2_Vasilev, Berezjukov диагностика форсунок. Технические инновациивестник ВолГУ. Серия 10. Вып. 2012
 Скачать 490.08 Kb.
|
|
ТЕХНИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ Вестник ВолГУ. Серия 10. Вып. 6. 2012 1 1 В ас и л ье в А .В ., Б ере зю ко в Д .С. , 20 12 УДК 629.431.74 ББК 30 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ФОРСУНОК БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ИХ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ А.В. Васильев, Д.С. Березюков Обосновывается актуальность исследований, направленных на создание эффективных ме- тодов диагностирования электромагнитных форсунок, показана важность динамической произ- водительности форсунок как диагностического параметра. Рассмотрены причины и следствия эксплуатационного изменения инерционности форсунок. Предложена методика диагностирова- ния форсунок по осциллограммам падения напряжения на обмотках электромагнита и приведе- ны результаты ее проведения. Ключевые слова: электромагнитная форсун- ка, динамическая производительность, эксплуа- тационное изменение показателей, временные параметры работы, метод диагностирования. Управление цикловой подачей в двига- телях с впрыском топлива осуществляется преимущественно изменением продолжитель- ности управляющего электрического импуль- са, приходящего на электромагнитную форсун- ку (ЭМФ) от блока управления двигателем. Для того чтобы обеспечить строгое соответ- ствие между величиной длительности управ- ляющего сигнала и количеством подаваемо- го форсункой топлива, необходимо сформиро- вать одинаковые условия протекания процес- сов впрыскивания топлива в каждом рабочем цикле, такие как: перепад давления на клапа- не форсунки, уровень напряжения питания электромагнита форсунки, статическая и ди- намическая производительность форсунки. Однако во время эксплуатации двигателя эти условия могут изменяться из-за воздействия различных неблагоприятных факторов, что приводит к несоответствию продолжительно- сти импульса управления и цикловой подачи и, следовательно, ухудшению энергетических и экологических характеристик двигателя. Не- которые из этих условий (например, уровень напряжения питания) учитываются электрон- ной системой управления двигателем при рас- чете продолжительности импульса управле- ния ЭМФ в каждом рабочем цикле, однако эк- сплуатационные изменения рабочих показате- лей самой форсунки, возникающие вследствие загрязнения и износа ее элементов, никак не компенсируются. К таким рабочим показате- лям относятся статическая и динамическая производительность форсунки, равномерность подачи между форсунками, герметичность по- садки запирающего элемента, дисперсность распыливания, форма топливного факела и сопротивление обмотки электромагнита. По- скольку, как показывает практика эксплуата- ции двигателей с впрыском топлива, загряз- нение и износ элементов ЭМФ составляет более половины неисправностей системы топ- ливоподачи, представляется актуальной зада- ча создания эффективных методов диагнос- тирования топливных форсунок. В настоящее время существуют безраз- борные методы диагностирования ЭМФ, позво- ляющие достаточно эффективно оценить ста- тическую производительность форсунки [2, с. 119; 3, с. 111–113; 4, с. 94–96], которая пред- ставляет собой количество подаваемого фор- ТЕХНИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ 1 2 А.В. Васильев, Д.С. Березюков. Диагностирование электромагнитных форсунок сункой в единицу времени топлива в условиях полного открытия ее запорного элемента и нор- мированного перепада давления на клапане. Однако в связи с импульсным режимом рабо- ты ЭМФ необходимо учитывать переходные процессы открытия и закрытия клапана фор- сунки, ввиду наличия которых реальная продол- жительность открытого состояния ЭМФ не совпадает с желаемой, рассчитанной электрон- ным блоком управления двигателем для обес- печения требуемой цикловой подачи топлива на текущем режиме работы двигателя. Эти переходные процессы оценивают с помощью параметра динамической производительности ЭМФ. На практике широкое распространение получило представление динамической произ- водительности как количества подаваемого форсункой топлива за единичный импульс уп- равления продолжительностью 2,5 мс. Такое значение импульса управления выбрано на том основании, что является сопоставимым по ве- личине с длительностью переходных процес- сов работы ЭМФ, поэтому их эксплуатацион- ное изменение становится легко обнаруживае- мым. Таким образом, динамическая произво- дительность ЭМФ позволяет оценить их инер- ционность, которая особенно важна при работе двигателя на режимах малых цикловых подач, когда запаздывание открытия и закрытия кла- пана форсунки относительно начала и оконча- ния управляющего импульса оказывает значи- тельное влияние на точность дозирования цик- ловой подачи. Наличие временных