

Л/, „5 0 -1 1 1 0 -1 0 0

„ Л/к, 6 0 0 0 0 0 1 0

Таким образом, методом совмещения сочетаний работающих и отключенных цилиндров применительно к 6-ти цилиндровому двигателю определены рациональные варианты, которые можно разделить на 3 группы:

1. Для проведения полного комплекса парциальных испытаний, т.е. определения индикаторных мощностей каждого цилиндра и мощностных показателей двигателя в целом, необходимо провести семь торможений: пять - с двумя (г„ = 2-2) и два - с тремя выключенными цилиндрами (2п - г-3).

2. Для определения мощностных показателей двигателя в целом Л^А',, Л'.ил необходимо провести пять торможений: три - с двумя (г,,- г-2) и два - с тремя выключенными цилиндрами (7,, ~ 7.-3).

3. Для определения эффективной мощности двигателя Л'(, при заранее определённой условной мощности механических потерь Иц.п необходимо провести два торможения с тремя выключенными цилиндрами (/,.,-- /.-3) -основной вариант парциальных испытании.

При использовании метода поочередного отключения цилиндров, рекомендуемого ГОСТ 14846-81. для определения эффективной мощности и условных индикаторных мощностей каждого цилиндра 6-цилнндрового двигателя необходимо провести, как минимум, 7 догрузок. При использовании предлагаемого метода для определения этих же мощностных показателей необходимо провести тоже 7 догрузок. Кроме того, при одинаковой трудоёмкости парциальный метод позволяет без увеличения числа торможений определить индикаторную мощность Лг,-. условную мощность механических потерь двигателя Аг'мп. т.е. даёт более полную информацию о работе двигателя.

Аналогичным образом получены рациональные варианты совмещения сочетаний работающих и отключенных цилиндров применительно к 8-цилиндровому двигателю.

Основу экспериментального оборудования составил нагрузочный стенд, позволивший осуществить экспериментальную проверку теоретических основ метода парциальных испытаний двигателей с газотурбинным наддувом.

Конструкция испытательного нагрузочного стенда представляет собой сложный диагностический комплекс, состоящий из дизель-генераторной установки, позволяющей максимально приблизить условия нагружения дизеля к эксплуатационным условиям. Испытательный нагрузочный стенд включает в себя: двигатель внутреннего сгорания 6РА4-185. тормозное устройство ГПА-600. электрическую нагрузку (типа КФ-56А). В состав стенда входят следующие системы, система управления и пуска дизеля, система регулирования тормозного момента

на валу дизеля, система контроля и измерения основных рабочих параметров, система измерения нагрузочной мощности, система отключения цилиндров.

Для проведения стендовых и эксплуатационных испытаний дизельных двигателей на режимах перераспределенных цилиндровых нагрузок путём прекращения подачи топлива в цилиндр без нарушения герметичности при монтаже разработана и запатентована система выключения цилиндров (А. с. № 1539371).

В качестве активной электрической нагрузки используются тормозные резисторы, предназначенные для гашения электрической энергии при торможении трактора или автомобиля.

В четвертой главе с целью проверки разработанных теоретических предпосылок и методики определения мощностных показателей применительно к дизельным двигателям с газотурбинным наддувом приведены результаты экспериментальных исследований в лабораторных и эксплуатационных условиях. технология функционального диагностирования двигателей. В соответствии с этим экспериментальные исследования были направлены на решение задач, сформулированных выше.

В соответствии с разработанной методикой проведен комплекс испытаний при поочередном отключении из работы как отдельных цилиндров, так и групп цилиндров. Согласно экспериментальным данным, построены зависимости эффективной мощности дизеля, основных параметров газовоздушного тракта, максимального давления в цилиндре - от числа отключенных цилиндров (рис. 1, 2). По мере увеличения числа отключенных цилиндров наблюдается снижение всех параметров работы дизеля, прежде всего снижается эффективная мощность двигателя. Изменение параметров газовоздушного тракта в конечном итоге влияет на протекание рабочего процесса в работающих и отключенных цилиндрах дизеля, в виде изменения индикаторного, эффективного давления и давления механических потерь, что подтверждается проведенным индицированием цилиндра двигателя.

