ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ МОМЕНТА ЗАЖИГАНИЯ ПО АНАЛИЗУ УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЕЙ

1) ЖЕГЛОВ В. Н., к.т.н., преподаватель РВВДКУ (ВИ);

2) УЛАСЕВИЧ О. Е., доцент, начальник кафедры РВВДКУ (ВИ);

3) КУДРЯВЦЕВ А. М., старший преподаватель РВВДКУ (ВИ).

Значительное влияние на показатели работы двигателя оказывают неисправности и регулировочные параметры системы зажигания. Многочисленные исследования и практика эксплуатации показывают, что установка регулировочных параметров в процессе технического обслуживания и ремонта в соответствии с рекомендациями заводов-изготовителей не обеспечивает их оптимальных значений, так как используемые при этом нормативы являются усреднёнными и не учитывают индивидуальных особенностей двигателей.

Большое практическое значение имеет величина установочного момента зажигания в (φ_умз), так как она является базовой, относительно которой производится коррекция момента зажигания (φ_мз) вакуумным и центробежным регуляторами, а в ДВС с КСУД установка и коррекция выполняется с помощью программного обеспечения электронного блока управления. В настоящее время разработано большое количество методов и средств контроля (φ_умз). Однако большинство из них не позволяет в условиях эксплуатации произвести индивидуальную оптимальную регулировку.

В основу оптимизации (φ_умз) может быть положена регулировочная характеристика двигателя по (φ_мз), широко используемая при доводочных испытаниях ДВС, в соответствии с которой на одном и том же режиме работы величины индикаторного КПД (η_i) и индикаторного момента (М_i) одновременно достигают максимума при оптимальной величине (φ_мз). Но в отличие от индикаторного момента − эффективная мощность (Nе) учитывает изменения внутренних потерь в двигателе [1]. Поэтому при оптимизации (φ_умз) для построения этой характеристики изменяют установочный момент зажигания (φ_умз) и при каждом его значении по спектральным характеристикам изменения угловой скорости коленчатого вала находят величину эффективной мощности (N_е)_.. Затем по полученным результатам строят зависимость . Максимум этой зависимости соответствует оптимальной величине (φ_умз).

Полученная в соответствии с рисунком 1, зависимость эффективной мощности (N_е) от момента зажигания имеет явно выраженный максимум при моменте зажигания, соответствующем оптимальному значению.

При отклонении φ_мз от оптимального значения на 10° угла поворота коленчатого вала (п. к. в.) как в большую, так и в меньшую стороны эффективная мощность ДВС ЗМЗ-4062.10 изменяется с 10,6 до 15 (кВт). При этом чувствительность эффективной мощности к изменению момента зажигания составляет 5%. Такой характер изменения N_е от φ_мз подтверждает вышеприведённое теоретическое обоснование возможности оптимизации φ_мз по величине N_е.

Согласно проведённому анализу, одной из часто встречающихся эксплуатационных неисправностей является пропуск воспламенения топлива в ДВС, причиной чему в основном являются отклонения заданных параметров систем питания и зажигания. Отражением этих неисправностей будет являться искажение динамики процесса сгорания топлива, появление неравномерности вращения коленчатого вала и снижение мощности, что в военное время влечёт за собой подрыв выполнения боевой задачи.

где N_е – эффективная мощность; φ_{умз опт}- оптимальное значение момента зажигания

Рисунок 1 − Регулировочная характеристика оптимизации эффективной мощности двигателя по моменту зажигания

Для выявления истинной причины пропусков воспламенения топлива необходимо осуществить разложение периодической функции углового ускорения по углу поворота коленчатого вала в ряды Фурье.

Оптимизация зазора в свечах зажигания.

Кроме установочного момента зажигания одним из основных регулировочных параметров системы зажигания является зазор между электродами свечей. Его величина оказывает значительное влияние на протекание рабочих процессов в цилиндрах двигателя и во многом определяет экономическую и токсическую характеристики двигателя.