задержек в работе ЭМФ вызвано тем, что при подаче на обмот- ку клапана форсунки импульса напряжения тяговое усилие электромагнита принимает максимальное значение не сразу, а через не- который промежуток времени. При прекраще- нии подачи управляющего импульса тяговое усилие электромагнита также не обращается мгновенно в нуль, что объясняется экспонен- циальным характером протекания кривых тока в цепи управления ЭМФ при ее замыка- нии и размыкании [5, с. 191–193]. На рисунке 1 приведены характеристика «время-сечение» клапана ЭМФ и показаны вре- менные параметры работы форсунки при пода- че на ее обмотку импульса управления продол- жительностью T ВПР . Из рисунка 1 видно, что весь процесс впрыскивания топлива можно раз- бить на следующие временные интервалы: вре- мя срабатывания клапана форсунки T СРАБ , состо- ящее из времени с момента начала импульса управления до момента трогания иглы T ТР и вре- мени подъема иглы T ПОД , время с момента пол- ного открытия клапана до окончания импульса управления T СТ , время отпускания клапана фор- сунки T ОТП , состоящее из времени залипания T ЗАЛ и времени опускания иглы T ОТП Время срабатывания T СРАБ и время отпус- кания T ОТП определяются конструкцией ЭМФ и не зависят от продолжительности управляю- щего электрического импульса [1, с. 73]. Дан- ные периоды являются неуправляемыми вре- менными параметрами ЭМФ, и при соизмери- Рис. 1. Характеристика «время-сечение» клапана ЭМФ и временные параметры работы: T ВПР – длительность управляющего сигнала от блока управления двигателем; T ТР – время трогания; T ПОД – время подъема иглы; T СТ – время с момента полного открытия клапана до окончания импульса управления; T ЗАЛ – время залипания; T ОП – время опускания иглы; T СРАБ – время срабатывания; T ОТП – время отпускания ТЕХНИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ Вестник ВолГУ. Серия 10. Вып. 6. 2012 1 3 мых значениях с продолжительностью управ- ляющих импульсов их следует отнести к не- желательным явлениям, отрицательно сказы- вающимся на точности дозирования. Так, на- пример, минимальное управляемое время от- рытого состояния клапана, а следовательно, и минимальная цикловая подача, при которой возможно управляемое дозирование, определяется временем отпускания ЭМФ T ОТП , к тому же, чтобы выйти на минималь- ную цикловую подачу, продолжительность управляющих импульсов T ВПР должна быть не меньше времени срабатывания клапана T СРАБ На величину неуправляемых временных параметров ЭМФ оказывают значительное влияние конструкция и материалы магнито- провода, величина массы подвижных деталей форсунки, наличие трения при перемещении этих деталей, амплитуда импульса тока, уп- равляющего работой форсунки, величина про- тиводействующего усилия, а также соотноше- ние между индуктивным и активным сопро- тивлениями цепи управления ЭМФ [1, с. 74]. Эксплуатационные изменения динамичес- кой производительности ЭМФ объясняются из- менением неуправляемых временных парамет- ров, вызванных увеличением трения между ее подвижными элементами и изменением величи- ны рабочего хода запорной иглы клапана, вслед- ствие износа и загрязнения ее деталей, а также ослаблением усилия возвратной пружины. Таким образом, динамическая произво- дительность ЭМФ может быть оценена по ее временным параметрам работы, удобным способом определения которых является по- лучение осциллограмм падения напряжения на обмотке форсунки во время подачи на нее электрического управляющего импульса, на которых видны характерные временные пе- риоды работы. В лаборатории кафедры автотракторных двигателей на разработанном безмоторном стенде [2, с. 118] получены осциллограммы падения напряжения на обмотке для разных типов форсунок с различной наработкой. На ри- сунке 2 представлена такая осциллограмма для топливной форсунки Siemens Deka VAZ20735 двигателя ВАЗ 21124 при продолжительности импульса управления T ВПР = 2,5 мс. На рисунке 3 показаны определенные по осциллограммам падения напряжения на об- мотке электромагнита для комплекта форсу- нок с наработкой 40 тыс. км и новой ЭМФ характерные временные периоды неуправля- емых параметров, эксплуатационные измене- ния которых носят разнонаправленный харак- тер: значения времени срабатывания T СРАБ и времени отпускания T ОТП изменяются как в большую, так и в меньшую сторону относи- тельно значений для новой форсунки. Для оценки динамической производитель- ности форсунок по полученным временным параметрам работы ЭМФ было определено реальное время открытого состояния клапана T ОС по формуле: T ОС = T ВПР – T СРАБ + T ОТП Результаты расчета T ОС для комплекта диаг- ностируемых форсунок в сравнении со значе- нием для новой форсунки придлительности управляющего импульса 2,5 мс показаны на рисунке 4а. Для диагностируемого комплекта форсу- нок также объемным способом были опреде- Рис. 2. Осциллограмма падения напряжения на обмотке ЭМФ во время подачи на нее электрического управляющего импульса T ВПР = 2,5 мс ТЕХНИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ 1 4 А.