Автореферат диссертации по теме "Улучшение эксплуатационных показателей авторакторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу"
На правах рукописи
Уханов Денис Александрович
УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ХОЛОСТОМ ХОДУ
Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Саратов-2009
003465141
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Научный консультант доктор технических наук, профессор
Загородских Борис Павлович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Цыпцын Валерий Иванович
доктор технических наук, профессор Сенин Петр Васильевич
доктор технических наук, доцент Истомин Сергей Викторович
Ведущая организация
ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»
Защита состоится 24 апреля 2009 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1, ученому секретарю диссертационного совета.
Автореферат разослан «10» марта 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
Н.П. Волосевич
Общая характеристика работы
Актуальность темы. При остановках и стоянках автотракторной техники (тракторов, комбайнов, автомобилей и др.) с невыключенным двигателем последний работает на малых оборотах типового самостоятельного режима холостого хода (РХХ), который из-за пониженных цикловых подач топлива и некачественного смесеобразования характеризуется ухудшенным протеканием рабочего процесса в цилиндрах. Внешними признаками этого безнагрузочного режима являются нестабильная (неустойчивая) работа двигателя, непроизводительный расход топлива, повышенное содержание вредных веществ в отработавших газах и интенсивное нагаро- и смо-лоотложение на деталях и впускном тракте.
Хронометраж времени и замер расхода топлива у различной автотракторной техники при выполнении ими производственных функций показывают, что на типовом самостоятельном РХХ двигатели автомобилей работают 15-30%, с.-х. тракторов 4-29% и зерноуборочных комбайнов 5-16% фонда рабочего времени, сжигая при этом «впустую» (не производя полезной работы) соответственно 7-15%, 6-12% и 5-17% суммарного расхода топлива. В зимних условиях эксплуатации, и особенно в условиях Северных широт, время работы двигателей на РХХ еще более возрастает. Все это приводит к существенным потерям топлива и перерасходу денежных средств.
Таким образом, на самостоятельном РХХ двигатель расходует топливо, но при этом автотракторная техника полезную работу не выполняет. Однако этот режим объективно присущ поршневым ДВС, поэтому улучшить показатели самого двигателя и эксплуатационные показатели автотракторной техники можно только за счет принципиально новых подходов к реализации режима холостого хода.
В связи с этим исследования, направленные на улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники путем совершенствования работы двигателей на холостом ходу являются актуальными и практически значимыми для экономики страны и аграрного производства в частности.
Работа выполнена в соответствии с программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 - 2010 г.г., по плану НИОКР Пензенского центра Поволжского отделения ООО «Российская академия транспорта», ФГОУ ВПО «Саратовский аграрный университет им. Н.И. Вавилова» и ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» при техническом содействии ОАО «Тракторная компания «Волгоградский тракторный завод», ГУП «Терновкаагросервис» г.Пенза, ООО «Евросервис-Беково» Пензенской области и Министерства сельского хозяйства Самарской области.
Цель исследований - улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники путем совершенствования работы двигателей на холостом ходу за счет управляющих воздействий на орган топливоподачи, обеспечивающих периодически повторяющиеся такты отключения и такты включения подачи топлива.
Объект исследования - процесс работы тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей в типовом и экспериментальном режимах самостоятельного холостого хода.
Предмет исследований — технико-экономические показатели двигателей на холостом ходу (дизели 44 11/12,5 (Д-240), 4ЧН 13/14 (Д-440), 6ЧН 12/14 (СМД-31А), 84 13/14 (ЯМЭ-238М2), бензиновые карбюраторные двигатели 44 9,2/9,2 (УМЗ-414, ЗМЗ-402) и 44 7,6/8 (ВАЗ-2ЮЗ), бензиновый впрысковый двигатель 44 8,2/7,1 (ВАЗ-2111)) и эксплуатационные показатели автотракторной техники (тракторы МТЗ-80 и ДТ-75М, з/у комбайн ДОН-1500, автомобили МАЭ-53366, ГАЭ-33021, ВАЗ-21061 иВАЗ-2112).
Научная проблема заключается в обобщении, систематизации и обосновании экспериментального режима холостого хода, улучшающего эксплуатационные показатели автотракторной техники.
Научную новизну работы представляют:
• способ работы двигателей автотракторной техники на режиме самостоятельного холостого хода;
• математическая модель управления работой двигателя в экспериментальном режиме холостого хода;
• расчетно-теоретическое обоснование параметров управляющих воздействий и показателей рабочего процесса двигателей в экспериментальном режиме холостого хода;
• критерии выбора нижнего значения интервала изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя в цикле экспериментального режима холостого хода;
• системы автоматического управления тракторными, комбайновыми и автомобильными двигателями в экспериментальном режиме холостого хода;
• эксплуатационные показатели автотракторной техники с учетом работы двигателей на экспериментальном режиме холостого хода.
Новизна способа работы двигателей автотракторной техники на холостом ходу и устройств для его осуществления подтверждена патентами РФ на изобретения № 2170914, № 2204730, № 2296236, № 2302542.
Практическая значимость работы. Системы автоматического управления, реализующие разработанный способ (экспериментальный режим), позволяют существенно повысить эффективность работы автотракторной техники и улучшить технико-экономические и экологические показатели тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей на холостом ходу.
При работе дизеля Д-240 трактора МТЗ-80 на экспериментальном режиме холостого хода (п =400 мин'1) часовой расход топлива снижается в 2,2 раза, общая загрязненность поверхности поршней — 1,9 раза, содержание продуктов износа в моторном масле на 10,4%, интенсивность закоксовывания распылителей форсунок - 4,6%, содержание в отработавших газах оксида углерода, углеводородов и оксидов азота -20...50% по отношению к типовому режиму (л = 800 мин"1). При этом погектарный и производительный расход топлива трактора, работающего с использованием экспериментального РХХ, уменьшился соответственно на 0,3 кг/га и 0,25 кг/мото-ч.
У дизеля СМД-31А зерноуборочного комбайна ДОН-1500 на эксплуатационных режимах с использованием экспериментального РХХ (п=600 мин'1) суммарный расход топлива снижается в 1,09 раза, расход топлива на единицу выполненной работы комбайном на 0,01 кг/ц и 0,5 кг/га по сравнению с работой дизеля с использованием типового РХХ (п =800 мин"1). При этом на экспериментальном РХХ концентрация в отработавших газах оксида углерода и углеводородов снижается в 1,2-1,4 раза по отношению к работе дизеля на типовом РХХ.
При работе дизеля ЯМЭ-238М2 автомобиля МАЗ-53366 на экспериментальном РХХ (п =600 мин"1) часовой расход топлива снижается в 1,3 раза, содержание оксида углерода в отработавших газах на 14% по отношению к типовому РХХ (п=600 мин"). При этом путевой и транспортный расходы топлива с использованием типового РХХ составили соответственно 39,37 л/100 км и 4,54 л/100т-км, а с использованием экспериментального РХХ - 38,96 л/100 км и 4,49 л/100т • км.
