ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

SIMULATION OF FAULTS IN AUTOMOTIVE ENGINES

Ключевые слова: имитационное моделирование, диагностика, автомобильный двигатель, неисправность.

Keywords: simulation modeling, diagnostic, automotive engine, defect.

Современный этап теоретических исследований в автомобилестроении характеризуется широким использованием математических моделей, сложность которых постоянно возрастает. Математическая имитационная модель позволяет получить обширный статистический материал по изменению показателей рабочих процессов, как агрегатов автомобиля, так и автомобиля «в целом» при возникновении неисправностей или отказов.

The modem stage of theoretical research in the automotive industry are characterized by extensive use of mathematical models, the complexity of which is constantly who will melt. Mathematical simulation model allows to obtain an extensive statistical material on changes in the numbers of working processes, as vehicle and car "as a whole" in the event of malfunctions or failure.

Одним из важнейших условий поддержания на высоком уровне эффективности и надёжности автомобиля является своевременное обнаружение и предупреждение отказов, возникающих в процессе эксплуатации.

Годовая производительность автомобилей к концу срока службы снижается по сравнению с первоначальной, снижается безопасность конструкции автомобилей. За срок службы автомобиля расходы на его техническое обслуживание и ремонт превосходят первоначальную стоимость. Поэтому важным направлением при эксплуатации автомобилей является точная и достоверная прогнозная оценка основных показателей надежности деталей.

Техническое диагностирование является составной частью технологических процессов технического обслуживания и ремонта автомобилей и представляет собой процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью.

В настоящее время основной энергетической установкой на автомобильном транспорте являются поршневые двигатели внутреннего сгорания (ПДВС) [6, с. 14].

В практике диагностирования автомобильных двигателей широко используются как стационарные методы диагностики, так и бортовые:

Существующие методы делятся на следующие группы:

  • - тормозной метод диагностики - осуществляется на стационарном тормозном стенде с беговыми барабанами, на котором осуществляют функциональное диагностирование двигателя по таким диагностическим параметрам, как эффективная мощность и удельный расход топлива [2, с. 665]
  • - парциальный и дифференциальный метод диагностики - для диагностики используются различные переносные приборы или их совокупность в виде передвижных или переносных стендов типа мотор-тестер, автотестер. Методы основаны на выключении из работы отдельных цилиндров [2, с. 666].
  • - метод разгона двигателя - используется при проверке мощностных показателей двигателя. Метод основан на разгоне двигателя до максимальной частоты вращения холостого хода при резком увеличении подачи топлива [2, с. 668].
  • - метод спектрального анализа масла - при анализе состава масла основным методом определения содержания металлов и других элементов является спектрофотометрия. Спектральный анализ работающего масла позволяет сделать как количественную, так и качественную оценку развивающегося дефекта в трущейся паре [2, с. 668].
  • - виброакустический метод. Ударные импульсы вызывают структурный шум, который распространяется при работе двигателя в его деталях в виде упругих колебаний - вибрации. Поэтому исследование вибрации, являющейся характеристикой технического состояния сочлененных деталей двигателя и его систем, является основой виброакустического метода диагностирования [2, с. 670; 11, с. 397].
  • - анализаторы параметров двигателя - анализатор снимает и обрабатывает индикаторную диаграмму в цилиндрах двигателя с целью проверки их технического состояния [2, с. 670].
  • - метод оптического индицирования - может быть применим для контроля частоты вращения коленчатого вала, угла опережения подачи и качества впрыскивания топлива в цилиндр [2, с. 671].

Среди перечисленных методов диагностирования наиболее перспективными являются функциональные методы диагностики, к которым относятся: метод оптического индицирования, парциальный и дифференциальный метод диагностики, диагностика с применением анализаторов параметров двигателя.

Современный этап теоретических исследований в автомобилестроении характеризуется широким использованием математических моделей, сложность которых постоянно возрастает [1, с. 2]. Введение в процесс диагностирования методов компьютерного моделирования способно значительно снизить материальные затраты и трудоемкость, по сравнению с традиционными методами диагностики [3, с. 4; 4, с. 3].

Математическая имитационная модель позволяет получить обширный статистический материал по изменению показателей рабочих процессов, как агрегатов автомобиля, так и автомобиля «в целом» при возникновении неисправностей или отказов. Полученная информация может быть использована для установления закономерностей влияния показателей рабочих процессов на диагностические параметры при возникновении неисправностей или отказов.

В данной работе выполнено усовершенствование математической модели и программного комплекса [5, с. 209; 8, с. 46; 7] с целью имитационного моделирования основных неисправностей двигателя, получения необходимой статистической информации и ее дальнейшего использования в системе диагностирования.

Предложенная математическая модель позволяет исследовать как установившиеся, так и переходные режимы работы автомобильных двигателей, которые в городских условиях составляют до 95 % общего времени работы [10, с. 24].

Математическая модель разработана на основе тепломеханики [9, с. 156], включает 14 дифференциальных уравнений и реализована средствами языка программирования ТМТ Pascal [12, с. 99] при значениях конструктивных параметров легкового автомобиля ВАЗ-2106.

Основные результаты имитационного моделирования неисправностей на приведены на рис. 1-3.

На рис. 1 представлены результаты моделирования процесса возникновения неисправности в работе автомобильного двигателя, связанной с негерме- тичностью впускного клапана (зазор 3% от площади проходного сечения).

