Размещено на http://www.allbest.ru/

Вероятностно-статистическое описание импульса давления топлива за топливным насосом высокого давления судового дизеля

А.А.Обозов

Предложена методика исследования импульса давления топлива, образующегося после топливного насоса высокого давления (ТНВД) судового дизеля, на основе вероятностно-статистического подхода.

Диагностирование топливной аппаратуры (ТА) судовых малооборотных двигателей обычно осуществляют на основе анализа формы импульса давления, создаваемого топливным насосом в процессе топливоподачи в цилиндры. Форма импульса зависит от нагрузочного режима дизеля, технического состояния ТА (ее регулировки), а также в некоторой степени от физических свойств используемого топлива. Создаваемый импульс давления P(ц) (характеристика топливоподачи) имеет ряд характерных точек, посредством которых он может быть идентифицирован. На рис.1 представлена последовательная серия импульсов давления, зарегистрированная системой диагностики ТА на судовом малооборотном дизеле 6S50MC-C (постройки БМЗ) на режиме номинальной мощности. топливный насос дизель судовой

Характерными точками импульса являются точки (рис.1), соответствующие:

1 - моменту начала повышения давления (появление импульса);

2 - моменту начала резкого повышения давления (момент перекрытия верхней отсечной кромкой плунжера отсечных отверстий в плунжерной втулке);

3 - моменту начала подачи топлива в цилиндр;

4 - моменту «провала» давления, наблюдаемого в начальной фазе подачи топлива;

5 - моменту достижения максимального уровня давления импульса (начало резкого понижения давления);

6 - моменту окончания резкого понижения давления;

7 - моменту окончания действия импульса.

На основе анализа положения перечисленных характерных точек можно судить о качестве функционирования ТА (о качестве регулировки ТА и ее техническом состоянии).

В настоящей статье сделана попытка уйти от традиционных методов анализа формы импульса, используемых с целью диагностирования ТА. Можно показать, что даже при отсутствии регистрации системой диагностики такого важного параметра, как угол поворота коленчатого вала ц (без привязки замеряемых уровней давления к углу поворота коленчатого вала), возможно проведение анализа характеристики топливоподачи дизеля и диагностики ТА. По сути, в статье показано, как в условиях недостатка информации все-таки можно частично его восполнить, если воспользоваться вероятностно-статистическим подходом к анализу информации.

Создаваемый ТА импульс давления топлива можно представить в виде случайной функции P(ц) и соответственно исследовать его методами теории случайных функций.

Важнейшей характеристикой случайной функции является функция плотности распределения вероятностей f(y), y= P(ц) [1] . Функция f(y) показывает, как часто реализация y (в данном случае y- это аргумент) попадает в любой произвольно задаваемый интервал Д = y_i+1 - y_i , принадлежащий области определения функции f(y). Математически сказанное описывается следующим образом:

P (yi < y < y i+1) = f(y)dy,

Полученная функция f(y) для серии реализаций процесса y= P(ц) судового малооборотного дизеля приведена на рис. 2. Для построения функции f(y) вычислялись частоты попадания реализаций в интервалы Д=y_i+1 - y_i = 25 бар (в области определения y от 0 до 700 бар; i =1, … n; n=700/25=28), относительные частоты (вероятности) и отношения полученных частот к единице измерения y.

Рассматривая форму полученной функции f(y), можно выделить ряд характерных областей. В диапазоне от 0 до 25 бар функция принимает экстремальное значение (достигает уровня 0,02 …0,025). В диапазоне от 25 до 100 бар функция имеет участок повышенных уровней (приблизительно равных 0,003). Ярко выраженной характерной областью является участок от 120 до 400 бар. В данной области значения f(y) близки к 0 (не превышают уровня 0,0005). Диапазону давлений от 400 до 600 бар соответствуют еще две характерные области (3 и 4).В этом диапазоне располагаются две моды функции f(y) (значения f(y) в данной области достигают уровней 0,002).

Форма полученной функции f(y) полностью согласуется с поведением функции y= P(ц), т. е. информационно они связаны между собой.

Обозначенная на рис.1 область 1- это наиболее протяженная по времени (углу поворота коленчатого вала) область постоянных давлений (?10 бар) и переходных процессов на стадиях плавного повышения и понижения давления (на участках между точками 1 и 2 и точками 6 и 7). Соответственно функция плотности распределения вероятностей принимает в этой области достаточно высокие значения.

Область 2 - это область, соответствующая резкому повышению давления (на участке между точками 2 и 3) и резкому понижению давления (на участке между точками 5 и 6). Длительности рассматриваемых участков незначительны (занимают в сумме приблизительно 6 град. поворота коленчатого вала). Этим объясняются очень малые значения f(y) в данной области определения функции.