У двигателя ЗМЗ-402 автомобиля ГАЭ-33021, карбюратор которого оснащен электропневматическим клапаном ЭПХХ, при работе на экспериментальном РХХ (п=800 мин'1) часовой расход топлива снижается на 8...22% (в зависимости от типа системы зажигания) по сравнению с работой двигателя на типовом РХХ (п =800 мин"1).
У двигателя BA3-2103 автомобиля ВАЗ-21061, карбюратор которого оснащен электромагнитным клапаном ЭПХХ, часовой расход топлива на экспериментальном РХХ (п =850 мин"1) снижается на4... 10%(в зависимости от типа системы зажигания) по сравнению с типовым РХХ ( п = 850 мин'1).
Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями дизельных и бензиновых двигателей в стендовых и эксплуатационных условиях с использованием тензотермометрической и осциллографической аппаратуры, контрольно-измерительных приборов и разработанных средств для воспроизведения экспериментального режима холостого хода на различной автотракторной технике. В работе применялись основные положения теории поршневых ДВС и эксплуатации машинно-тракторного парка, теории автоматизации быстропротекающих процессов с обработкой опытных данных на ПЭВМ.
Реализация исследований. Разработанный способ работы двигателей на режиме самостоятельного холостого хода и устройства для его осуществления (системы автоматического управления) внедрены в ОАО «Тракторная компания «Волгоградский тракторный завод» и в агропредприятиях Пензенской и Самарской областей.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на постоянно-действующих международных семинарах по проблемам эксплуатации ДВС и улучшению их показателей Санкт-Петербургского ГАУ (2000, 2002 и 2003г.г.) и Саратовского ГАУ (2002, 2006, 2007, 2008г.г.), научно-технических конференциях Пензенской ГСХА (2001-2007г.г.), Самарской ГСХА (2001, 2002, 2005, 2008г.г.) и Чебоксарского института (филиала) МГОУ (2005г.), международных научно-технических конференциях Мордовского государственного университета (2002г.), Пензенского государственного университета (2000, 2001г.г.), Пензенской ГАСА (2000, 2002г.г.), Приволжского Дома знаний (2000г.), научно-практических конференциях вузов Поволжья и Предуралья (2004, 2005г.г.), Всероссийских НПК Ульяновской ГСХА (2008г.) и Московского ГАУ (2008г.).
Системы автоматического управления работой двигателей автотракторной техники на экспериментальном РХХ экспонировались на V, VI и VII Всероссийской выставке «НТТМ-2005», «НТТМ-2006» и «НТТМ-2007» (г. Москва - ВВЦ), IV Ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов Приволжского Федерального округа (г. Саранск, 2006г.), VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (ВВЦ, 2007г.), I Инновационном форуме Пензенской области (2007г.), областных и городских выставках г.Пензы (2000-2003, 2007г.г.), где отмечены медалью и дипломами.
Публикации результатов исследовании. По результатам исследований опубликовано 67 печатных работ, в т. ч. 13 статей в изданиях, указанных в «Перечне ... ВАК», получено 4 патента РФ, в т.ч. 2 патента на способ и устройство. Общий объем публикаций составляет 25,9 пл., из них 13,4 п.л. принадлежит соискателю.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 316 наименований (в т.ч. 9 на иностранных языках) и приложения на 64 страницах. Работа изложена на 386 страницах, содержит 187 рисунков и 39 таблиц.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
• способ работы двигателей автотракторной техники на режиме самостоятельного холостого хода;
• математическое описание процесса управления работой двигателей автотракторной техники в экспериментальном режиме холостого хода;
• расчетно-теоретическое обоснование состава топливовоздушной смеси, показателей рабочего процесса двигателей и эксплуатационных показателей автотракторной техники в экспериментальном режиме холостого хода;
• параметры управляющих воздействий на орган топливоподачи и конструктивные варианты систем автоматического управления двигателей автотракторной техники в экспериментальном режиме холостого хода;
• технико-экономические и экологические показатели (индикаторная мощность, удельный индикаторный расход топлива, износ, виброколебания, лаконагарные отложения; часовой, погектарный, путевой и транспортный расходы топлива, расход масла на угар; дымность, содержание в отработавших газах углеводородов, оксидов углерода и азота) двигателей автотракторной техники при их работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, изложены научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
В первом разделе «Особенности работы тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей на типовом режиме самостоятельного холостого хода» рассмотрены особенности работы двигателей на типовом режиме самостоятельного холостого хода, выполнен обзор и анализ существующих способов улучшения работы двигателей на холостом ходу, а также устройств для их осуществления.
Известные способы и устройства не нашли широкого применения на автотракторной технике с.-х. назначения, так как они не улучшают в комплексе основные технико-экономические и экологические показатели двигателя в РХХ и, особенно, на малых частотах вращения коленчатого вала (к.в.).
Проблемная ситуация заключается в том, что на типовом РХХ, в связи с отсутствием внешней нагрузки (момента сопротивления) на коленчатом валу, вся индикаторная работа (А() от сгораемого топлива расходуется на преодоление механических потерь двигателя, т.е. А; = Амп. Величина работы механических потерь (Амп) на пониженных частотах вращения к.в. имеет небольшое значение, поэтому для обеспечения такой же по величине индикаторной работы требуются малые подачи топлива за рабочий цикл двигателя, В свою очередь, из-за малых цикловых подач топлива ухудшаются процессы смесеобразования и сгорания топливовоздушной смеси, что негативным образом сказывается на показателях двигателя и, как следствие, на эксплуатационных показателях автотракторной техники.
Для решения этой проблемы предлагается экспериментальный РХХ, на котором работа двигателя осуществляется периодически повторяющимися циклами, состоящими из тактов включения подачи топлива (тактов разгона) и тактов полного отключения подачи топлива (тактов выбега). Такой режим позволяет перераспределить индикаторную работу по тактам: на такте разгона за счет повышенной цикловой подачи топлива (по сравнению с типовым РХХ) обеспечивается ее прирост на величину работы, затрачиваемой на преодоление сил инерции (Аи) подвижных деталей двигателя (А'; = Амп + Аи = Амп +1 -(со2/2^), т.е. на накопление кинетической энергии; на такте выбега за счет нулевой цикловой подачи топлива индикаторная работа равна нулю (А| =0, -Амп = Аи), т.е. кинетическая энергия, накопленная в такте разгона, расходуется на преодоление механических потерь. Следовательно, на такте выбега рабочий процесс в двигателе не осуществляется, однако за это время цилиндры прак-
тически полностью очищаются от отработавших газов и они лучше подготовлены к осуществлению рабочего процесса в такте разгона. На такте разгона рабочий процесс двигателя осуществляется с повышенными цикловыми подачами топлива при незначительном присутствии в цилиндрах остаточных газов, что способствует более качественному смесеобразованию и полному сгоранию топливовоздушной смеси.