Г рафики угловой скорости вращения коленчатого вала исправного двигателя и при наличии негерметичности газораспределительного механизма

Рисунок 1 - Г рафики угловой скорости вращения коленчатого вала исправного двигателя и при наличии негерметичности газораспределительного механизма

На рис. 2-3 представлены результаты моделирования негерметичности цилиндро-поршневой группы.

Имитация данной неисправности моделируется изменением зазора между поршнем и цилиндром, выраженном в процентном соотношении от площади поршня (0,25 %).

График изменения давлений рабочего цикла 4-х цилиндров при моделировании негерметичности цилиндро-поршневой группы в одном из цилиндров

Рисунок 2 - График изменения давлений рабочего цикла 4-х цилиндров при моделировании негерметичности цилиндро-поршневой группы в одном из цилиндров

График изменения частоты вращения при моделировании негерметичности цилиндро-поршневой группы (зазор 0,25%)

Рисунок 3 - График изменения частоты вращения при моделировании негерметичности цилиндро-поршневой группы (зазор 0,25%).

Предложенное математическое и программное обеспечение позволяет выполнить анализ работы автомобильного двигателя на всех режимах его функционирования (в том числе и аварийных), а так же возможность фиксировать результаты за короткие временные интервалы. Это позволяет установить закономерности влияния изменения основных конструктивных параметров двигателя на показатели его рабочих процессов.

Важной для практики особенностью предложенного подхода является существенное сокращение материальных и временных затрат, связанных с экспериментальными исследованиями характера неисправностей различных автомобильных двигателей и накоплением соответствующей статистической информации.

Библиографический список

  • 1. Kuleshov A.S., Kozlov A.V., Khamid Mahkamov. Self-Ignition delay Prediction in PCCI direct injection diesel engines using multi - zone spray combustion model and detailed chemistry //SAE Technical Papers.-2010.-№2010-01-1960.-P. 1-18. DOI: 10.4271/2010-01-1960.
  • 2. Машиностроение. Энциклопедия. Ред совет: К.В. Фролов (пред.) и др. Двигатели внутреннего сгорания. Т. IV-14 / Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков и др.; Под общ. ред. А.А. Александрова и Н.А. Иващенко. М.: Машиностроение, 2013. 784 с.
  • 3. Обозов, А.А. Разработка теоретических основ и средств повышения эффективности систем технического диагностирования малооборотных дизелей: автореф. ... канд. техн. наук: 05.04.02/ А. А. Обозов. - Брянск, 2010. - 38 с.
  • 4. Таричко, В.И. Методические основы совершенствования технического диагностирования двигателей внутреннего сгорания: автореф. ... канд. техн. наук: 05.04.02/ В. И. Таричко. - Москва, 2013. - 19 с.
  • 5. Малиованов М.В., Хмелев Р.Н. Разработка и исследование динамической модели автомобиля // Материалы МНПК «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе», Том 1. Пермь, ПНИПУ, 2013. - С. 207-216.
  • 6. Тюнин, А.А. Диагностика электронных систем управления двигателей легковых автомобилей: практическое пособие/ А.А. Тюнин. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. - 352 с.
  • 7. Малиованов М.В., Радько А.Е., Хмелев Р.Н. Программный комплекс «Имитационная динамическая модель автомобиля». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014617074, дата регистрации 10.06.2014.
  • 8. Груничев А.В., Малиованов М.В., Хмелев Р.Н. Разработка имитационной модели автомобиля // Материалы МНК «Прогресс транспортных средств и систем», ВолгГТУ, Волгоград, 2013 - С. 46-47.
  • 9. Малиованов М.В. Тепломеханика как теоретическая база исследования ДВС / М.В. Малиованов // Изв. ТулГУ «Вопросы проектирования и эксплуатации автотранспортных средств и систем». - Тула: Изд-во ТулГУ, 1995. - С. 154 - 162.
  • 10. Патрахальцев Н. Н. Неустановившиеся режимы работы двигателей внутреннего сгорания: монография / Н. Н. Патрахальцев. - М. : Рос. ун-т дружбы народов, 2009. -280 с.
  • 11. Шипелов Ю.С., Мягков Ю.В. Безразборная вибродиагностика состояния механической части ДВС. Альтернативные источники энергии на автомобильном транспорте: проблемы и перспективы рационального использования: сб. науч. трудов по материалам Международной науч.-практ. конф., Воронеж, 20-21 марта 2014 г. С. 395-399.
  • 12. Дубинин П.С., Хмелев Р.Н. Исследование неравномерности крутящего момента и хода двигателя внутреннего сгорания методом вычислительного эксперимента // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. 2014. № 1. С. 98-101. DOI: 10.12737/13131.

© Козин А.А., Хмелев Р.Н., 2015

УДК 621.43 DOI 10.12737/19307 Кондрико А.Ю. Kondriko A.Yu.

студент 4 курса механико- 4th year student of mechanics-

технологического факультета, technology faculty,

Брянского государственного of Bryansk state

инженерно-технологического engineering-technological

университета, РФ University, Russian Federation

Митин C.C. Mitin S.S.

студент 4 курса механико- 4th year student of mechanics-

технологического факультета, technology faculty,

Брянского государственного of Bryansk state

инженерно-технологического engineering-technological

университета, РФ University, Russian Federation

Лемешева E.B. Lemesheva Е.У.

ассистент кафедры технического assistant to chair

сервиса Брянского государственного technical service of Bryansk

инженерно-технологического state engineering-technological

университета, РФ University, Russian Federation

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >