Цифровой измеритель компрессии для роторно-поршневого двигателя
|
Введение
1. Анализ существующих систем 8
1.2 Структурная схема системы 11
2 Обзор комплектующих системы 14
2.1 Микропроцессорный модуль 15
2.2 Индикатор 23
2.3 Датчик давления 14
2.4 Источник питания 24
3 Проектирование алгоритмов работы устройства 27
4 Обработка результатов измерений 33
5 Программирование устройства 37
6 Пользовательский интерфейс 42
7 Экономическое обоснование проекта 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
ПРИЛОЖЕНИЕ А 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
1. Анализ существующих систем 8
1.2 Структурная схема системы 11
2 Обзор комплектующих системы 14
2.1 Микропроцессорный модуль 15
2.2 Индикатор 23
2.3 Датчик давления 14
2.4 Источник питания 24
3 Проектирование алгоритмов работы устройства 27
4 Обработка результатов измерений 33
5 Программирование устройства 37
6 Пользовательский интерфейс 42
7 Экономическое обоснование проекта 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
ПРИЛОЖЕНИЕ А 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Одним из объективных показателей целостности и работоспособности двигателя внутреннего сгорания является компрессия. Компрессия отображает величину давления, создаваемого в цилиндре поршневого агрегата в конце такта сжатия. Значения данного параметра зависит от условий, при которых проводятся измерения, и в первую очередь от исправного состояния двигателя. По этой причине компрессия является первопричинным диагностическим параметром, который позволяет объективно оценить исправность двигателя.
Компрессия, как и любая другая случайная измерительная величина, измеряется при одинаковых стационарных условиях. Важно чтобы на момент измерения компрессии двигатель был достаточно прогрет до рабочей температуры, дроссель полностью открытый, а свечи во всех цилиндрах — выкручены, стартер работоспособен при этом аккумуляторная батарея полностью заряжена.
Для измерения компрессии в двигателях используется специальное устройство - компрессометр. Существует множество вариаций их исполнения, но по сути они отличаются между собой лишь конструкцией и исполнением. В целом, компрессометр состоит из наконечника, вставляемого в свечное отверстие, обратного клапана на входе и манометра. Манометр с наконечником могут быть соединены шлангом или металлической трубкой. Клапан в наконечнике компрессометра необходим для того, чтобы стрелка манометра при замере фиксировалась на уровне наибольшего давления, возникшего в цилиндре. Такой компрессометр справляется с поставленной задачей при замере показателей компрессии в двигателях внутреннего сгорания, где тепловая энергия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма. Такие двигатели используются повсеместно и принципы измерения компрессии в диагностических целях не меняются.
Появление двигателей внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись раз-личные конструкции моторов. Одной из прогрессивных конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Разработчиком роторно-поршневого двигателя стали инженеры компании NSU - Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля. Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а первой стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем - RX.
Конструкция роторно-поршневого двигателя существенно отличается от классического поршневого двигателя. В центре ротора имеется круглое отверстие, изнутри покрытое зубцами как у шестерёнки. В это отверстие вставлен вращающийся вал меньшего диаметра, также с зубцами, что обеспечивает отсутствие проскальзывания между ним и ротором. Отношения диаметров отверстия и вала подобраны так, чтобы вершины треугольника двигались по одной и той же замкнутой кривой, которая называется «эпитрохоида», — искусство Ванкеля как инженера заключалось в том, чтобы сначала понять, что это возможно, а по¬том всё точно рассчитать. В итоге, поршень, имеющий форму треугольника Рело, отсекает в камере, повторяющей форму найденной Ванкелем кривой, три камеры переменного объёма и положения.
Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту РПД оказывается значительно проще обычного четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу де-талей больше. Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к статору ленточными пружинами, а также центробежными силами и дав-лением газа. Ещё одна его техническая особенность — это высокая «производи-тельность труда». За один полный оборот ротора (то есть за цикл «впрыск, сжатие, воспламенение, выхлоп»), выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.