Таким образом, периодически повторяющиеся такты отключения и такты включения подачи топлива создают условия для совершенствования работы двигателей на холостом ходу и улучшения эксплуатационных показателей автотракторной техники. При этом важной составляющей этой научной проблемы является теоретическое обоснование закономерностей перемещения органа топливоподачи и параметров управляющих воздействий, которые обеспечивают работу двигателя на экспериментальном режиме.
Существенный вклад в разработку способов и устройств для улучшения работы двигателей в РХХ внесли A.B. Николаенко (ЛСХИ-СПбГАУ), В.Д. Дудышев (РЭА), В.М. Архангельский, Б.С. Стечкин (МАДИ-ГТУ), Б.Д. Ефремов (СПбГАУ), N.A. Ger-shenfeld (General Motors), C.B. Тимохин (ПГСХА) и другие исследователи.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1. Разработать способ работы двигателей автотракторной техники на режиме самостоятельного холостого хода.
2. Математически описать процесс управления работой двигателей в экспериментальном режиме холостого хода и теоретически обосновать параметры управляющих воздействий на орган топливоподачи двигателей.
3.Разработать критерии выбора нижнего значения интервала изменения частоты вращения коленчатого вала в цикле экспериментального режима холостого хода.
4. Разработать, изготовить и исследовать в лабораторных и эксплуатационных условиях системы автоматического управления тракторными, комбайновыми и автомобильными двигателями в экспериментальном режиме холостого хода.
5. Выполнить моторные исследования дизельных и бензиновых двигателей при работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода по показателям рабочего процесса, топливно-экономическим, экологическим, лаконагарным, износным и вибрационным показателям.
6. Проанализировать и оценить результаты эксплуатационных исследований автотракторной техники с учетом работы двигателей на экспериментальном режиме холостого хода.
7. Экономически обосновать и внедрить в производство результаты теоретических, опытно-конструкторских и экспериментальных исследований.
Во втором разделе «Теоретическое обоснование экспериментального режима самостоятельного холостого хода двигателей автотракторной техники» на основе анализа научной информации и литературных источников разработан новый способ работы двигателей на режиме самостоятельного холостого хода, обеспечивающий в комплексе улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники.
Сущность способа заключается в том, что при остановках и стоянках автотракторной техники при отпущенной педали акселератора (или при установке рычага управления подачей топлива в положение минимальной подачи) работа двигателя на экспериментальном режиме осуществляется периодически повторяющимися тактами полного отключения и тактами включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) в области пониженных частот вращения к.в. холостого хода за счет автоматического возвратно-поступательного перемещения органа управления топливоподачей (рейки или дозатора ТНВД, рычага РЧВ, скобы останова двигателя, иглы электромагнитной форсунки, клапана ЭПХХ - экономайзера принудительного холостого хода и
т.п.) по определенному закону. При этом подача топлива на такте включения обеспечивается в количестве, требуемом для его полного сгорания на пониженной частоте вращения к.в.
Пониженной частотой вращения к.в. (или УСКВ - угловой скоростью) на холостом ходу является:
а) для дизельных двигателей - средняя частота вращения к.в. (п) из интервала ее изменения от некоторого верхнего значения в начале такта отключения подачи топлива, т.е. в начале такта выбега (например, пв =500...800 мин"1 или ю, =52...84 с"1, которая характерна для типового РХХ на минимально-устойчивой частоте вращения к.в., задаваемой заводом-изготовителем) до некоторого нижнего значения в начале такта включения подачи топлива, т.е. в начале такта разгона (например, пн ^ 300 мин"1 или а>2 & 32с"1, которая несколько превышает пусковую частоту), тогда п = (пв + пн )/2 = (500+300)/2 = 400 мин"1 или ю = Ц+ю2)/2 = (52 + 32)/2 = 42 с"1;
б) для бензиновых двигателей - частота вращения к.в., соответствующая (равная или несколько меньшая) минимально-устойчивой частоте вращения, задаваемой заводом-изготовителем.
По времени такты отключения и такты включения подачи топлива у дизелей более продолжительные (0,3... 1,1 с), чем у бензиновых двигателей (50... 250 мс).
Пониженная частота вращения к.в. на холостом ходу приводит к уменьшению работы (Амп), затрачиваемой на преодоление механических потерь двигателя и, как следствие, к снижению расхода топлива. Объясняется это тем, что работа Амп на определенном скоростном РХХ пропорциональна мощности механических потерь (^мп)> а в конечном итоге - УСКВ или частоте вращения к.в. (со = 0,105- п), что следует из соотношения
Амп=^п-* = Ммп-т-1 = (а + Ь-ш)-м-1 = /(ш,со2И, (1)
где I - время работы, ч; Ммп - момент механических потерь Н-м; а, Ь - коэффициенты уравнения Ммп = (а+Ь-ш); /(ш,ш2)-функция от частоты вращения к.в.
Этот способ работы ДВС на пониженных скоростных режимах холостого хода получил название экспериментальный режим самостоятельного холостого хода.
К несомненным преимуществам предлагаемого способа относятся его универсальность по отношению к различным типам двигателей и простота реализации на автотракторной технике с помощью малогабаритных и недорогих устройств - систем автоматического управления (САУ).
В зависимости от типа двигателя и практической реализации предложенного способа на том или ином виде автотракторной техники математическое описание процесса управления работой двигателей в экспериментальном РХХ и теоретическое обоснование параметров управляющих воздействий на орган топливоподачи имеют свои особенности.
дизельный двигатель
На основе динамической модели системы «КШМ - маховик» (рис. 1) рассмотрены моменты, действующие в дизеле на РХХ. В результате взаимодействия индикаторного момента ( М () и момента механических потерь ( М мп ) образуется их разность (М;-Ммп), результирующая которой представляет собой эффективный крутящий момент двигателя (Ме), равный динамическому моменту, т.е. Ме = Мд = Ьёш/Л.