Область 3 - это область, соответствующая переходным процессам, сопровождающим начальный период открытия форсунки (три фазы: фаза достижения давления открытия форсунки, фаза падения давления в начальный период открытия форсунки и фаза возрастания давления опять до уровня давления открытия форсунки). Области 3 соответствует интервал давлений, заключенный между характерными точками 3 и 4. Область 3 накрывает собой также небольшой участок фазы резкого снижения давления (между точками 5 и 6). Области 3 соответствует (рис. 2) модальный характер функции.

Область 4 можно условно назвать областью, соответствующей «верхушке» импульса. Область 4 накрывает собой участок возрастания давления (до точки 5) и следующий после него участок резкого уменьшения давления (до уровня давления, соответствующего точке 3). Области 4 также соответствует своя мода функции f(y).

Главное функциональное назначение ТА: она должна строго в определенный момент времени обеспечить достаточно интенсивный и определенной длительности (по времени) импульс давления топлива перед форсунками. Это означает, что передний и задний фронты импульса (участки между точками 2 и 3 , 5 и 6) должны быть по возможности крутыми, а максимальный уровень давления должен быть не ниже определенного (оптимального) уровня. Данные функциональные свойства могут быть проконтролированы на основе рассмотренной выше функции f(y). Действительно, функция отчетливо определяет максимальное давление импульса (580 бар; обозначено стрелкой). Область 3 соответствует фронтам импульса (нарастания и падения давлений), а малые уровни значений функции f(y) в области 3 свидетельствуют о том, что фронты имеют крутой характер. О величине давления топлива, при котором происходит открытие форсунок, можно судить по положению моды функции в области 3. Если мода смещается в область более низких давлений (300 … 350 бар), то это свидетельствует об ослаблении регулировочной запирающей пружины в форсунке. О продолжительности импульса можно судить по величине значений f(y) в области 4. К сожалению, функция f(y) не несет информации о фазовом положении импульса (нет информации о положении импульса по углу поворота коленчатого вала относительно верхней мертвой точки цилиндра).

Форма импульса давления P(ц) зависит от нагрузочного режима двигателя. Изменение функции P(ц) приводит, в свою очередь, к изменению функции f(y). На рис.3 приведены реализации импульсов давления, создаваемых ТА на режиме 25 %-й мощности дизеля. На рис. 4 приведена соответствующая этим реализациям функция f(y).

Форма импульса при 25 %-й мощности существенно отличается от формы импульса, соответствующей 100 %-й мощности. Отсутствуют рассмотренные выше области 3 и 4. Как видно из рис.3, сразу же после открытия форсунки наблюдается достаточно резкий спад давления (можно сказать, что точка 5 переместилась и совпала с точкой 3). Максимальное давление импульса сравнялось с давлением открытия форсунки (? 430 бар). Продолжительность импульса сократилась вдвое и не превышает 10 град поворота коленчатого вала. Уровни давлений, соответствующие переходным процессам на стадиях плавных повышений и понижений давлений (область 1), понизились. Однако общая продолжительность фазы переходных процессов несколько увеличилась (за счет сокращения продолжительности импульса). Все эти изменения формы импульса видоизменили функцию f(y). Рассматривая рис.4, можно сделать заключение о том, что фронты импульса P(ц) имеют крутой характер (для области 2 значения f(y)< 0,001, т.е. достаточно малы). Отсутствие моды области 3 и моды области 4 свидетельствует об отсутствии характерного участка импульса, заключенного между точками 3, 4 и 5 (рис.1). Максимальное значение аргумента y, при котором f(y) > 0, равняется 440 бар, это и есть максимальное давление импульса. Полученное на режиме 25%-й мощности более высокое максимальное значение f(y) (f(y)_max?0,026) свидетельствует о том, что относительная продолжи-тельность фазы переходных процессов области 1 увеличилась.

Таким образом, вероятностно-статистический подход, применяемый при анализе сигнала импульса давления топлива за ТНВД судового малооборотного дизеля, позволяет оценивать функциональные свойства ТА дизеля (основные характеристики импульса) и диагностировать техническое состояние ТА. Получаемая функция плотности распределения вероятностей f(y) (y= P(ц)) несет в себе информацию о характеристике топливоподачи дизеля. Тем не менее традиционный подход, основанный на анализе импульса давления, «привязанного» к углу поворота коленчатого вала, имеет более очевидный характер. Использование функции f(y) для диагностирования ТА следует рассматривать как дополнительный источник информации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С.Вентцель. - М.:Наука, 1969. - 576с.

Размещено на Allbest.ru