Snímač teploty vzduchu v sacím potrubí.

Zlepšení sacího traktu spalovacích motorů zahrnuje volbu optimálních tvarů a velikostí průřezu a také délky jeho kanálů. Optimální rozměry kanálů sacího traktu spalovacího motoru v nich zajistí takové parametry proudění jeho pracovní tekutiny, při kterých bude koeficient plnění co nejvyšší ve všech režimech jeho provozu. Na druhé straně, bez podrobné studie parametrů průtoku pracovní tekutiny v kanálech sacího systému spalovacího motoru, není možné provést řadu prací na jejich zlepšení. V tomto ohledu je cílem práce zlepšit konstrukci sacího traktu automobilových spalovacích motorů na základě komplexního studia jeho hydrogasdynamických charakteristik. Ke studiu se používá metoda vizualizace. V důsledku aplikace metody vizualizace byl proveden soubor výzkumných prací a jejich výsledky jsou prezentovány na studiu vlastností proudění pracovní kapaliny v sacím potrubí maloobjemového spalovacího motoru. V důsledku testů byla změněna konstrukce sacích kanálů sacího potrubí. Prezentovány jsou výsledky testů nového sběrného potrubí jako součásti automobilového motoru.

sací trakt
hydrogasdynamické vlastnosti

1. Belokon K.G. Vizualizace struktury proudění v sacích a výfukových kanálech spalovacího motoru pomocí stínového zařízení IAB-458 [Elektronický zdroj]. – Režim přístupu: http://www.kampi.ru/scitech/base/nomer10/belokon/belokon.htm (datum přístupu 10.05.2012).

2. Borovoy V.Ya. Proudění plynu a výměna tepla v zónách interakce rázových vln s mezní vrstvou. – M.: Strojírenství, 1983. – 144 s.

3. Kočetkov Yu.M. Turbulence komplexních kanálů // Motor. – M.: NIIEAP, 2008. – č. 3(57) – S. 77.

4. Kovalev P.I., Mende N.P. Album nadzvukových proudů. – SPb.: Nakladatelství Petrohradské státní polytechnické univerzity, 2011.

5. Tiché ruční střelné zbraně. Zařízení pro snížení hladiny zvuku výstřelů pro kulomety. Design a experimentální testování / A.D. Skořík, N.A. Konovalov, O.V. Pilipenko, Yu.A. Kvasha, V.I. Kovalenko. – Dněpropetrovsk: NAS Ukrajiny a NCA Ukrajiny, Ústav technické mechaniky, 2008.– 303 s.

6. Sinyavin A.A. Experimentální studie podzvukového proudění kolem tandemu propustných a pevných disků // Bulletin Moskevské univerzity. – 2009. – č. 2. – S. 49–52.

7. Chaplits A.D., Astapov A.I. Vizualizace proudění plynu ve vnitřních kanálech. – Dněpropetrovsk: NAS Ukrajiny a NCA Ukrajiny, Ústav technické mechaniky, 2007. – 209 s.

8. Chaplits A.D. Studium plynodynamických parametrů v sacím potrubí automobilového motoru pomocí vizualizačních metod // Sborník referátů z druhorepublikového vědeckotechnického semináře o zlepšování výkonu tepelných motorů a šetření zdrojů. – Melitopol: Tavricheskaya State Agrotechnical Academy, 1996. – S. 37-38.

9. Chaplits A.D. Studium dynamiky plynů sacího traktu motoru MeMZ-245 pomocí vizualizačních metod // Bulletin Charkovské státní polytechnické univerzity. Sborník vědeckých prací. – Charkov: KhDPU, 1999 — Vydání. 85. – S. 129–135.