Рисунок 1 - Динамическая модель системы «кривошипно-шатунный механизм - маховик»: 1П - момент инерции поступательно движущихся масс КШМ, приведенный к коленчатому валу; 1В, 1м - моменты инерции вращающихся масс КШМ и маховика; М; - индикаторный момент; Ммп- момент механических потерь; Мд - динамический момент
На типовом РХХ дизеля среднее значение угловой скорости коленчатого вала (УСКВ) со = const, а угловое ускорение е = dco/dt = 0. В этом случае уравнение равновесия, приложенных к коленчатому валу (к.в.) моментов, выражается уравнением динамики ДВС
Me=Mj-MMn=I-(do)/dt)=0, (2)
тогда Mi = Ммп. (3)
Следовательно, на типовом РХХ индикаторный момент двигателя затрачивается на преодоление момента механических потерь, величина которого на пониженных скоростных режимах имеет небольшое значение, в связи с чем цикловая подача топлива также будет иметь малую величину, так как Mj = /(gu).
На экспериментальном РХХ за счет последовательно чередующихся тактов отключения и включения подачи топлива (тактов выбега и разгона) уравнение динамики ДВС будет описываться выражением
Me = Mi-MMn=b(dM/dt)=I-, (4)
откуда Mj =Ммп+I-(dco/dt). (5)
Следовательно, на экспериментальном РХХ индикаторный момент двигателя затрачивается не только на преодоление момента механических потерь, но и на составляющую I-(dco/dt), представляющую собой динамический (нагрузочный) момент (Мд), величина и направление которого при постоянном моменте инерции (I) зависит от величины и знака углового ускорения. При этом на тактах разгона обеспечиваются, по сравнению с типовым РХХ, повышенные (более чем вдвое) цикловые подачи топлива и нулевые подачи при выбеге, что обеспечивает соответственно лучшие условия впрыскивания топлива и очистки цилиндров от отработавших газов.
Из уравнения (5) следует, что при повышенных цикловых подачах топлива индикаторный момент превышает момент механических потерь (Mj > Ммп) на величину (I dco/dt) и в пределах такта разгона появляется обратный динамический момент (М§), равный по величине эффективному моменту (Ме = Mj -Ммп), т.е.
Mi-MMn=I.(dm/dt) = MS=I-Bp. (6)
При отключении подачи топлива индикаторный момент отсутствует (М, = 0) и в пределах такта выбега действует прямой динамический момент (Мд), равный по величине и обратный по направлению моменту механических потерь, т.е.
~Ммп = I-(dco/dt)= Мд = 1-ев. (7)
Комплекс последовательных тактов разгона и тактов выбега инерционной системы «КШМ - маховик» в выбранном интервале УСКВ (от нижнего Ш] до верхнего ©2 пределов и наоборот от ш2 ДО ®i) образует цикл экспериментального режима (ЦЭР) холостого хода. Многократное повторение ЦЭР в области пониженных УСКВ обеспечивает работу дизеля на экспериментальном РХХ.
Появление на таете разгона экспериментального РХХ динамического момента, соответствующему нагрузке по среднему эффективному давлению Ре =0,1-0,3 МПа, положительно сказывается на протекании рабочего процесса дизеля.
В результате анализа различных вариантов реализации ЦЭР установлено, что в наибольшей степени для холостого хода применим ЦЭР с постоянным динамическим
моментом при разгоне Mjj = const или Ер = const (рис. 2), что обеспечивается постоянством цикловой подачи топлива на протяжении всего такта разгона. При этом ускорение и время свободного выбега св = (0,4...0,8)ср и tB =(l,2...2,3)tp.
1Ц - время ЦЭР (Чц = 1р + в, 1р,1в- время разгона и выбега), И - ход рейки ТНВД, а - угол поворота рычага РЧВ
Изменение динамического момента дизеля в пределах ДЭР отражается нагрузочной математической моделью
^[мгммп, 0<t<tp. dt [-Ммп, tp<t<tu.
Проинтегрировав составляющие выражения (8) по времени получим скоростную математическую модель дизеля в пределах ЦЭР
wi+fp-t, 0<t5tp,
2+ij.exp{.|.(t-tp)}-J, tp<t<tu, (9)
где Ш],Ш2 - нижний и верхний пределы УСКВ, с"1; ср - среднее ускорение к.в. на такте разгона, с'2; a, b - коэффициенты уравнения Ммп =(a + b-ca); tu- время ЦЭР (tu=tp+tB; tp,tB - время разгона и выбега), с; t - текущее время, с.
Таким образом, на такте разгона УСКВ возрастает от cj до щ по линейному закону, а на такте свободного выбега от ш2 до coj - экспоненциальному (см. рис. 2).
Параметры ЦЭР (угловая скорость и угловое ускорение к.в.) и управляющих воздействий (ход рейки ТНВД и угол поворота рычага РЧВ) можно определить решением системы дифференциальных уравнений собственно дизеля и центробежного регулятора частоты вращения (РЧВ) относительно того или иного искомого параметра при заданных начальных условиях и ограничениях".
jdw/dt = (М; - Ммп )/1 (1о)
jdVdt2 = [- Е + С - и • (dh/dt)]-/1, где Е - восстанавливающая сила РЧВ [E = /(h,a)], Н; С - поддерживающая сила
РЧВ jc = /(h,co2)] , Н; v- коэффициент вязкостного трения; ц - приведенная к муфте РЧВ масса движущихся деталей, г, а-угол поворота рычага РЧВ, град; h - перемещение (ход) рейки ТНВД [h = /(Mj,>)] , мм.
При управлении ЦЭР с воздействием на рейку ТНВД линейным (электромагнитным) исполнительным механизмом (ИМ), закономерности ее перемещений определяются путем решения системы (10), дополненной силой ИМ, приведенной к муфте РЧВ (FHM = /(h), а также массой подвижных деталей ИМ (цим), численным методом:
id®/dt = (Mj - Ммп) Д (п)
Id2 h/dt2 = f-E + С - v • (d h/dt) + FHM ]/(/, + //,ш).
В результате решения системы уравнений (10) и (11) находятся искомые зависимости а = /(tp) и h = /(tp) в интервале изменения УСКВ от Ш| до щ при ёр = coast, которые определяют характер изменения угла поворота рычага РЧВ (а) и
перемещения рейки ТНВД (h) в соответствии с законом теоретического ЦЭР (рис. 2).
Закономерности управляющих воздействий в ЦЭР, определенные решением систем (10) и (11), в общем виде описываются управляющими моделями-
а) с воздействием на рычаг центробежного РЧВ а
«2 =a + bt + ct2, Oststp
б) с воздействием на рейку ТНВД
Ь= Р (13)
где а, Ь, с — коэффициенты, постоянные для каждого скоростного режима
Результаты расчетов параметров управляющих воздействий на такте разгона в ЦЭР применительно к дизелю Д-240 (44 11/12,5) приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Расчетные параметры управляющих воздействий на орган топливоподачи тракторного дизеля Д-240 (44 11/12,5)
Параметры управляющих воздействий при разгоне Ускорение разгона в интервале изменения частоты вращения к.в.