Влияние числа отключенных цилиндров на эффективную мощность двигателя или степень изменения мощности ктк с возможностью корректировки по давлению наддува представлено на рис. 3 и без корректировки но давлению наддува на рис. 4. Далее, согласно представленной методики, определялись значения эффективной, индикаторной мощности. мощности механических потерь и индикаторные мощности отдельных цилиндров (табл. 3).

Аналогичные результаты получены для 8-цилиндровых двигателей.

6 , . , Рм-10', ■ I

МГЪ |

кгМас | ^ ^

с&мин ***

0 12 3

Рис. 1. Зависимость основных показателей турбокомпрессора от числа отключенных цилиндров: Ры • давление наддувочного воздуха после ТК, МПа: птк - число оборотов ТК, о(5/мии; Оспг - часовой расход воздуха, кг/час; Р$ - давление ОГ на в;:оде в ТК, МПа-, Р) - степень повышения давления; 1)тк- КПД турбокомпрессора; а ■ коэффициент избытка воздуха

0 12 3

Рис. 2. Зависимость эффективной мощности двигателя и максимального давления в цилиндре от числа отключенных цилиндров; Л» - эффективная мощность двигателя, кВт; Р-— максимальное давление в 1-ом цилиндре в работающем состоянии. МПа: Рх/ - максимальное давление в ]-ом цилиндре в отключенном состоянии. МПа

Таблица 3

1><->^.'и.1 .»11.1 цярщшдьньк тньяаимц .иии ;и ол» ¿ДМ-21А

1Ти[1Ш1 Т орлиц мой О 1 ПК «11

№ и 11 Мощносгном пярамгу|) /V* .«льны й метод* метод (ГОСТ 1484Й-81) те.ттьн;1я НОС1Ь

1. >ффск"1111111.111 ЛННЦП'ХТЪ Д ., кНш 791,5 762,9 3.62

г. Индикаторная мощность А', кЯш 979,8 958.3 2,2

3. Услошшя МОЩ1ЮСП. мгхяштских и. Лг".1.,, к^ш 188,3 195,4 3.6

4. ]Ь|Диклт«])11ая мощность У-хо

Ш1Ши1Л|>'| , кБ,г» Ыц 1 166,1 160,6 3,4

Л',,, 156,7 151,3 Д.Л

155,9 152,1 2,5

лг,ч ,, 174,7 166,4 4.9

173,8 167,8 3,4

л:, с 152.6 160,1 4."'

I 1.8

i

1

0.8 0.6 : 0.4 ; 0.2 0

P МПа

1.3 1.25 1 2 1.15 1 1 1.05 1

0.95

•2

2 О Э

1

Рис. 4. Зависимость степени изменения мощности ктк от числа выключенных цилиндров.

Рис. 3. Влияние числа отключенных

цилиндров на давление наддува и

эффективную мощность (степень

изменения мощности):

Рин - давление наддувочного воздуха после

ТК, MTla, kj% - степень изменения

мощности.

испытания в эксплуатационных условиях позволили определить мощность, затрачиваемую на привод дополнительного оборудования, и оценить эффективность работы тормозных резисторов при парциальных

испытаниях. Результаты испытаний использования тормозных резисторов при

парциальных испытаниях без дополнительного

охлаждения (рис. 5).

Для практического применения метода парциальных испытаний предлагается алгоритм функционального диагностирования (рис.6) и разработаны технологические карты.

В_пятой_щаве

подтвердили возможность

приведена экономической тивности парциальных

оценка эффек-применсния испытаний

ЙТ

| на ох.юждагоще-

1'не. 5 Зависимость ко ih'i ю ио '.лу.ча тормозных рс.иеюров о г потерь |енлп и температуры nepei рева иочдуха.

*

для диагностики автомобилей с электромеханической трансмиссией в условиях эксплуатации. Расчёт экономической эффгктивности осуществлялся по разности приведенных затрат. Расчёт экономической эффективности при внедрении данного метода подтвержден реальными технико-экономическими показателями, полученными на ОАО «Разрез Холбольджинский» г. Гусиноозёрска, республика Бурятия.