Nejdůležitějším úkolem při vytváření spalovacích motorů (ICE) jakéhokoli typu je plnění spalovací komory čerstvou náplní, což je dáno do značné míry konstrukcí sacího traktu. Na současné úrovni vývoje pístových spalovacích motorů je zvyšování plnicího faktoru nebo jiného technicko-ekonomického ukazatele s minimálními náklady úspěchem výzkumníků a výrobců produktů. Trojrozměrné proudění plynu uvnitř kanálů ohraničených pevnými stěnami s povrchy složitých tvarů je extrémně složité. Při jejich matematickém popisu se musíme vypořádat se stále složitějšími metodami specifikace okrajových podmínek, které adekvátně popisují podmínky proudění [3]. Proto jsou relevantní studie modelových toků, ve kterých je vliv jednoho nebo více parametrů oddělen od vlivu ostatních. Studium takových toků na základě experimentálních metod nám umožňuje identifikovat charakteristické aspekty jevu a přispět k pochopení zákonitostí skutečných multiparametrových procesů. Samostatným problémem je zde vizualizace proudění plynu v těžko přístupných uzavřených dutinách [1, 4, 5, 6]. V tomto případě je třeba věnovat zvláštní pozornost oblastem, které zajišťují tvorbu směsi paliva a vzduchu. Na základě toho je cílem práce zlepšit konstrukci sacího traktu automobilových spalovacích motorů na základě komplexního studia jeho hydrogasdynamických charakteristik. Řešení problémů dosažení stanoveného cíle vychází z výsledků práce uvedených v [7. 9].

Studie byly provedeny na uspořádání znázorněném schematicky na obr. 1 s použitím „studeného“ vzduchu a vody jako pracovních tekutin. Byl testován sací systém motorů s nuceným zapalováním 4Ч 7,2/6,7 (verze s karburátorem) a 4Ч 7,5/7,35 (pokročilé vstřikování). Sériový kolektor 1, připravený pro experiment, byl propláchnut vzduchem, aby se vyhodnotil hydraulický odpor v každém kanálu a změřila se rychlostní pole a turbulentní pulsace. Při proplachování byl vzduch (o tlaku 10–7–10–6 Pa) přiváděn potrubím 2 přes filtr 3 a dvoukomorový karburátor 4 s odstraněným plovákem. Voda byla přiváděna potrubím 5 za odpovídajících testovacích podmínek. Tlak v modelu byl řízen pomocí čidla 6 typu IKD a tlakoměru 7. Pro stanovení průtoku vzduchu byla použita standardní konvergující tryska 8 Rozdíl na ní byl měřen pomocí čidla 9 „SAFÍR“, tlak a teplota před tryskou byly zjišťovány pomocí čidla 6 a termočlánku 10 typu L (THK). Naměřené hodnoty byly zaznamenávány informačním a měřicím systémem na bázi elektronického počítače. Chyba při stanovení průtoku nepřesáhla 1,5 %.

Rýže. 1. Zkušební schémata: 1 – sací potrubí; 2 – přívod vzduchu; 3 – vzduchový filtr; 4 – karburátor; 5 – napájení simulátoru paliva; 6 – snímače tlaku; 7 – Tlakoměr ve tvaru U; 8 – průtokoměrná sekce; 9 – snímač diferenčního tlaku; 10 – termočlánek; 11 – měřič rychlosti; 12 – souřadnicové zařízení; 13 – přijímač; 14 – sběrač; 15 – vstřikovač;a – 4Ч 7,2/6,7; b – 4Ч 7,5/7,35

Hydraulický odpor sacích kanálů rozdělovače byl vzhledem k jeho malé velikosti odhadnut podle množství proudícího vzduchu při proplachování každého kanálu od jednoho základního tlaku.

Na Obr. 2 plná čára ukazuje rychlostní profil v kanálu 4 kolektoru. Nerovnoměrné otáčky a jejich profily (zejména ve vnějších kanálech) zhoršují plnění a nevyváženost homogenizace směsi paliva a vzduchu. Stejný obrázek ukazuje výsledky testů modelů sacího potrubí č. 1 a č. 2, zlepšené v průběhu těchto studií.

Průměrná rychlost a turbulence byly stanoveny pomocí soupravy T-17M s horkým drátem anemometru s 11 metrem na základě 2 mm dlouhého a 0,05 mm průměru wolframového vlákna. Jeho podélné X a příčné Y pohyby byly prováděny souřadnicovým zařízením 12 s přesností až 0,1 mm. Měření byla provedena vertikálně a horizontálně v rovině řezu kanálů o průměru 27 mm ve 12 bodech s krokem 2 mm. Chyba v měření průměrné rychlosti nepřesáhla 5 %.