Bp =31,7 с2 от пн =300 до пв =500 мин'1 ер = 77,3 с 2 от пн =600 до пв = 1000мин'
аг, град а = a+bt0 +ctg, t0 = t/tp- относительное время разгона
а=7,0 Ь=3,1 с=0,6 а=9,0 Ь=3,4 с=0,9
И, мм 6,3 6,1
Таким образом, для осуществления на дизеле экспериментального РХХ необходимо в начальный момент времени на такте включения подачи топлива (на такте разгона) при со = Ю] = const установить рычаг РЧВ в положение ах, обеспечивающее выход рейки ТНВД в исходное положение (h[), а затем повернуть его по закону параболы до достижения угла а2 При этом рейка ТНВД переместится в положение h2, а УСКВ повысится до ш2. ^ конце такта разгона, при достижении угла а2, необходимо изменить направление поворота рычага РЧВ на противоположное. При этом, вследствие уменьшения восстанавливающей силы (Е), рейка ТНВД переместиться в положение h|, соответствующее выключенной подачи топлива (такту выбега), а УСКВ понизится с (о2 Ш1 •
Общий характер перемещения рычага РЧВ (кривая а), рейки ТНВД (кривая h), а также протекания кривых углового ускорения (е) и УСКВ (со) в цикле экспериментального режима представлены на рисунке 2. Рассмотренные теоретические законы необходимо учитывать при проектировании и конструировании устройств для воспроизведения экспериментального РХХ на автотракторной технике.
На типовом РХХ из-за ухудшенного процесса смесеобразования при малых цикловых подачах топлива коэффициент избытка воздуха у дизеля Д-240 достигает а =5,0...5,7; на экспериментальном РХХ из-за повышенных цикловых подач топлива на такте разгона качество смесеобразования улучшается, что приводит к снижению коэффициента избытка воздуха до а =2,0...2,7.
Так как такт разгона дизеля на экспериментальном РХХ осуществляется с постоянной цикловой подачей топлива (рейка ТНВД стоит на «упоре»), причем с завышен-
Tlv=^=_, ,, " , _3, (15)
ной gUj = gyT -(ty/tp) по отношению к подаче на типовом РХХ, а в такте выбега подача топлива полностью отключается (цилиндры лучше очищаются от отработавших газов), то в первую очередь это влияет на величину коэффициента избытка воздуха (а) и коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом (tiv). В конечном итоге все это скажется на показателях рабочего процесса.
В качестве примера был теоретически исследован рабочий процесс безнадцув-ного дизеля ЯМЗ-2Э8М2 (84 13/14) автомобиля MA3-53366 в экспериментальном и типовом режимах холостого хода (с использованием программы Дизель-РК, переложенной на MahtCAD 2001 RUS). При этом коэффициенты а и riv предварительно рассчитывались по известным формулам с учетом вышеуказанных особенностей работы дизеля на сравниваемых режимах.
Коэффициент избытка воздуха
« = 7^V =----(14)
GT-/0 30-n-z-gu -/0 -10
где GB, GT - действительный расход воздуха и топлива, кг/ч; /0-теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг; п - частота вращения к.в. на РХХ, мин'1; z-число цилиндров двигателя; gu-цикловая подача топлива, г/цикл.
Коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом
GB __Gg
Ght 30Vh-n-pB-10" где GBT - теоретический расход воздуха, кг/ч; Vh - рабочий объем двигателя, л; рв -плотность воздуха, кг/м3.
Расчеты показывают, что в зависимости от скоростного режима (600-800 мин"1) на типовом РХХ из-за ухудшенного процесса смесеобразования при малых цикловых подачах топлива коэффициент избытка воздуха достигает а =4,4-4,8, a коэффициент наполнения T)v =0,70-0,76; на экспериментальном РХХ из-за повышенных цикловых подач и улучшения качества смесеобразования коэффициент избытка воздуха снижается до а = 1,8-2,1, а коэффициент наполнения возрастает до tiv = 0,70-0,80.
Изменение коэффициента а и t|v сказывается не только на показателях рабочего процесса дизеля, но и на индикаторных и эффективных показателях, расчет которых производится по общепринятым методикам.
Важным моментом при практическом использовании экспериментального РХХ является оценка уровня виброколебаний дизеля и определение нижнего значения частоты вращения к.в. в начале такта разгона (или в конце такта выбега). В основном у дизеля, установленного на автотракторную технику, наблюдается два вида колебаний: линейные и крутильные.
Линейные колебания, вызываемые тактами выбега и разгона на экспериментальном РХХ дизеля, относятся в основном к вынужденным колебаниям, которые возникают в результате воздействия на него периодических возмущающих сил. При этом сопутствующими свободными колебаниями и свободно сопровождающими колебаниями пренебрегают в связи с практически мгновенным их затуханием.
Уравнение мгновенных (вынужденных) колебаний дизеля и его решение имеют
вид: q + 2nq + r2q = hsin(pt); (16)
где ц - отклонение (перемещение) дизеля от центра инерции, 10'3 м; г - собственная частота колебаний дизеля, Гц; Ь - амплитуда возмущающей силы; р - число полных циклов изменения возмущающей силы за 2л секунд; п - коэффициент сопротивления, отнесенной к единице массы дизеля; I - время, с; е- угол сдвига фаз, град.
Из анализа формулы (17) следует, что линейные колебания дизеля при наличии сопротивлений происходят с частотой возмущающей силы; амплитуда вынужденных линейных колебаний от начальных условий и времени не зависит; в вынужденных колебаниях с сопротивлением всегда имеет место сдвиг фазы.
Уравнение крутильных колебаний дизеля и его решение (без связей с внешней средой) имеют вид = А^ эн^см); (18)
где амплитуда основной гармоники (максимальное значение) опрокидывающего
момента, Н • м; <рр - угол поворота дизеля относительно центра момента инерции при
отсутствии связей с внешней средой, с'2; 1х - момент инерции дизеля, Н-м-с2; <яв-круговая частота возмущения (частота вынужденных колебаний от действия опрокидывающего момента), с'1.
Из формулы (19) следует, что чем меньше амплитуда возмущающего фактора (опрокидывающего момента), выше частота возмущения и больше по массе дизель, тем меньше амплитуда колебаний.
Действительная амплитуда колебаний при резонансе, когда силы инерции уравновешивают силу упругости подвески дизеля, а возмущающему воздействию противостоит только сила трения подвески, зависит от того, насколько быстро проходит дизель через резонанс, т.е. от темпа нарастания или убывания угловой скорости к.в.
Зная частоту собственных (/с) и вынужденных (/„) колебаний, можно определить частоту вращения к.в. двигателя ( пр), при которой наступает резонанс:
где р - порядок основной гармоники опрокидывающего момента двигателя (для четырехтактных двигателей с равномерным чередованием рабочих ходов р = г/2, г -число цилиндров двигателя).