В. Васильев, Д.С. Березюков. Диагностирование электромагнитных форсунок лены статическая производительность Q СТ и динамическая производительность Q Д , значе- ния которых представлены на рисунке 4б, в. По приведенным на рисунке 4 диаграм- мам видно, что статическая производитель- ность проверяемых форсунок в процессе эксп- луатации изменилась незначительно и находит- ся в пределах допустимых значений, тогда как изменение динамической производительности существенно и неравномерно, что снижает энергетические и экологические показатели двигателя при работе на режимах малых цик- ловых подач и подтверждает необходимость определения этого диагностического парамет- ра в процессе диагностирования ЭМФ. Как показано в данной работе, оценить ди- намическую производительность топливных фор- сунок с минимумом трудовых и временных зат- рат возможно с помощью безразборного мето- да, основанного на снятии осциллограмм паде- ния напряжения на обмотках электромагнита форсунки, определения по ним временных пара- метров работы форсунки и сравнении реального времени открытого состояния клапана с требуе- мым для данного режима работы двигателя. Сочетание такого метода с существующим а б 1 1,88 2 1,91 3 1,93 4 1,97 5 1,95 1,82 1,84 1,86 1,88 1,90 1,92 1,94 1,96 1,98 T СРАБ, мс 1 0,61 2 0,66 3 0,62 4 0,62 5 0,61 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 T ОТП, мс Рис. 3. Временные параметры работы ЭМФ: а –время срабатывания T СРАБ ; б – время отпускания T ОТП : 1, 2, 3, 4 – форсунки из комплекта с наработкой 40 тыс. км; 5 – новая форсунка а б в 1 -6,0 2 -8,0 3 -3,2 4 0,3 5 0,0 -9,00 -8,00 -7,00 -6,00 -5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 Т ОС, % 1 1,09 2 0,0 3 1,09 4 2,72 5 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Q СТ, % 1 -6,94 2 - 11,84 3 -5,31 4 -2,04 5 0,0 -14,00 -12,00 -10,00 -8,00 -6,00 -4,00 -2,00 0,00 Q Д, % Рис. 4. Эксплуатационное изменение параметров ЭМФ: а – реальное время открытого состояния клапана T ОС при длительности управляющего импульса 2,5 мс; б – статическая производительность Q СТ ; в – динамическая производительность Q Д : 1, 2, 3, 4 – форсунки из комплекта с наработкой 40 тыс. км; 5 – новая форсунка ТЕХНИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ Вестник ВолГУ. Серия 10. Вып. 6. 2012 1 5 способом диагностирования ЭМФ по показани- ям датчика давления топлива в нагнетательной магистрали системы топливоподачи [2, с. 119], позволяющего определить статическую произ- водительность и неравномерность подачи, позво- лит комплексно оценить техническое состояние топливных форсунок и повысить эффективность процесса их диагностирования. Следует отме- тить, что реализация указанных методик диаг- ностирования в программе электронного блока управления двигателем позволит существенно расширить возможности системы самодиагно- стики и улучшить эксплуатационные характери- стики двигателей с впрыском топлива. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аппаратура впрыска легкого топлива ав- томобильных двигателей / Ю. И. Будыко [и др.]. – Л. : Машиностроение, 1975. – 192 с. 2. Васильев, А. В. Совершенствование диаг- ностики топливных форсунок двигателей с распре- деленным впрыском / А. В. Васильев, Е. А. Салы- кин, Д. С. Березюков // Решение энергоэкологи- ческих проблем в автотранспортном комплексе : тез. докл. науч.-техн. конф. «5-е Луканинские чте- ния», г. Москва, 14–21 марта 2011 г. – М. : МАДИ, 2011. – С. 118–119. 3. Вереютин, А. Ю. Способ диагностирова- ния электромагнитных форсунок двигателей с впрыскиванием бензина : дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 : защищена 15.07.10 / Алексей Юрьевич Вереютин. – Рязань, 2010. – 143 с. 4. Залознов, И. П. Повышение эффективнос- ти эксплуатации автомобилей за счет обоснования периодичности обслуживания электромагнитных форсунок : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.10 : защи- щена 15.07.03 / Иван Павлович Залознов. – Омск, 2003. – 115 с. 5. Савельев, И. В. Курс общей физики : учеб. пособие для втузов. В 3 т. Т. 2. Электричество и маг- нетизм / И. В. Савельев. – 2-е изд., перераб. – М. : Наука, 1982. – 496 с. IMPROVEMENT OF PETROL ENGINE INJECTORS DIAGNOSTICS ON THE BASIS OF THEIR DYNAMIC PRODUCTIVITY ESTIMATION A.V. Vasilyev, D.S. Berezyukov In this paper the urgency of research to improve petrol engine injectors diagnostics, the importance of the injectors dynamic productivity as the diagnostic parameter is shown. The method for injector diagnosing from the oscillograms of the voltage drop is proposed. Key words: electromagnetic injector, dynamic productivity, timing of the injector, method of injector diagnostics. |