Как и в поршневом двигателе внутреннего сгорания, компрессия в роторно-поршневом двигателе является одним из важнейших диагностических показателей работоспособности и фактором оценки внутреннего состояния двигателя. Кроме того, частота измерения и точность оценки компрессии РПД имеет
В связи с тем, что замер компрессии производится через отверстие для свечи зажигания, а в роторно-поршневом двигателе одна и та же свеча используется для воспламенения топливно-воздушной смести в трёх камерах сгорания поочерёдно, функционала обычного компрессометра недостаточно. Обусловлено это тем, что такие компрессометры оснащены обратным клапаном, позволяющим фиксировать максимальное значение компрессии при замере. Если использовать обычный компрессометр для измерения значений компрессии на роторно-поршневом двигателе, то возможно будет зафиксировать лишь максимальное значение одной из трёх камер сгорания, чего недостаточно для объективной оценки.
Научная новизна. В работе предлагаются модели и методы решения за¬дачи измерения компрессии в роторно-поршневых двигателях. Проведенные расчеты и предложенные методики позволит существенно повысить эффективность работы на станциях технического обслуживания автомобиля.
Практическая значимость. Результаты дипломной работы могут быть использованы в виде промышленного автомобилестроения, в различных организациях предприятиях, различных форм собственности занимающихся ремонтом двигателей, а также в учебном процессе специализированных средних технических и высших учебных заведений.
В качестве методов исследования были использованы следующие: анализ научной литературы, анализ деятельности, систематизация и обобщение.
Использование современной элементной базы при реализации таких систем играет немаловажную роль. Исследование высокоуровневых программных и отладочных комплексов выходит за рамки одной дипломной работы. Поэтому в данной работе устройство будет построено на макетных платах начального уровня Arduino.
Компрессия, как и любая другая случайная измерительная величина, измеряется при одинаковых стационарных условиях. Важно чтобы на момент измерения компрессии двигатель был достаточно прогрет до рабочей температуры, дроссель полностью открытый, а свечи во всех цилиндрах — выкручены, стартер работоспособен при этом аккумуляторная батарея полностью заряжена.
Для измерения компрессии в двигателях используется специальное устройство - компрессометр. Существует множество вариаций их исполнения, но по сути они отличаются между собой лишь конструкцией и исполнением. В целом, компрессометр состоит из наконечника, вставляемого в свечное отверстие, обратного клапана на входе и манометра. Манометр с наконечником могут быть соединены шлангом или металлической трубкой. Клапан в наконечнике компрессометра необходим для того, чтобы стрелка манометра при замере фиксировалась на уровне наибольшего давления, возникшего в цилиндре. Такой компрессометр справляется с поставленной задачей при замере показателей компрессии в двигателях внутреннего сгорания, где тепловая энергия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма. Такие двигатели используются повсеместно и принципы измерения компрессии в диагностических целях не меняются.
Появление двигателей внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись раз-личные конструкции моторов. Одной из прогрессивных конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Разработчиком роторно-поршневого двигателя стали инженеры компании NSU - Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля. Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а первой стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем - RX.
Конструкция роторно-поршневого двигателя существенно отличается от классического поршневого двигателя. В центре ротора имеется круглое отверстие, изнутри покрытое зубцами как у шестерёнки. В это отверстие вставлен вращающийся вал меньшего диаметра, также с зубцами, что обеспечивает отсутствие проскальзывания между ним и ротором. Отношения диаметров отверстия и вала подобраны так, чтобы вершины треугольника двигались по одной и той же замкнутой кривой, которая называется «эпитрохоида», — искусство Ванкеля как инженера заключалось в том, чтобы сначала понять, что это возможно, а по¬том всё точно рассчитать. В итоге, поршень, имеющий форму треугольника Рело, отсекает в камере, повторяющей форму найденной Ванкелем кривой, три камеры переменного объёма и положения.
Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту РПД оказывается значительно проще обычного четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу де-талей больше. Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к статору ленточными пружинами, а также центробежными силами и дав-лением газа. Ещё одна его техническая особенность — это высокая «производи-тельность труда». За один полный оборот ротора (то есть за цикл «впрыск, сжатие, воспламенение, выхлоп»), выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.