Следовательно, резонансная частота собственных и вынужденных колебаний дизеля может являться одним из критериев при выборе нижнего значения (пн) интервала изменения частоты вращения к.в. (пн... пв) при осуществлении экспериментального РХХ.
Исследования показывают, что для комбайнового дизеля СМД-31А (6ЧН 13/14) характерны две преобладающие частоты собственных колебаний: /1 = 3,5 ...4 Гц, /г = 13,5... 14,5 Гц. Тогда максимальная резонансная частота вращения к.в. дизеля будет равна пр = 60-14,5/3 = 290мин"\ Таким образом, для экспериментального РХХ допустимое значение частоты вращения к.в. в начале такта разгона (или в конце такта выбега) должно превышать пн >290 мин"1.
/в //с = Р •п р /60/с , отсюда п р = 60/с /р,
карбюраторный бензиновый двигатель (карбюратор оснащен э.ч ектроп неамати ч еским клапаном ЭПХХ)
На малых оборотах типового РХХ ухудшается распиливание и испарение топлива в карбюраторе вследствие небольших скоростей воздушного потока в диффузоре и каналах системы холостого хода Кроме того, с прикрытием дроссельной заслонки в цилиндрах увеличивается количество продуктов сгорания, которые остаются после предшествующего рабочего цикла. Для устойчивой работы двигателя на РХХ карбюратор, обычно, регулируют на обогащенный состав смеси с коэффициентом избытка воздуха от а = 0,6...0,86 (для старых моделей карбюраторов типа К-126) до а = 0,82. ..0,96 (для новых моделей карбюраторов типа К-151). Однако, это способствует увеличению эксплуатационного расхода топлива и концентрации вредных веществ в отработавших газах. Поэтому мероприятия по совершенствованию работы карбюраторных двигателей на РХХ должны быть направлены на улучшение процесса смесеобразования в карбюраторе и на изменение состава топливовоздушной смеси (TBC) в сторону ее обеднения.
Достичь этого можно путем перевода работы двигателя на режим периодически повторяющихся кратковременных циклов, состоящих из тактов отключения и тактов включения подачи TBC через выходной канал системы холостого хода (СХХ) карбюратора. В свою очередь, циклы осуществляются за счет закрытия и открытия канала СХХ штатным электропневматическим клапаном карбюратора при его возвратно-поступательном перемещении по определенному закону (рис.3), зависящему от временных параметров управляющих импульсов (длительности и паузы). Совершая «насосные ходы» клапан обеспечивает динамическую пульсацию и повышенную скорость потока TBC в каналах СХХ карбюратора. При этом изменяется соотношение между расходом воздуха и топлива через соответствующие жиклеры и каналы СХХ, а динамическая пульсация потока смеси способствует более качественному смесеобразованию. Кроме того, в карбюраторе, за счет задроссельного смешивания TBC с воздухом, поступающим через атмосферный штуцер клапана в момент начала открытия выходного канала СХХ, происходит дополнительное обеднение смеси.
Рисунок 3 - Характеристика перемещения клапана системы холостого хода
карбюратора в цикле экспериментального режима Закономерности перемещения клапана в зависимости от времени подачи импульса управления в ЦЭР карбюраторного ДВС описываются системой уравнений:
0, при тп ^ Т; < XI
8шах18°. ПРИ Т1 - - х2
• Бтах, прит2<^<тн . (21)
0, при Тд < Т; < Тп
где S(Tj)- перемещение клапана в i-пернод времени, мм; Smax- максимальное перемещение клапана, мм; т,- - время подачи импульса, мс; тм- время, в течение которого клапан открыт (время импульса), мс; ц — время задержки импульса, мс; Т2~ время до полного открытия, мс; 13- время обратного движения клапана, мс; тп- время, в течение которого клапан закрыт (время паузы между импульсами), мс; О - угол наклона ветви при открытии клапана, град; 3 - угол наклона ветви при закрытии клапана, град.
Таким образом, перемещая клапан по определенному закону, система холостого хода карбюратора может приготовить такой состав TBC, который обеспечит наиболее экономичное протекание рабочего процесса двигателя на РХХ.
Как известно, состав TBC оценивается коэффициентом избытка воздуха а, предварительный расчет которого выполняют с учетом расхода воздуха и топлива через соответствующие жиклеры и каналы СХХ конкретного карбюратора. Применительно к карбюратору К-151, оснащенному электропневматическим клапаном, коэффициент а на типовом РХХ определяется по формуле
а ^ GB ( <*д f Мд ГР„ Рд ~~ , Г из f Ив.эУр7 (22) GWo Vd>K.TJ /0йж.т VРт Арт-Дрэт J /0цжт-Ур7'
Так как на экспериментальном РХХ изменяется состав TBC в сторону ее обеднения, то формула для расчета коэффициента а примет вид
2 2 1—— + 'Нв.э "Цв.э.к , Рв ^23)
'о "\^Ж.Т '^Ж.Т 'Иж.Т.К/ '
В формулах (22) и (23) Ов, От- массовый расход воздуха и топлива соответственно через воздушные и топливные жиклеры, а также каналы СХХ карбюратора, кг/с; /0- теоретически необходимое количество воздуха для'полного сгорания I кг топлива, кг; Др , Др - разрежение в воздушном жиклере и атмосферном штуцере,
Па; Дрт, Дрэт- разрежение соответственно в топливном жиклёре и в эмульсионной трубке, Па; р ь , р т - плотность соответственно воздуха и топлива, кг/м3; цд, -
коэффициенты расхода соответственно воздушного жиклера и атмосферного штуцера; <1д, , ёвэ, dl!Эlc, dжт , с1жт1[ - диаметры соответственно воздушного жиклера, атмосферного штуцера, эмульсионного (воздушного) жиклера, эмульсионного канала, топливного жиклера и выходного канала СХХ, м; т = т(уоп,1т,1>,1ож) -поправочный безразмерный коэффициент г (0<г<1), учитывающий длительность и паузу управляющего импульса (электрического сигнала, управляющего электропневматическим клапаном карбюратора) в зависимости от угла опережения зажигания (5,5град.^уоп<12,5град.) и температур топлива в поплавковой камере карбюратора (5°С<1т<25°С), воздуха на впуске (-20°С^1><20°С), охлаждающей жидкости (50°С<ЦОЖ<90°С).
Результаты последующих моторных исследований двигателя ЗМЗ-402 на РХХ подтвердили гипотезу о том, что за счет импульсного управления клапаном карбюратора возможно изменить состав TBC в сторону ее обеднения: если на типовом РХХ коэффициент а = 0,82...0,96, то на экспериментальном РХХ а= 0,82... 1,1.
