Цифровой измеритель натяжения ремня газораспределительного механизма и генератора в автомобилях ВАЗ

Полный текст

Введение Известно, что неотъемлемой составной частью в ДВС является газораспределительный механизм (ГРМ) [1]. Конструктивные исполнения ГРМ в значительной степени многообразны. Механизмы газораспределения ДВС классифицируются и производится в зависимости от того, каким образом в последних осуществляется управление впуском [2-5]. В настоящее время наиболее распространен верхнеклапанный ГРМ с верхним расположением распредвала. Любой ГРМ работает таким образом, что очередность циклов в каждом цилиндре соответствует последовательности работы двигателя. Это обеспечивается строго определенным расположением кулачков по углу их разворота относительно друг друга на распределительном вале (РВ) и положением РВ относительно коленчатого вала (КВ). Современные двигатели имеют многоклапанный ГРМ, в котором на один цилиндр двигателя приходится до четырех (пяти) клапанов. Клапаны приводятся в движение группами от двух РВ. У 16-клапанных двигателей ВАЗ привод от КВ до двух РВ осуществляется зубчатым ремнем, который имеет ширину 25,4 мм., шаг 9,525 мм., число зубьев - 136. Эти ремни выпускают много фирм, например: Gates, TRW, Deico, Балаково (БРТ) и др. Привод от КВ к распредвалам осуществляется через два обводных ролика, причем один ролик с помощью кулачкового механизма позволяет регулировать натяжение ремня ГРМ после установки КВ по специальным меткам, так как ремень ГРМ испытывает импульсные нагрузки от кулачков РВ, имеющих яйцевидную форму и натяжение ремня должно регулироваться в строго определенном положении КВ. Основная часть Существуют два основных способа измерения натяжения ремней: · с помощью динамометра, измеряющие прогиб ремня при нагрузке; · с помощью электронных регистраторов, измеряющих период (частоту) свободных колебаний после механического удара по ремню. Механические измерители (например, ППНР-100, фирмы «Ормет» г. Екатеринбург) для измерения натяжения ремня ГРМ не подходят, т.к. их точность и погрешность измерения не обеспечивают технических требований на измерение прогиба ремня ГРМ ВАЗ. По данным ОАО АвтоВАЗ прогиб ремня ГРМ должен составлять 5,4±0,3 мм при нагрузке 10 кг (100 Н). Точность прибора ППНР-100 составляет ±0,5 мм. Субъективная погрешность измерения: перекосы при наложении на ремень, рывки при приложении нагрузки еще больше снижают точность измерения. Такие же недостатки имеет наиболее совершенный механический измеритель натяжения ремней фирмы «Staeger» (Германия). Электронные регистраторы натяжения ремней [6] разделяются на два класса: · регистраторы с памятью на сотни различных ремней и имеющие светодиодные индикаторы «мало-норма-много» (STT-1). · измерители частоты свободных колебаний, имеющие цифровой дисплей (Clavis). И первый и второй класс приборов основаны на методе измерения частоты (периода) колебаний после удара по ремню. Для регистраторов производится сравнение с базой данных частот колебания ремня, заложенных в память прибора и вывода информации на светодиодные индикаторы. Во втором данные выводятся на семисегментный индикатор, измеряющий частоту колебаний. Структурная схема прибора «Clavis Вelt Tension Meter» фирмы «Integnated Displex System Ltd» (Англия) показана на рис. 1. Работает прибор следующим образом. В окно дифференциального акустического датчика 1 помещается ремень так, чтобы он не касался датчика. По ремню ударяют металлическим стержнем, чтобы возбудить свободные затухающие колебания ремня. Колебания ремня улавливаются датчиком 1, и по кабелю передаются в прибор «Clavis» на вход дифференциального усилителя 2, который усиливает полезный сигнал и ослабляет синфазные помехи. По первому фронту сигнала с выхода усилителя формирователь сброса 6 обнуляет регистр хранения показаний 9 и все счетчики. Через полосовой фильтр 3 сигнал поступает на формирователь периода колебаний ремня 7, а с его выхода на аналого-цифровой преобразователь АЦП 4. В оперативной памяти запоминающего устройства (ОЗУ) 5 хранится число, соответствующее периоду колебания ремня. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) 8 вычисляет частоту колебания ремня F = 1/T [Гц] и хранит данные в регистре хранения 9 до прихода другого сигнала от датчика 1. На трехразрядном ЖК-дисплее 10 высвечивается результат измерения в герцах. Рисунок 1. Структурная схема прибора фирмы «Clavis» Следует отметь сложность проведения измерений данным прибором. Необходимо одновременно держать датчик, прибор и выполнять удары по ремню, выдерживая зазоры над ремнем, что затруднительно. Вычисление производится в течение 1-3 секунд. Информация о принятых сигналах производится акустически. Натяжение ремня ГРМ для автомобиля ВАЗ оптимизировано фирмой Porshe (Германия). Для повышения точности измерения делаются три измерения, и берется среднее арифметическое значение. Прибором можно измерять натяжение любых ремней в диапазоне 100 - 200 Гц. Стоимость прибора составляет 500 долларов. Более удобным в применении является тестер STT-1 (Sonic Tension Tester) фирмы Gates, который имеет память на 100 ремней и работает по принципу регистратора "мало - норма - много". Структурная схема прибора STT-1 приведена на рис. 2. Рисунок 2. Структурная схема прибора STT-1 Прибор работает следующим образом. До начала измерения необходимо установить номер ремня с помощью клавиатуры 9. На дисплее 11 высвечивается номер испытываемого ремня, при этом в память цифрового компаратора 10 заносится частота колебания ремня и диапазон отклонения от нормы. При ударе по ремню датчик 1 улавливает свободные колебания, которые через кабель поступают на усилитель 2 и через полосовой фильтр 3 (100-200 Гц) и формирователь периода 5 на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6. Данные о периоде колебания ремня хранятся в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 7. Цифровой компаратор 10 сравнивает данные с постоянно-запоминающим устройством (ПЗУ) 8 с измеренными и соответственно включает один из светодиодов. Пользоваться прибором STT-1 удобнее, чем «Clavis». Не нужно сравнивать трехзначные числа с табличными значениями, вычисляя среднее арифметическое значение. Стоимость прибора STT-1 600 долларов [7]. В Тольяттинском политехническом университете был разработан прибор, измеряющий 10 периодов свободных колебаний ремня. Показания периода от 6.5 до 6.8 мс соответствуют диапазону 113-167 Гц. Структурная схема представлена на рис. 3. Измерение периода более точно характеризует натяжение ремня, так как при перерасчете частоты, происходит округление результата и вносится дополнительная погрешность. Прибор измеряет среднее значение из 10 периодов колебаний ремня и выводит данные на 3-х разрядный цифровой дисплей. Поскольку первый период искажен (накладывается частота удара), выбрано измерение среднего из 10 периодов, что дает в сравнении с приборами «Clavis» и STT-1 равновесные результаты. На рис. 4 представлена принципиальная схема прибора, на рис. 5 показаны диаграммы, поясняющие работу прибора. После удара по ремню затухающий синусоидальный сигнал с микрофона (А) поступает на усилитель DA2.1, с выхода которого (В) он приходит на вход компаратора DA2.2. С выхода (С) прямоугольные импульсы подаются на счетчик 10 периодов колебания ремня DD1. Рисунок 3. Структурная схема прибора для измерения натяжения ремней в автомобиле Рисунок 4. Принципиальная схема прибора для измерения натяжения ремней автомобилей С выхода (Е) счетчика сигнал поступает на формирователь однократного периода измерения DD3.1, DD3.2, который с выхода (F) управляет работой кварцевого генератора 10 кГц, сигнал которого (G) поступает на вход трехразрядного счетчика - дешифратора DD4, DD5, DD6. На шкале индикаторов DD7, DD8, DD9 при частоте колебания ремня 150 Гц высвечивается число 667, соответствующее периоду колебания ремня. Габариты прибора значительно меньше аналогов - он имеет встроенный датчик-микрофон и питается от бортовой сети автомобиля. Самое главное преимущество прибора «ЦНТ-ремень» - его доступная цена, в 30 раз ниже аналогов. Прибор универсальный: им можно измерять натяжение любых ремней, ремня ГРМ, ремня генератора, для которого частота свободных колебаний составляет 120 Гц и др. Рисунок 5. Диаграммы работы прибора для измерения натяжения ремней автомобилей Выводы 1. Существуют два основных способа измерения натяжения ремня ГРМ ДВС: механический и электронный. 2. Применение в настоящее время электронных приборов для измерения натяжения ремня ГРМ ДВС отличается сложностью схемного решения и высокой ценой. 3. Предлагается универсальный цифровой измеритель натяжения ремня, имеющий минимальные габариты, массу и себестоимость. 4. Предлагаемая методика измерения натяжения ремня газораспределительного механизма и генератора в дальнейшем может быть адаптирована к использованию для автотранспортных средств различных автопроизводителей (в том числе зарубежных), которые оборудованы в том числе системами электростартерного пуска с емкостным накопителем энергии и аккумуляторной батареей [8-12], что требует дальнейшего исследования.

Об авторах

В. В Ермаков

Тольяттинский политехнический университет

к.т.н.

Р. А Малеев

Московский политехнический университет

Email: eope@mospolytech.ru
к.т.н.

А. А Холодов

Московский политехнический университет

Email: eope@mospolytech.ru

Ю. М Шматков

Московский политехнический университет

Email: eope@mospolytech.ru

Список литературы

Дополнительные файлы