Исследование баланса энергий при изменении технического состояния топливного насоса машин сельскохозяйственного назначения при использовании тестового диагностирования
Study of the energy balance by changing the technical condition of the fuel pump of agricultural machines using test diagnostics

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

автотракторный двигатель, диагностирование, система питания, топливный насос, подача, давление, ток питания, утечки, automotive tractor engine, diagnostics, power system, fuel pump, supply, pressure, supply current, leaks

АННОТАЦИЯ

Авторы: Битюков Максим Владимирович, Гриценко Александр Владимирович

В связи с интенсификацией использования сельскохозяйственной техники возникают множественные отказы узлов и систем силовых агрегатов. Установлено, что наиболее уязвимой системой является система топливоподачи. В частности, доминирующее число отказов приходится на форсунки и топливный насос (в сумме до 35 % от всех отказов ДВС). В тот же момент система топливоподачи является одной из наиболее сложно диагностируемых систем. Неопределенность и неоднозначность выявления отказов системы топливоподачи связана с наличием электронных, гидравлических, механических элементов. Комбинация изменений параметров этих сложных элементов создает сочетания, которые не определяются современными диагностическими средствами. Для раскрытия неопределенности сочетаний неисправностей предлагается использование тестового метода на основе контроля электрических и временных параметров процесса подачи топлива топливным насосом. В теоретической части статьи раскрыт энергетический баланс и представлены отдельные составляющие, которые оказывают существенное влияние на процесс топливоподачи. Установлено, что электрические и гидравлические потери энергии могут привести к полному отказу всей топливной системы. Выразив значение силы тока, установлена модель для контроля технического состояния топливного насоса с учетом многочисленных факторов. Рассчитаны составляющие потерь и проведен их анализ. В методической части статьи подготовлена исследовательская установка, средства контроля, датчики. Основным датчиком является датчик тока CTi с пределами измерения пульсаций тока 20…50 А. В качестве осциллографического средства выбран цифровой осциллограф USB-Autoscope IV с приложением «Oscilloscope». Для имитации изменения гидравлического сопротивления системы топливоподачи подготовлены жиклеры номиналом 0,4, 1,8, 3,2, 4,6, 6,0 мм и проведена их проливка. Основой анализа являются осциллограммы тока питания топливного насоса. На полученных осциллограммах выбраны четыре диагностических параметра: t₀, с (временной интервал от момента подачи питания на клемму топливного насоса до стабилизации величины тока); n, мин^–1 (частота вращения вала ротора топливного насоса); I_max, А (максимальное изменение тока питания); I_min, А (минимальное изменение тока питания). Проведен однофакторный эксперимент и получены графики зависимостей. Корреляционный анализ установил высокую тесноту связи всех четырех диагностических параметров с изменением гидравлического сопротивления линии топливоподачи. Коэффициенты корреляции превысили значение 0,87. Их разброс составил 0,879…0,983. Проведенный регрессионный анализ позволил установить четыре уравнения регрессии с высокой достоверностью (R² не менее 0,92) для оценки выходных параметров топливного насоса. Пересчет уравнений регрессии относительно величины диаметра жиклера d_ж позволил установить конечные уравнения регрессии, используя которые в эксплуатации, с высокой точностью определяется рост гидравлического сопротивления в системе топливоподачи. Представленные материалы рекомендуются машиностроительным, эксплуатирующим, учебным организациям для изучения и контроля правильности процесса топливоподачи.

Abstract:

NAME: Study of the energy balance by changing the technical condition of the fuel pump of agricultural machines using test diagnostics
AUTOR: Bityukov Maksim Vladimirovich, Gritsenko Alexander Vladimirovich

Due to the intensification of the use of agricultural machinery, there are multiple failures of components and systems of power units. It has been established that the most vulnerable system is the fuel supply system. In particular, the dominant number of failures occurs in injectors and the fuel pump (up to 35 % of all internal combustion engine (ICE) failures). At the same time, the fuel supply system is one of the most difficult systems to diagnose. The uncertainty and ambiguity of identifying fuel supply system failures is connected with the presence of electronic, hydraulic, and mechanical elements. The combination of changes in the parameters of these complex elements makes combinations that are not determined by modern diagnostic tools. To reveal the uncertainty of fault combinations, it is proposed to use a test method based on monitoring the electrical and timing parameters of the fuel supply process by the fuel pump. In the theoretical part of the paper, the energy balance is disclosed and individual components are presented, which have a significant impact on the fuel supply process. It has been established that electrical and hydraulic energy losses can lead to complete failure of the entire fuel system. Having expressed the value of the current, a model is established to monitor the technical condition of the fuel pump, considering numerous factors. The components of losses were calculated and analyzed. In the methodological part of the paper, a research setup, control equipment, and sensors have been prepared. The main sensor is a CTi current sensor with current ripple measurement limits of 20…50 A. A USB-Autoscope IV digital oscilloscope with the “Oscilloscope” application was selected as an oscillographic tool. To simulate changes in the hydraulic resistance of the fuel supply system, jets with nominal values of 0.4, 1.8, 3.2, 4.6, 6.0 mm were prepared and flushed. The basis of the analysis are oscillograms of fuel pump supply current. Four diagnostic parameters were selected from the obtained oscillograms: t₀, with (time interval from the moment power is supplied to the fuel pump terminal until the current value stabilizes); n, min^–1 (rotation speed of the fuel pump rotor shaft); I_max, A (maximum change in supply current); I_min, A (minimum change in supply current). A one-factor experiment was carried out and dependency graphs were obtained. Correlation analysis has established a high close relationship between all four diagnostic parameters and changes in the hydraulic resistance of the fuel supply line. The correlation coefficients exceeded 0.87. Their spread was 0.879…0.983. The conducted regression analysis allowed to establish four regression equations with high reliability (R₂ at least 0,92) to assess the output parameters of the fuel pump. Recalculation of the regression equations relative to the jet diameter dj made it possible to establish the final regression equations, using which in operation the increase in hydraulic resistance in the fuel supply system is determined with high accuracy. The presented materials are recommended for machine-building, operating, and educational organizations for studying and monitoring the correctness of the fuel supply process.