Optimalizace lokálních charakteristik proudění (zejména jeho turbulentní složky) v sacích hrdlech je důležitá zejména u motorů s dávkovaným přívodem paliva, minimálně z důvodu zkrácení cesty homogenizace směsi. Na Obr. 3 ukazuje rozložení otáček v kanálech sacího potrubí motoru s rozšířeným vstřikováním 4Ч 7,5/7,35 (označení podle obr. 1).

Rýže. 2. Rychlostní profily ve čtvrtém kanálu sacího potrubí: 1 – sériové potrubí; 2 – sběratelský model č. 1; 3 – model kolektoru č. 2 a – horizontální; b – ve svislé rovině

Rýže. 3. Rychlostní profily v kanálech sacího potrubí (motor s prodlouženým vstřikováním 4Ч 7,5/7,35): 1 – kanál č. 1; 2 – kanál č. 4; a – vodorovně; b – ve vertikálních rovinách

Intenzita turbulence byla vypočtena jako poměr střední kvadratické hodnoty pulsační složky (turbulence) k průměrné rychlosti.

Výsledky měření jsou uvedeny na Obr. 4.

Rýže. 4. Rozložení intenzity turbulence ve čtvrtém kanálu sacího potrubí: a – horizontální; b – ve svislé rovině; 1 – sériový rozdělovač; 2 – vzor č. 1; 3 – model č

Pro vizualizaci proudění metodou „Laser Knife“ [2, 4] byl použit argonový laser 1 „IGLA-4“ s výkonem záření 7 W (hranol a optické uchycení je popsáno v [7]). V tomto případě laserový paprsek rozmístěný v rovině „přeřízne“ tok na výstupu kolektorového kanálu (zbývající kanály jsou uzavřeny zátkami). Laserové světlo bylo rozptylováno filmem vody stékající ze stěn a suspendovanými částicemi v proudu, což zase umožnilo pozorovat strukturu proudění. Voda jako simulátor kapalného paliva byla vstřikována do proudu karburátorem pod mírným přetlakem. Vizualizační obrázek toku „Laser Knife“ pro kanál 4 sériového kolektoru, zaznamenaný kamerou, je znázorněn na Obr. 5, kde: 1 – kanál, 2 – příruba kolektoru. Na fotografii jasnější záře indikuje palivový film 3 a distribuované světlo indikuje fázi 4 kapek kapaliny. Intenzitu záře lze použít k posouzení koncentrace kapalné fáze v proudu.

Rýže. 5. Vizualizace průtoku plynu v kanálu č. 4 kolektoru metodou „Laser Knife“: a – fotografie; b – vývojový diagram

Na Obr. 6 znázorňuje vizualizaci vzoru proudění kolem vnitřního povrchu kanálu č. 4 ve výrobním potrubí. Označení: 1 – spodní polovina modelu; 2 – těsnění; 3 – kapky; 4 – vířivá zóna; 5 – sklon toku; 6 – zástrčka.

Rýže. 6. Vizualizační obrázek a vývojový diagram v kanálu č. 4 sériového kolektoru: a – rychlostní profil

Fotografie jasně ukazuje vírovou zónu 4 a zónu 5 spádu proudění, jejichž přítomnost způsobuje dodatečný odpor a nerovnoměrnou distribuci paliva kanálky. Nerovnoměrnost rychlostního profilu V1 (obr. 6, a) je vysvětlena sklonem proudění 5. Zvláště zajímavé bylo měření distribuce kapiček kapalné fáze palivového simulátoru po ploše kanálu za různých podmínek (obr. 7).

Sušené kapky byly počítány v bodech měření rychlosti na základě špičky elektrického signálu ze zesilovače, když byl závit snímače ochlazen kapkou. Na základě výsledků studie proudění ve výrobním potrubí byl vyvinut nový tvar jeho vnitřních kanálů s nižším odporem a vyrovnaným rychlostním profilem na výstupu kanálů. Byly vyrobeny dva modely (č. 1 a č. 2) kolektorů se stejnými připojovacími rozměry, ale s odlišnými kanály. K výrobě byla použita patentovaná technologie využívající kompozitní materiály [7]. Obrysy vnitřních kanálů jsou znázorněny na obr. 8.

