Обґрунтування параметрів пневмотестера для контролю технічного стану циліндро-поршневої групи двигуна

Abstract

В роботі виконано аналіз технічних засобів і методів визначення технічного стану автотракторних двигунів внутрішнього згоряння, запропонована удосконалена конструкція пневмотестера (лік тестера) на базі одного вимірювального приладу. Виконано розрахунки пневматичних характеристик тестера для діагностування технічного стану циліндро-поршневої групи, розраховано констуктивно-режимні параметри пристрою: секундну витрату та швидкість витоків повітря в пневматичній схемі тестера, залежність приведеної площі щілини витоків від площі дроселя. Встановлено що, для підвищення точності вимірювання діагностичного параметра та зниження ймовірності діагностичної похибки, конструкція пневмотестера повинна виконуватися по схемі з одним вимірювальним приладом значення тиску. З точки зору термодинаміки процесів, що протікають у наведеній пневматичній схемі тестера, у розрахунках використовувалася термодинамічна теорія витоку газів і пари з резервуара необмеженої ємності, який являє собою деяку умовну посудину (камеру опорного тиску), у якій впродовж всього процесу витікання початкові параметри робочого тіла залишаються незмінними. Виходячи з цього, була розроблена математична модель, яка дозволила констатувати , що розраховані пневматичні характеристики тестера мають нелінійний характер. Встановлено, що секундна витрата та швидкість руху повітря через дросельний отвір у докритичній зоні перепадів тиску нелінійна, а у за критичній зоні секундна витрата та швидкість руху повітря остаються постійними і не залежать від перепаду тиску на дроселі. При використанні запропонованої конструктивної схеми пневмотестера з діаметром отвору дроселя 1мм та тиском повітря в опорній камері P1=0,5МПа при β =Р2/Р1= 0,67 площа еквівалентної щілини (сумарна приведена площа витоків) f2 дорівнює площі отвору дроселя f1. Доцільність застосування для діагностування ЦПГ двигунів внутрішнього згоряння пневмотестера з діаметром дроселя 1 мм при тиску повітря у камері опорного тиску 0,5МПа, у ДВЗ з таким технічним станом, коли умовна сумарна площа витоків f2 перевищує площу дроселя f1 не більше ніж у два рази. У зворотному випадку слід застосовувати дросель більшого діаметра або підвищувати тиск P1. Виходячи з цього пропонується комплектувати пневмотестери дроселями з різними діаметрами отворів: 0,6, 0,8, 1,0, 1,2мм. Рівень номінального,допустимого і граничного значення діагностичного параметра для конкретного двигуна визначаються діаметром дросельного отвору, діаметром циліндра двигуна і перепадом тиску на дроселі. Запропонована методика розрахунку дозволяє аналітичним шляхом моделювати вплив різних додаткових конструктивних і режимних параметрів пневмотестера на точність і достовірність отриманої діагностичної інформації.

В работе выполнен анализ технических средств и методов определения технического состояния автотракторных двигателей внутреннего сгорания, предложена усовершенствованная конструкция пневмотестера (лик тестера) на базе одного измерительного прибора. Выполнены расчеты пневматических характеристик тестера для диагностирования технического состояния цилиндро-поршневой группы, рассчитано констуктивно-режимные параметры устройства: секундный расход и скорость истечения воздуха в пневматической схеме тестера, зависимость приведенной площади щели утечек от площади дросселя. Установлено, что для повышения точности измерения диагностического параметра и снижения вероятности диагностической ошибки, конструкция пневмотестера должна выполняться по схеме с одним измерительным прибором давления воздуха. С точки зрения термодинамики процессов, протекающих в предложенной пневматической схеме тестера, в расчетах использовалась термодинамическая теория течения газов и паров из резервуара неограниченной емкости, который представляет собой некую условную емкость (камеру опорного давления), в которой в течение всего процесса истечения начальные параметры рабочего тела остаются неизменными. Исходя из этого, была разработана математическая модель, которая позволила констатировать, что рассчитанные пневматические характеристики тестера имеют нелинейный характер. Секундный расход и скорость движения воздуха через дроссельное отверстие в докритической зоне перепадов давления нелинейная, а в критической - секундный расход и скорость движения воздуха остаются постоянными и не зависят от перепада давления на дросселе. При использовании предложенной конструктивной схемы пневмотестера с диаметром отверстия дросселя 1мм и давлением воздуха в опорной камере P1=0,5 МПа при β =Р2/Р1= 0,67 площадь эквивалентной щели (суммарная приведенная площадь утечек) f2 равна площади отверстия дросселя f1. Целесообразность применения для диагностирования ЦПГ пневмотестера с диаметром дросселя 1 мм при давлении воздуха в камере опорного давления 0,5 МПа, в ДВС с таким техническим состоянием, когда условная суммарная площадь утечки f2 превышает площадь дросселя f1 не более чем в два раза. В противном случае следует применять дроссель большего диаметра или повышать давление P1. Исходя из этого предлагается комплектовать пневмотестеры дросселями с различными диаметрами отверстия : 0,6;0,8;1,0; 1,2 мм. Уровень номинального, допустимого и предельного значений диагностического параметра для конкретного двигателя определяются диаметром дроссельного отверстия, диаметром цилиндра двигателя и перепадом давления на дросселе. Предложенная методика расчета позволяет аналитическим путем моделировать влияние различных дополнительных конструктивных и режимных параметров пневмотестера на точность и достоверность полученной диагностической информации.

