Методика получения и обработки осциллограмм давления топлива перед форсункой при экспериментальных исследованиях

УДК 631.3.004

М.А. Савельев, Д.В. Рыжко, Д.Ю. Козлов МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ОСЦИЛЛОГРАММ ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА ПЕРЕД ФОРСУНКОЙ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Дана методика получения и обработки осциллограмм давления топлива перед форсункой при экспериментальных исследованиях, с помощью которой можно вычислить параметры впрыскивания, по которым производится оценка технического состояния и эффективности топливной аппаратуры.

Осциллограмма, параметры впрыскивания, техническое состояние топливной аппаратуры.

M.A. Savelyev, D.V. Ryzhko, D.Yu. Kozlov APLICATION AND PROCESSING METHOD OF FUEL PRESSURE OSCILLOGRAMS BEFOR BURNER AT EXPERIMENTAL RESEARCHES

The method of application and processing of fuel supply pressure oscillograms in front of the nozzle atomizer during experimental studies is given in this article. Using this method injection characteristic may be calculated. By means of injection characteristic technical state estimation and efficiency of fuel equipment are carried out.

Oscillogram, injection characteristic, technical state of fuel equipment.

Осциллографирование давления топлива в нагнетательной магистрали дизеля чаще всего проводится либо для оценки характеристики впрыскивания, формируемой при работе какой-либо комплектации топливной аппаратуры, либо для получения данных о параметрах впрыскивания, необходимых для диагностирования состояния топливного насоса высокого давления (ТНВД) или форсунок. Для приобретения дополнительных сведений о скоростных и нагрузочных характеристиках топливоподачи рекомендуется использовать стенды для испытания и регулирования топливной аппаратуры дизельных двигателей, например, марки КИ-921 МТ [1, 2].

Перед началом испытаний необходимо:

- провести проверку работоспособности измерительной аппаратуры стенда и тарировать применяемые датчики давления в соответствии с прилагаемыми к ним инструкциями;

- обеспечить соответствие топливного насоса высокого давления техническим условиям, уделив особое внимание проверке плунжерных пар на гидроплотность и выполнению необходимых регулировок момента начала подачи и максимальной цикловой подачи [3];

- проверить форсунки на герметичность распылителя, качество распыла и давление начала впрыскивания [4];

- произвести на базе стенда проверки и регулировки форсунок при помощи разработанного приспособления (рис. 1) регулировку усилия предварительной затяжки пружин нагнетательных клапанов.

Рис. 1. Стенд проверки и регулировки форсунок, оборудованный приспособлением для регулировки усилия предварительной затяжки пружины нагнетательного клапана

При проведении экспериментов нагрузку необходимо определять по выходу рейки ТНВД. Для точного измерения выхода рейки ТНВД разработано специальное устройство (рис. 2) на основе индикаторного микрометра часового типа с ценой деления 0,01 мм, которое позволяет произвести измерения нагрузки с точностью до 1%.

При осциллографировании процесса топливоподачи хорошо зарекомендовала себя автоматизированная система регистрации, смонтированная на основе компьютера 1ВМ с процессором РепИиш-Ш (рис. 3) и установленным модулем аналого-цифрового преобразователя (АЦП) модели Ь-761 ЗАО «Ь-САЯО», к которому через модуль предусилителя подключен датчик давления. Назначение модуля предусилителя - согласование электрических характеристик датчиков с электрическими характеристиками линии передачи и входа модуля АЦП.

Рис. 2. Установка на ТНВД устройства для определения выхода рейки

Рис. 3. Схема автоматизированного измерительного комплекса:

1 - стенд для проверки и испытания ТНВД; 2 - ТНВД; 3 - форсунка; 4 - электронный тахометр;

5 - счетчик циклов; 6 - мерные мензурки; 7 - нагнетательный трубопровод; 8 - станина;

Д - датчик давления у штуцера форсунки

Для обработки и вывода информации в виде графических зависимостей ЭВМ оснащена соответствующим программным обеспечением ЗАО «Ь-САЯВ». Вывод может осуществляться как в динамике процесса на дисплей ЭВМ с сохранением данных замеров, так и без сохранения.

В качестве преобразователей давления чаще всего используют пьезоэлектрические датчики давления с диапазоном измеряемых давлений не менее 100 МПа и собственной частотой не менее 150 кГц, которые устанавливают в исследуемом сечении нагнетательной магистрали при помощи переходника. При этом необходимо помнить, что переходник и датчик должны создавать минимум дополнительных гидравлических сопротивлений и, вместе с тем, минимально приращать объем линии высокого давления.

Работа комплекса происходит следующим образом. Топливная аппаратура выводится на исследуемый режим, т.е. устанавливаются стабильные показания необходимой частоты вращения и нагрузки, выбирается точечный или временной интервал записи данных, после чего производится запись. Модуль АЦП преобразует дискретные значения аналоговых сигналов, поступающих через усилитель от датчиков давления в цифровые. Запись одновременно может быть произведена по нескольким каналам (от 1 до 16), однако при увеличении числа используемых каналов частота регистрации АЦП уменьшается в количество раз, кратное их количеству. Количество получаемых значений давления за процесс впрыскивания при максимальной частоте регистрации АЦП и использовании одного канала колеблется в интервале от 100 до 200 точек в зависимости от нагрузочного и скоростного режимов ТНВД. В связи с этим максимальное рекомендуемое количество используемых каналов при осцилло-графировании процесса топливоподачи - 8. Полученные значения поступают в накопитель ЭВМ, где происходит их обработка и вывод на дисплей. Вид полученных осциллограмм приведен на рис. 4.