Odkalování nových modelů kolektorů bylo prováděno za použití stejných pracovních kapalin a režimů. Výsledky testu jsou uvedeny na Obr. 2 a 3 ukázaly pokles kolektorového odporu a vyrovnání rychlostního pole na výstupu z kanálů. Po jednofázovém průtokovém proplachování a stanovení plynně-dynamických parametrů proudění byl upřednostněn model č. 2. U tohoto modelu bylo proplachování prováděno vstřikováním vody přes karburátor. V tomto případě byla použita metoda „laserového nože“ pro vizualizaci proudění dvoufázové směsi v kolektorové sekci a stanovení distribuce kapalné fáze na výstupu z kolektorových kanálů (obr. 7).

Rýže. 7. Rozložení kapiček kapalné fáze palivového simulátoru na výstupu ze čtvrtého kanálu: a – horizontální; b – ve svislé rovině; 1 – sériový rozdělovač; 2 – experimentální model č. 2

Rýže. 8. Obrysy vnitřních kanálů výrobního potrubí a experimentální modely: 1 – je vyznačena příruba karburátoru; 2 – rovina hlavy válců

Motorové testy motoru 4Ч 7,2/6,7 ukázaly, že použití kanálů nového tvaru umožňuje zvýšit (až o 3-5%) jeho točivý moment za jeho provozních podmínek.

Recenzenti:

Murashov A.A., doktor technických věd, profesor katedry matematických a přírodních věd Moskevské finanční a právnické univerzity v Moskvě;

Eparkhin O.M., doktor technických věd, profesor, ředitel pobočky v Jaroslavli Federální státní rozpočtové vzdělávací instituce pro vyšší odborné vzdělávání „Moskevská státní dopravní univerzita“, Jaroslavl.

Práce obdržela redaktorka 16.04.2013. dubna XNUMX.

Není žádným tajemstvím, že hustota atmosférického vzduchu závisí na jeho teplotě a v důsledku toho na hmotnostním obsahu jeho složek (plynů) na jednotku objemu. Vzhledem k tomu, že vzduch, respektive kyslík, který obsahuje, je nezbytný pro spalování paliva ve válcích motoru, je velmi důležité vědět, jaké množství kyslíku se dostalo do válce sacím traktem motoru. To určuje rozhodnutí elektronické řídicí jednotky motoru (ECU nebo jednoduše „mozek“) o tom, kolik paliva vstříknout do válce, aby mohl zcela shořet, což umožňuje přeměnu tepla na užitečnou práci a neuvolňuje škodlivé produkty neúplné oxidace do atmosféry.

Je známo, že žádná (i ta nejhořlavější a nejvýbušnější) látka nemůže hořet bez kyslíku, protože samotný proces hoření je ve skutečnosti procesem oxidace, tedy spojení prvků nebo složek látky s kyslíkem. Jak ale počítač (ECU) ví, kolik kyslíku se dostalo do válců motoru?

Funkce informování elektronické řídicí jednotky o množství vzduchu vstupujícího do válců motoru je přiřazena snímači hmotnostního průtoku vzduchu (MAF) s ohledem na informace ze snímače teploty nasávaného vzduchu (IAT). Vzhledem k tomu, že vzduch obsahuje přibližně 21% kyslíku a závislost hustoty vzduchu na teplotě je snadno zjistitelná funkční závislost, pro počítač je snadné spočítat, kolik kyslíku (v hmotnostních jednotkách) bylo schopno vniknout do válce během sacího zdvihu.
Pak je to snazší – ECU zná množství kyslíku ve válci a určí optimální množství paliva pro daný provozní režim motoru, což může poskytnout požadované dynamické a další ukazatele výkonu motoru. Řídicí jednotka přikáže vstřikovači vstřikovat požadovanou část benzinu nebo nafty, čímž se změní doba trvání otevřeného stavu ventilu vstřikovače.