In the work the analysis of the existing market of diagnostic devices offered in Ukraine for the determination of the technical state of the cylinder-piston group of automotive tractor engines has been performed, the urgency of the improvement of existing and the creation of new methods and technical means by modeling the processes of measurement and selection and justification of their rational parameters has been identified. Imperfection of known models results in the search and implementation in diagnostic diagnostic machines of diagnostic tools that do not always meet the established requirements for the quality of control measurements of state parameters and are not certified. The paper analyzes the technical means and methods for determining the technical condition of automotive internal combustion engines, proposed an improved design of the pneumatic tester (face tester) on the basis of a single measuring device. The calculations of the pneumatic characteristics of the tester for diagnosing the technical condition of the cylinder-piston group are made, the constuctive-regime parameters of the device are calculated: the second flow rate and the air flow rate in the pneumatic scheme of the tester, the dependence of the reduced area of the leakage gap on the throttle area. It is established that, to improve the accuracy of measurement of the diagnostic parameter and reduce the probability of diagnostic error, the design of the pneumatic tester should be performed according to the scheme with one measuring device. The common methods for diagnosing a cylinder-piston group of internal combustion engines are, today, predominantly the integral nature of the assessment of the technical condition and do not allow to identify the cause of a specific malfunction. Due to the imperfection of existing methodological approaches and technical means for measuring the value of diagnostic parameters, errors in diagnostic measurements are very often occurring, which causes the receipt of engine repairs from an incompletely exhausted resource. This condition necessitates the carrying out of scientific researches on improvement of methods and technical means of diagnosing a cylinder-piston engine group. From the point of view of the thermodynamics of the processes occurring in the given pneumatic scheme of the tester, the thermodynamic theory of the flow of gases and vapors from the reservoir of unlimited capacity was used in the calculations, which is a kind of conditional capacity (reference pressure chamber), in which the initial parameters of the working fluid remain unchanged throughout the expiration process. Based on this, a mathematical model was developed, which allowed us to state that the calculated pneumatic characteristics of the tester are nonlinear. The second flow rate and air velocity through the throttle hole in the critical pressure drop zone is nonlinear, and in the critical zone the second flow rate and air velocity remain constant and do not depend on the pressure drop on the throttle. When using the proposed design scheme of the pneumatic tester with a diameter of 1 mm throttle orifice and air pressure in the support chamber P1=0.5 MPa at β =P2/P1= 0.67 the area of the equivalent gap (the total reduced leakage area) f2 is equal to the area of the throttle opening f1. The feasibility of the diagnosis of the Chu pneumatischer with a diameter of 1mm choke when the pressure of the air in the chamber a reference pressure of 0.5 MPa, the internal combustion engine with such a technical state, when a conditional total area of the leakage f2 exceeds the area of the throttle f1 is not more than twice. Otherwise, use a larger diameter throttle or increase the pressure P1. Based on this, it is proposed to complete the pneumatic chokes with different hole diameters: 0,6; 0,8; 1,0;1.2 mm. The level of nominal, permissible and limit values of the diagnostic parameter for a particular engine are determined by the diameter of the throttle hole, the diameter of the engine cylinder and the pressure drop on the throttle. The proposed method of calculation allows analytically simulate the effect of various additional design and operating parameters of the pneumatic tester on the accuracy and reliability of the diagnostic information.