С учетом вышеизложенного основные показатели рабочего процесса карбюраторного двигателя в экспериментальном РХХ будут скорректированы по коэффициенту а следующим образом.
Количество теплоты, потерянное вследствие неполноты сгорания топлива
ДНЦ = 119950-(1-а')-/о, кДж/кг. (24)
Теплота сгорания рабочей смеси
Нраб.см - "" 7,f"v кДж/кг. (25)
М, -(1+Уг)
Индикаторный КПД
Удельный индикаторный расход топлива
q, = 3600/(P-i-^-), (27)
/ Рв'Лу
где Нц- низшая теплота сгорания бензина, кДж/кг; Mj— количество воздуха в молях, поступающего в двигатель для сгорания 1 кг топлива; у — коэффициент остаточных газов; р;-среднее индикаторное давление, МПа.
Определение эксплуатационных показателей автотракторной техники
Одним из показателей, характеризующим топливную экономичность двигателя является часовой расход топлива, который в свою очередь, оказывают существенное влияние на эксплуатационные показатели автотракторной техники:
а) производительный расход топлива тракторного агрегата
г> G, -Т- GT -Tn+GT -Тп+GT Тху
У ит м тр Р тп п х.х. хх- , _
qw = — = —!-= —--, кг/мото-ч (28)
б) погектарный расход топлива тракторного агрегата
г> G, -Т; Gt -Tn +Gt • Тп + Gt ТХу
q =Qcnl= °Ti 11 = _Z—Е-- x **, кг/га (29)
W W -T W -T
"см "ч 'см "Ч 'см
вj погектарный расход топлива зерноуборочного комбайна
Gr, 'Ti ^00%'Т100%+^0%'Т80%+ОГ50%'Т50%+Огперег:Тперег+0Гх.х.'Тх X , ....
q~ =—!-=-----, кг/га (30)
W -Т W -Т
"ч 'см W4 'см
г) путевой расход топлива грузового автомобиля
О koiiHs-S+Hw-Gr-sJ-ft+O.OlDWiG,. -txx)/pT]DD
^ =100 —=100--^- Г ^-' Тх х Х Х PTJ р , л/100 км (31)
д) транспортный расход топлива грузового автомобиля
=100-2- =-^- л/100 т-км (32)
^ О^-г-Р
е) относительный расход масла на угар
8м.уг=(л0м.уг/0'т).102,%, (33)
где (} - суммарный эксплуатационный расход топлива, кг (л); \У - наработка (мото-ч) или величина транспортной работы (т • км); <3СМ - расход топлива за смену, кг; \УСМ-сменная производительность, га; От. - часовой расход топлива дизеля на -ом режиме (под нагрузкой, на разворотах, режиме холостого хода и перегрузок), кг/ч; Т(- время работы дизеля на -ом режиме, ч; XV,, - часовая производительность, га/ч; Тсм- время работы тракторного агрегата или комбайна за смену, ч; 8, 5ф - путь, пройденный автомобилем без груза и с грузом, км; Н5, Н№- норма расхода топлива соответственно на пробег автомобиля в снаряженном состоянии без груза и на транспортную работу, л/100 км и л/100т-км; Ог- грузоподъемность автомобиля, т; I) - поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; Ор- число рабочих дней; у — коэффициент использования грузоподъемности; р - коэффициент использования пробега за ездку; ДОм уг- изменение массы масла в двигателе за время угарного цикла, кг; Ст - суммарный расход топлива за время угарного цикла, кг.
В третьем разделе «Системы автоматического управления работой тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей на экспериментальном режиме самостоятельного холостого хода» для практической реализации предлагаемого способа улучшения эксплуатационных показателей автотракторной техники при работе двигателей на холостом ходу разработаны, изготовлены и исследованы конструктивные варианты систем автоматического управления (САУ) применительно к различным типам двигателей автотракторной техники (см. рис. 4):
• тракторным, комбайновым и автомобильным дизелям; ,
• автомобильным карбюраторным и впрысковым двигателям.
Основными частями САУ являются электронный блок управления и исполнительный механизм, электрически соединенные между собой. Блок управления подключается к бортовой сети электрооборудования того или иного вида автотракторной техники (трактор, комбайн, автомобиль и др.). В качестве исполнительного механизма у дизелей служит электромагнит (соленоид), сердечник которого кинематически соединен с органом управления топливоподачей (рейкой или дозатором ТНВД, рычагом центробежного РЧВ, скобой останова двигателя). У бензиновых двигателей функции исполнительного механизма выполняют штатные электромагнитные устройства (электромагнитные или электропневматические клапаны ЭПХХ карбюратора, электромагнитные форсунки и регулятор холостого хода).
У дизелей, в зависимости от командных сигналов, формируемых на выходе блока управления, исполнительный механизм перемещает орган управления топливоподачей в сторону отключения и последующего включения подачи топлива, создавая последовательно чередующие относительно продолжительные такты выбега и разгона в области пониженных частот вращения к.в. от некоторого верхнего предела (например, пв =800 мин'1) до нижнего предела (например, пн =400 мин"1). При этом средняя частота вращения к.в. за цикл экспериментального РХХ составит п = (800+ 400)/2 = 600 мин"1.
а) САУ тракторного дизеля б) САУ комбайнового дизеля
в) САУ автомобильного дизеля г) САУ карбюраторн _>го двигателя
с электромагнитным клапаном
д) САУ карбюраторного двигателя е) САУ впрыскового двигателя
с электропневматическим клапаном
Рисунок 4 - Системы автоматического управления двигателями автотракторной техники на экспериментальном РХХ: 1 - электронный блок управления; 2 - электромагнитный исполнительный механизм (соленоид или клапан); 3 - тахометр; 4 - штекер; 5 - разъемы
Отличительной особенностью САУ дизеля Д-440, оснащенного антидымным пневматическим корректором, является электромагнитный исполнительный механизм, якорь которого перемещаясь в предварительно просверленном осевом отверстии штока диафрагмы корректора воздействует на вильчатый рычаг РЧВ в сторону отключения и включения подачи топлива. При пуске дизеля антидымный корректор сохраняет свои прямые функции.
У бензиновых карбюраторных двигателей по командным сигналам блока управления периодически повторяющиеся такты отключения и включения подачи топлива (или TBC) осуществляются перекрытием и открытием электромагнитным (или электропневматическим) клапаном ЭПХХ топливного жиклера (или выходного
канала) системы холостого хода карбюратора При этом подача топлива (или TBC) в цилиндры двигателя осуществляется через кратковременные интервалы дозированными порциями.
У бензиновых впрысковых двигателей за счет обмена информации между блоком управления САУ и штатным контроллером двигателя происходит перенастройка (перепрограммирование) последнего на более обедненный состав TBC, необходимый для работы двигателя на пониженной частоте вращения к.в. экспериментального РХХ.