Studený vzduch je hustší než teplý nebo horký vzduch; jeho jednotkový objem obsahuje více kyslíku, proto je potřeba více paliva, aby se udrželo požadované složení směsi vzduch-palivo při nízkých teplotách. Pokud tedy znáte teplotu vzduchu v sacím potrubí, můžete získat přesnější informace o množství kyslíku vstupujícího do válců, než se spoléhat pouze na informace z průtokoměru (senzor hmotnostního průtoku vzduchu).

Rané verze ASUD (elektronické řídicí systémy motoru) obsahovaly průtokoměry a snímače hmotnostního průtoku vzduchu, které (v závislosti na konstrukci) mohly pouze nepřímo informovat ECU o množství kyslíku vstupujícího do válců.
Nejprve se používaly tlakové průtokoměry, které určovaly množství jimi procházejícího vzduchu výchylkou desky – „korouhvičky“ spojené s proměnným mechanickým odporem.
Později lamelové senzory ustoupily termistorovým senzorům, které rovněž neumožňují objektivní posouzení toho, jaké množství kyslíku se dostalo do válce při sání. Termistorové senzory určovaly množství vzduchu, který jimi prochází, stupněm ochlazení speciálního závitu vyhřívaného elektrickým proudem, vháněného proudem vzduchu v kolektoru.
Signálem pro ECU bylo napětí odstraněné ze závitu a to zase záviselo na teplotě tohoto závitu. Čím více proud vzduchu ochlazuje vlákno, tím nižší je elektrický odpor vlákna a tím vyšší je napětí výstupního signálu. Termistorové průtokoměry by mohly „zavést“ ECU v chladném a teplém období, protože studený vzduch zimní atmosféry ochlazoval citlivý prvek (závit) účinněji než letní vzduch a počítač to považoval za větší množství vzduchu vstupujícího do válců .
Princip činnosti termistorových snímačů se používá i u moderních snímačů hmotnostního průtoku vzduchu, ale kromě nich se přidávají snímače, které určují teplotu proudu vzduchu v sacím potrubí a předávají tuto informaci elektronické řídicí jednotce. Jednotka analyzuje signály ze dvou senzorů a vyvozuje potřebné závěry o množství vzduchu ve válcích.

Snímač teploty nasávaného vzduchu (zkráceně DTVV, angl. Teplota nasávaného vzduchu nebo ve zkratce – IAT) umožňuje objektivněji určit hmotnostní množství kyslíku vstupujícího do válců motoru, protože díky tomu je ECU schopna opravit informace ze snímače hmotnostního průtoku vzduchu (MAF) s přihlédnutím k teplotě vzduchu vstupujícího do sacího potrubí. Oba snímače – MAF a DTVV – pracují v páru, někdy tvoří jeden (kombinovaný) snímač v jednom pouzdře.
Porucha snímače teploty vzduchu (stejně jako snímače hmotnostního průtoku vzduchu) může přímo ovlivnit dynamické, ekonomické a ekologické vlastnosti motoru, zejména v chladném období.
Chyba snímače teploty vzduchu v sacím potrubí může mít za následek nadměrnou spotřebu paliva nebo nestabilní chod motoru.

Obr. 1. Snímače teploty vzduchu v sacím potrubí

DTVV je umístěn v sacím potrubí, obvykle na tělese vzduchového filtru nebo přímo za ním. Může být vyroben samostatně nebo tvořit společné provedení se snímačem hmotnostního průtoku vzduchu (MAF). Některé motory mohou mít dokonce dva snímače teploty vzduchu (pokud je dělené sací potrubí nebo samostatné sací potrubí na šesti nebo osmi válcích). Vmotory ve tvaru).

Princip činnosti DTVV

Snímače teploty jsou většinou termistory s vysokou citlivostí elektrického odporu na teplotu. V tomto případě mají často záporný teplotní koeficient – ​​elektrický odpor se při ochlazování termistoru zvyšuje a při zahřívání klesá.
Některé typy snímačů teploty nasávaného vzduchu fungují na opačném principu – jak se zahřívají, jejich elektrický odpor klesá.