По данным предприятия, годовой экономический эффект от внедрения парциальных испытаний на предприятии составил 58324.50 руб. в год (12 автомобилей), или 972 руб. на одно диагностирование. Срок окупаемости составил 0.2К года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Теоретические предпосылки полностью подтвердили возможность применения парциальных испытаний с электромеханической догрузкой с учетом неравенства мощностей механических потерь работающих и отключенных цилиндров Ад/я

А' мп-

2. В качестве тормозного устройства используется штатное оборудование трактора или автомобиля (дизель-генераторная установка), обеспечивающее плавную регулировку тормозного момента при постоянном сопротивлении активной электрической нагрузки (тормозных резисторов). Степень догрузки составляет 24-49 % номинальной мощности дизеля. Погрешность определения мощностных показателей двигателя не превышает 4,7 %.

3. Определены рациональные варианты работы двигателя в парциальном режиме, обеспечивающие наименьшую степень нагрузки на тормозные резисторы и наименьшее количество догрузок: а) для 6-цилиндровых двигателей при отключении 2 и 3 цилиндров - 7 догрузок: б) для 8-цилиндровых двигателей при отключении 2д = 3 и 4 цилиндров - 9 догрузок. При использовании эталонных значений мощности механических потерь и давления наддува возможно сокращение числа догру зок до двух. Установлены зависимости влияния газотурбинного наддува на мощностные показатели двигателя в виде корректирующего коэффициента - степени изменения мощности ктк = 1.00-1.25 от числа отключенных цилиндров с возможностью корректировки по давлению наддува.

4. Изготовлена и -«1 патентована конструкция выключателей цилиндров двигателя, пригодная для эксплуатационных условий без конструктивного изменения элементов двигателя и нарушения герметичности топливопроводов при монтаже, позволяющая отключать цилиндры в любых комбинациях.

5. Использование усовершенствованного метода позволяет получить годовой экономический эффект 58324.50 руб. в год по предприятию или 972 руб. на одно диагностирование.

Автор считает своим долгом выразить большую благодарность д-ру тех. наук А.И. Федотову за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. А. с. № 1539371 СССР. Система подачи топлива в цилиндры дизеля / И.П. Терских. В.Р. Булатов, В.А. Арсентьев и др. - Опубл. 30.01.90. Бюл. №4.

2. Арсентьев В.А. Исследование возможности использования тормозных резисторов при парциальных испытаниях дизель-генераторных установок // Тезисы докладов на научно-технической конференции БГСХА - Улан-Удэ, 2000. - С. 39.

3. Арсентьев В.А. Определение электрических характеристик нагрузки для автомобилей с ТЭП // Сборник научных трудов. Серия: Технические науки - Выпуск 7. Том 2 / ВСГТУ,Улан-Удэ,1999.-С.25-28.

4. Булатов В.Р.. Арсентьев В.А., Карпуков В.В. Диагностика автомобилей БелАЗ в условиях карьера: Тезисы докладов XXVIII научной конференции. - Улан-Удэ, 1989. - с. 29.

5. Булатов В.Р., Арсентьев В.А., Карпуков В.В. Оценка мощносгных показателей автомобилей семейства БелАЗ грузоподъемностью 75 т и выше в условиях эксплуатации // Диагностика автомобилей: III Всесоюзная научно-техническая конференция.: Тезисы докладов / Улан-Удэ, 1989. - С. 81.

6. Булатов В.Р., Арсентьев В.А., Карпуков В.В. Парциальные испытания автомобилей семейства БелАЗ // Диагностика автомобилей: III Всесоюзная научно-техническая конференция.: Тезисы докладов / Улан-Удэ, 1989. - с. 80.

7. Нагрузочный стенд для испытания двигателя 6РА4-185 / Булатов В.Р., Арсентьев В.А., Карпуков В.В./1988. - с. 96 - Деп. в ЦНИИТЭИавтопром №7(213)

8. Хантаев Ю.Г., Смолин A.A., Арсентьев В.А Диагностирование автомобилей в условиях эксплуатации: Тезисы докладов XXVI научной конференции. - Улан-Удэ. 1987. - С. 39.

Подписано в печать 18. 04. 2000 г. Формат 60 X 84 1/16.

Усл. п. л. 1.16. уч. - изд. Л. О.8. Тираж 100 экз. С. 146_

РИО ВСГТУ. Улан - Удэ. Ключевская 40. а.

Отпечатано в типографии ВСГТУ. Улан - Удэ. Ключевская. 42.

© ВС! ТУ. 2000 г.

Г