В четвертом разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» излагаются общая программа и частные методики исследований с описанием объектов и аппаратуры для исследований.
Программа исследований включала: контрольные испытания агрегатов дизельной топливной аппаратуры, карбюраторов и агрегатов электрооборудования на соответствие их параметров технического состояния требованиям соответствующих госстандартов и технических условий; эксплуатационные наблюдения за работой автотракторной техники для определения фактического времени работы двигателей на самостоятельном РХХ; безмоторные исследования дизельной топливной аппаратуры для оценки влияния хода рейки (дозатора) ТНВД на цикловую подачу топлива и параметры процесса впрыскивания (давление топлива перед форсункой, объемная скорость впрыскивания и скорость нарастания давления); лабораторные исследования карбюраторов по определению пропускной способности топливного жиклера (или выходного канала) системы холостого хода, перекрываемого электромагнитным (или электропневматическим) клапаном ЭПХХ в зависимости от параметров управляющих импульсных сигналов, а также агрегатов системы зажигания и генератора переменного тока; моторные исследования дизельного и карбюраторного двигателей для определения минимальной частоты вращения к.в. на экспериментальном РХХ; моторные исследования дизельных и бензиновых двигателей для оценки их работы на типовом и экспериментальном РХХ по показателям рабочего процесса и параметрам впрыскивания топлива, индикаторным и эффективным показателям, износным и лаконагарным показателям, по показателям безопасности (виброколебания) и эколо-гичности; эксплуатационные исследования тракторов, комбайнов и автомобилей с учетом работы двигателей как на типовом РХХ, так и экспериментальном РХХ, по экономическим, экологическим, вибрационным, износным и лаконагарным показателям.
При проведении экспериментальных исследований использован принцип сопоставления оценочных показателей работы на типовом и экспериментальном РХХ на основе анализа различных характеристик дизельных и карбюраторных двигателей и снятых осциллограмм рабочего процесса.
Хронометраж рабочего времени проводился в условиях городской и сельской езды автомобилей (ГАЭ-33021, ГАЭ-32213, ГАЗ-3307, УАЗ-3741) при выполнении ими производственных функций, а также в процессе уборки урожая зерноуборочными комбайнами ДОН-1500 и СК-5М «НИВА».
Пропускная способность топливного жиклера и выходного канала системы холостого хода (СХХ) карбюратора, перекрываемого электромагнитным (электропневматическим) клапаном ЭПХХ в зависимости от параметров управляющих импульсов САУ (длительности и паузы), поступающих в обмотку клапана, измерялась прибором К-2 с выводом информации на ПЭВМ через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) LA-2USB.
Моторные исследования двигателей Д-240 и УМЗ-414 проводились в стендовых условиях на динамометрической машине КИ-5543 и KS-56/4 со штатными кон-
трольно-измерительными приборами (весовое устройство тормоза, измерители температуры, манометр, тахометр) и скомплектованным измерительно-регистрирующим комплексом, включающим в себя датчики температуры топлива и воздуха, пьезок-варцевый и тензометрический датчик давления газов DW-150 и ДАВ-078-18, датчик давления топлива конструкции ЦНИТА, индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала (к.в.), фотодатчик ВМТ, осциллографы Н-117/1 и С1-99, усилители ТОПАЗ-З-02 и 8АНЧ-7М, диагностические приборы ЭМДП и ИМД-ЦМ, мультиметр, газоанализатор-дымомер (АВТОТЕСТ СО-СН-Д), газоанализаторы ГИАМ-27.01, ГИАМ-27.02, ГИАМ-27.04, АЦП LA-2USB и ПЭВМ.
В процессе экспериментов измерялись и регистрировались следующие параметры: давление цилиндровых газов, частота вращения к.в., концентрация вредных веществ в отработавших газах, расход топлива и воздуха, температура охлаждающей жидкости, моторного масла, окружающего воздуха, топлива в поплавковой камере карбюратора, воздуха на впуске в карбюратор, износ деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двигателя, расход масла на угар. Замер расхода топлива и воздуха производился соответственно с помощью расходомера топлива и диафрагменного газового счётчика. Износ определялся после определенной наработки двигателя УМЗ-414 в стендовых условиях и дизелей Д-240, СМД-31А в составе машины на типовом и экспериментальном РХХ при минимально-устойчивой частоте вращения к.в. соответственно 800...650 мин"1 и 600...400 мин'1 путем микрометража и взвешивания деталей, а также по наличию в пробах моторного масла продуктов износа. Замеры износа основных деталей КШМ производились микрометрами МК 75-100 мм, МК 50-75 мм и нутромером индикаторным НИ-100М. Для определения износа поршневых колец и подшипников скольжения по их массе использовались весы AND GR 200. Анализ проб моторного масла проводился в аккредитованных лабораториях ООО «Пенза-Терминал», ГУП «Терновкаагросервис» (г.Пенза) и НИИАР (г.Димитровград).
Экспериментальный режим самостоятельного холостого хода на всех типах двигателей осуществлялся с помощью разработанных САУ.
Моторные исследования двигателей Д-240, СМД-31 А, ЯМЭ-238М2, ЗМЗ-402 и BA3-2103 проводились непосредственно на тракторе МТЗ-80, комбайне ДОН-1500 и автомобилях MA3-53366, TA3-33021, ВАЗ-21061 с использованием приборов для замеров расхода топлива, виброколебаний, экологических показателей и приспособлений для оценки лаконагарных отложений. На тракторе ДТ-75М и автомобиле ВАЗ-2112 выполнялись исследования, связанные только с проверкой работоспособности САУ и замером расхода топлива при работе двигателей Д-440 и ВАЗ-2111 на типовом и экспериментальном режимах холостого хода. Двигатели автомобилей ГАЗ-33021 и ВАЗ-21061 оснащались контактной и бесконтактной системами зажигания.
Нижнее значение частоты вращения к.в. в конце такта выбега экспериментального РХХ определялось по величине наведенной ЭДС в сопряжениях двигателя и по резонансной частоте виброколебаний. ЭДС замерялась с помощью миллимикроволь-тамперметра и ртутного токосъемного датчика, подсоединенного к коленчатому валу. Осциллограммы виброколебаний снимались с помощью виброкомплекта К001 (осциллограф Н041УЧ2, регулятор увеличения Р001 и вибродатчики И001Г).
Сравнительные эксплуатационные исследования проводились на тракторе МТЗ-80, комбайне ДОН-1500, автомобилях MA3-53366, ГАЗ-33021 и ВАЗ-21061.
Контроль за наработкой тракторов и комбайнов осуществлялся по мотосчетчику и по заборной карте текущего и суммарного расходов топлива, одновременно велся учет выполненных работ. У автомобиля контролировался те