Když je zapnuté zapalování, je do snímače přiváděno napětí (obvykle 5 B), elektronická řídicí jednotka přijímá zpětný signál a analyzuje jej. Velikost signálového napětí se mění úměrně se změnou teploty vzduchu v kolektoru.

Porucha snímače teploty nasávaného vzduchu

Teplotní snímač se může poškodit v důsledku nadměrného tlaku v sacím potrubí. Minerální pevné látky a znečištění olejem může způsobit ztrátu citlivosti indikátoru.
Mnoho problémů se senzory souvisí se špatným napětím nebo stavem elektrických kontaktů uvnitř zařízení. Umístění snímače na motoru také vytváří předpoklady pro špatný kontakt kabeláže nebo svorek mezi výstupem řídicího signálu a řídicí jednotkou.
A velkou roli hraje samozřejmě životnost snímače – nic netrvá věčně.

Existuje několik známek nefunkčního snímače teploty nasávaného vzduchu.
Mezi nimi jsou následující:

• přerušení chodu motoru při volnoběhu (zejména v chladném období);
• Volnoběžné otáčky motoru jsou příliš vysoké nebo nízké;
• problémy se startováním motoru (při silných mrazech);
• snížení výkonu motoru;
• přetečení paliva.

Kontrola snímače teploty nasávaného vzduchu

Diagnostika snímače teploty nasávaného vzduchu musí být provedena na základě měření odporu a velikosti elektrických signálů z něj vycházejících. Test začíná výpočtem odporu. K tomu použijte ohmmetr vyjmutím snímače z vozu Test se provádí odpojením napájecích a signálních vodičů a jejich připojením k měřicímu zařízení (multimetru).
Měření se provádějí na studeném a plně zahřátém motoru.

Obr. 2. Měření odporu snímače pomocí testeru

V prvním případě bude odpor významný (několik kohm), ve druhém – výrazně méně (až jeden kohm). Návod k obsluze snímače obvykle obsahuje tabulku nebo graf s hodnotami odporu v závislosti na teplotě. Výrazné odchylky naměřených parametrů od standardních indikují nesprávnou činnost snímače.

Snímač teploty nasávaného vzduchu je neoddělitelné zařízení a není pro něj zajištěno žádné seřízení, takže pokud snímač selže, je vyměněn za známý dobrý. Při opravách a údržbě se provádí pouze čištění kontaktů a kontrola stavu silových a signálních obvodů.

Při nákupu nového snímače je potřeba dbát na jeho parametry, aby byl vhodný pro dané vozidlo. Při instalaci DTVV je třeba dbát na to, aby nedošlo k poškození kontaktů, jinak zařízení selže.

Abychom ušetřili peníze (nový senzor stojí od 30 na 60 dolarů v závislosti na modelu) můžete se pokusit jej opravit sami výměnou senzorového termistoru za termistor zakoupený v obchodě se stejnými vlastnostmi (jeho cena nepřesahuje 1 dolar).
Výměna termistoru bude vyžadovat pájení.

Po kontrole funkčnosti snímače se zkontrolují elektrické obvody spojující snímač s řídicí jednotkou (ECU). K tomu slouží ohmmetr, který se zapojuje mezi konektor teplotního čidla a příslušný kontakt odpojeného konektoru ECU. Kontroluje se provozuschopnost každého kontaktu a obvodu. Hodnota odporu během měření by se měla blížit 0 Ohm.
Při provádění této operace je vyžadováno schéma umístění kontaktů snímače a ECU.

Dále zkontrolujte přítomnost napájecího napětí na konektoru při zapnutí zapalování. Nejčastěji by měla být hodnota napětí 5 Bu některých modelů DTVV se však tato hodnota může lišit, takže je nutné upřesnit její standardní hodnotu v pasových datech snímače.

K čištění senzoru a jeho kontaktů použijte čisticí kapalinu (čistič na uhlohydráty, alkohol nebo jiný čistič). Musíte pracovat opatrně, abyste nepoškodili vnější kontakty snímače.