Влияние зазора в свечах зажигания на характеристики искрового разряда неоднозначно. С одной стороны, при уменьшении зазора, амплитуда импульса вторичного напряжения при этом снижается, что влечет за собой уменьшение энергии и мощности ёмкостной составляющей разряда Р_ер (2,3) [2]. С другой стороны, при том, что на емкостной разряд расходуется лишь небольшая часть магнитной энергии, накопленной в сердечнике катушки зажигания, то за счет оставшейся части магнитной энергии возрастает длительность индуктивной составляющей электрического разряда t_ир, и выделяемая энергия индуктивного разряда W_ир (4) [2].

,    (1)

где С₂ − емкость вторичной цепи; U_пр − пробивное напряжение, которое в свою очередь по закону Пашена зависит от температуры Т и давления р в камере сгорания, и от размеров искрового промежутка d, т.е.: .

,    (2)

где t_ер − длительность емкостной составляющей электрической составляющей

,    (3)

где U_ир − напряжение индуктивного разряда (в соответствие с рисунком 2); I₂ − ток вторичной цепи.

На практике для расчета энергии индуктивного разряда широко используется приближенная формула:

    (4)

Известно, что увеличение энергии и продолжительности индуктивной составляющей искрового разряда обеспечивают большую надежность воспламенения смеси и снижение расхода топлива на этих режимах. Однако так же установлено, что чем выше пробивное напряжение, тем меньше первая фаза сгорания топлива, и в этом случае уменьшается продолжительность всего процесса сгорания. В связи с этим поршень за меньшее время проходит меньшее расстояние.

Топливо сгорает в меньшем объёме, следовательно, повышается максимальное давление цикла. Кроме того, при быстром сгорании уменьшается омываемая горячими газами поверхность, через которую теплота передаётся в охлаждающую жидкость или воздух, что увеличивает эффективный КПД двигателя. Одновременно с этим вследствие более раннего окончания процесса сгорания понижается температура отработавших газов [3], что уменьшает образование оксидов азота NO_x.

Таким образом, при ускорении сгорания топлива повышается мощность эффективный КПД двигателя, возрастает его экономичность в результате уменьшения потерь теплоты и улучшаются его экологические показатели вследствие более полного сгорания топлива. Поэтому, изменяя зазор в свечах зажигания, можно установить оптимальное для данного двигателя соотношение амплитуды и длительности импульса вторичного напряжения, которое обеспечивает наименьшую продолжительность начальной фазы сгорания, а, следовательно, и наилучшие показатели работы двигателя.

Используемые в настоящее время способы контроля величины зазоров в свечах с помощью набора круглых щупов и по осциллограмме вторичного напряжения системы зажигания не обеспечивают их оптимальных значений, так как при этом устанавливают нормативные значения зазоров, не учитывающие индивидуальные особенности двигателей. В связи с этим особый интерес представляет возможность оптимизации этого параметра в условиях эксплуатации.

а − емкостная фаза разряда; б − индуктивная фаза разряда

Рисунок 2 − Изменение напряжения и тока электрического разряда [2]

В основу оптимизации может быть положено построение регулировочной характеристики двигателя по величине зазора в свечах. При этом оптимальному значению зазора соответствуют наилучшие показатели работы двигателя. Поскольку одним из параметров работы двигателя, наиболее полно оценивающим эффективность рабочих процессов в цилиндрах, является эффективная мощность, её величина может быть использована для оптимизации зазора в свечах. Определение эффективной мощности, как и в случае оптимизации установочного момента зажигания, производится по параметрам спектрального анализа изменения угловой скорости коленчатого вала в соответствии с ранее приведённой методикой определения неравномерности работы цилиндров и их технического состояния.

Список использованных источников

1. Holt G. Resent developments of electronic governors // Diesel and Gas Turbine Eng. – 1986. -№ 431. -P. 1-21.
2. Ютт, В. Е. Методы и средства диагностики электрооборудования автомобилей [Текст] : Учеб. пособие / В. Е. Ютт; – М.: Высшая школа, 1974. – 129 с.
3. Бельских, В. И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов [Текст] / В. И. Бельских ; – М.: Россельхозиздат, 1986. – 399 с.