Рис. 4. Осциллограмма процесса топливоподачи

Программное обеспечение ЗАО «L-CARD» имеет ряд дополнительных возможностей: сложение и вычитание значений двух любых получаемых сигналов, установка частоты получаемого сигнала и частоты оцифровки АЦП, подключение и отключение отдельных каналов и изменение уровня их сигналов, получение спектрального анализа и гистограммы, синхронизация каналов, калибровка и другие.

После получения данных для каждого режима работы и каждой комплектации топливной аппаратуры они кодируются и записываются в формате DATA. Кодировка может иметь вид !-25-6GG-2, где І - номер секции ТНВД, 25 - нагрузка в процентах, определяемая по выходу рейки ТНВД, 6GG - частота вращения вала ТНВД в мин-\ 2 - номер комплектации топливной аппаратуры. Важно для каждого файла с данными выделить отдельную папку с

такой же кодировкой, в которую будут записываться в последующем все промежуточные и конечные результаты обработки.

Обработка данных производится в следующей последовательности:

1. Файлы с данными в формате DATA импортируются в программу LGraf-2 при помощи меню «Файл» и «Импорт». При этом программа автоматически запрашивает ввести число использованных каналов (z = 1-16), частоту (125000/z Гц) и диапазон АЦП (обычно до 10 В).

2. В открытом файле устанавливаются настройки отображаемого окна: масштаб времени, цена деления шкалы, вид выводимого графика, количество окон на экране, коэффициент децимации и другие.

3. Осциллограмма разбивается на блоки - конечные участки, соответствующие каждому такту топливоподачи, при этом в рабочей тетради для каждого блока записывается время начала топливоподачи и время конца затухания активных колебаний волн давления.

4. Всего для получения усредненной осциллограммы давления бывает достаточно 3-5 подобранных случайным образом блоков.

5. При помощи меню «Экспорт» выбранные блоки экспортируются в текстовом формате в папку с соответствующей кодировкой. Для этого в окне «Формат вывода» ставится «Вольты», в окне «Разделитель между колонками» - «Пробел», ставится флажок в окне «Добавить столбец времени» и снимается в окне «Выводить все», после чего устанавливается записанное время начала и конца блока.

6. Полученные текстовые файлы поочередно импортируются в создаваемый с соответствующей кодировкой файл Excel при помощи меню «Данные» и «Из текста», при этом импорт следует производить со строки, начала числовых рядов, выбирается формат данных фиксированной ширины и ставится разделитель столбцов с числовыми данными.

7. После импорта блоков они приводятся в числовой формат при помощи замены всех точек на запятые, для чего используются «Г лавное» меню и меню «Найти и выделить».

8. Для получения усредненной осциллограммы необходимо найти среднее арифметическое между всеми параллельными точками блоков, при этом важно, чтобы после завершения импорта блоков они были выровнены по моменту начала топливоподачи и имели единую временную шкалу [5].

9. После получения усредненной осциллограммы она калибруется.

Усредненная осциллограмма строится также в программе Excel в виде точечной диаграммы с прямыми отрезками. С ее помощью можно вычислить параметры впрыскивания: максимальное и среднее давления, время и угол впрыскивания, скорость нарастания и падения давления, наличие явлений подвпрыскивания и интенсивность волновых явлений в нагнетательной магистрали. По параметрам впрыскивания, в свою очередь, производится оценка технического состояния и эффективности топливной аппаратуры [6].

ЛИТЕРАТУРА

1. Дизельная топливная аппаратура: оптимизация процесса впрыска, долговечность деталей и пар трения / В.Е. Горбаневский, В.Г. Кислов, Р.М. Баширов, В.А. Марков. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 138 с.

2. Астахов И.В. Энергетическая характеристика, критерии оценки и выбора параметров рабочего процесса топливной системы дизеля / И.В. Астахов // Двигателестроение. 1988. № 3. С. 14-17.

3. ГОСТ 10578-95. Насосы топливные дизелей. Общие технические условия. Введ.

1997.07.01. М.: Изд-во стандартов, 1995.

4. ГОСТ 10579-88. Форсунки дизельные. Общие технические условия. Введ.

1990.01.01. М.: Изд-во стандартов, 1988.

5. Веденяпин В.В. Общая методика оценки экспериментального исследования и обработки опытных данных / В.В. Веденяпин. М.: Наука, 1967. 159 с.

6. Марков В. А. Характеристики топливоподачи транспортных дизелей/ В. А. Марков, В.Г. Кислов, В.А. Хватов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 197. 160 с.

Савельев Максим Анатольевич -

кандидат технических наук, преподаватель кафедры «Двигатели»

Рязанского военного автомобильного института, майор

Рыжко Дмитрий Владимирович -

заместитель начальника отдела эксплуатации и безопасности дорожного движения 147-й автомобильной базы Министерства обороны Российской Федерации, подполковник

Savelyev Maksim Anatolyevich -

Candidate of the Technical Sciences, Lecturer of the Department of «Engines» of Ryazan Military Automobile Institute, Major

Ryzhko Dmitriy Vladimirovich -

Deputy Director of the Maintenance and Road Safety Department of the І 47-th Automobile Base of the Ministry of Defense of RF, Lieutenant Colonel

Козлов Дмитрий Юрьевич -

адъюнкт кафедры «Двигатели»

Рязанского военного автомобильного института, подполковник

Статья поступила в редакцию 10.06.09, принята к опубликованию 14.01.10

Kozlov Dmitriy Yuryevich -

an Adjunct of the Department of «Engines» of Ryazan Military Automobile Institute, Lieutenant Colonel