Как и в поршневом двигателе внутреннего сгорания, компрессия в роторно-поршневом двигателе является одним из важнейших диагностических показателей работоспособности и фактором оценки внутреннего состояния двигателя. Кроме того, частота измерения и точность оценки компрессии РПД имеет
В связи с тем, что замер компрессии производится через отверстие для свечи зажигания, а в роторно-поршневом двигателе одна и та же свеча используется для воспламенения топливно-воздушной смести в трёх камерах сгорания поочерёдно, функционала обычного компрессометра недостаточно. Обусловлено это тем, что такие компрессометры оснащены обратным клапаном, позволяющим фиксировать максимальное значение компрессии при замере. Если использовать обычный компрессометр для измерения значений компрессии на роторно-поршневом двигателе, то возможно будет зафиксировать лишь максимальное значение одной из трёх камер сгорания, чего недостаточно для объективной оценки.
Научная новизна. В работе предлагаются модели и методы решения за¬дачи измерения компрессии в роторно-поршневых двигателях. Проведенные расчеты и предложенные методики позволит существенно повысить эффективность работы на станциях технического обслуживания автомобиля.
Практическая значимость. Результаты дипломной работы могут быть использованы в виде промышленного автомобилестроения, в различных организациях предприятиях, различных форм собственности занимающихся ремонтом двигателей, а также в учебном процессе специализированных средних технических и высших учебных заведений.
В качестве методов исследования были использованы следующие: анализ научной литературы, анализ деятельности, систематизация и обобщение.
Использование современной элементной базы при реализации таких систем играет немаловажную роль. Исследование высокоуровневых программных и отладочных комплексов выходит за рамки одной дипломной работы. Поэтому в данной работе устройство будет построено на макетных платах начального уровня Arduino.
В данной работе разработана система измерения компрессии роторного двигателя при помощи датчика давления с микропроцессорным модулем.
В ходе выполнения работы был решен ряд задач, среди которых в первую очередь необходимо выделить следующие:
- анализ современных средств измерения компрессии;
- анализ современных компонентов и датчиков;
- анализ работы роторного поршневого агрегата;
- формирование задач для системы;
- выбор средств разработки системы;
- разработка программного обеспечения системы;
- проектирование структурных схем функционирования системы;
- оценка эффективности предлагаемых решений.
В результате анализа были сформированы основные функции, которые должны быть реализованы в современной интеллектуальной измерительной системе. Данное решение позволяет перейти непосредственно к физической реализации системы.
Разработанное устройство представляет собой полностью готовое изделие, выполняющее поставленные задачи. Кроме того, управление устройством не требует специальных знаний и навыков, интерфейс интуитивно понятен любому пользователю.
Для быстрой и полной адаптации с другими системами использованы универсальные кроссплатформенные средства разработки. Программное обеспечение содержит удобную архитектуру.
В заключительном разделе работы проведены оценки погрешности и натурные эксперименты.
Таким образом, в работе проведено исследование предметной области, разработана структура, алгоритмическое и программное обеспечение, спроектирована модель и проведены реальные эксперименты.
Предварительные расчеты показали экономическую эффективность данного проекта. Учитывая его себестоимость и сроки окупаемости можно сделать вывод, что изготовление устройства способствует получении прибыли не только за счет его продаж, но и за дополнительные услуги, которые уменьшают объем работы за счет уникальности устройства.
Численные показатели:
Полные затраты на изготовление системы составляют 5198 руб.
Ориентировочная цена на продажу 10 000 руб из которых чистая прибыль равна 3002 руб.
В ходе выполнения работы был решен ряд задач, среди которых в первую очередь необходимо выделить следующие:
- анализ современных средств измерения компрессии;
- анализ современных компонентов и датчиков;
- анализ работы роторного поршневого агрегата;
- формирование задач для системы;
- выбор средств разработки системы;
- разработка программного обеспечения системы;
- проектирование структурных схем функционирования системы;
- оценка эффективности предлагаемых решений.
В результате анализа были сформированы основные функции, которые должны быть реализованы в современной интеллектуальной измерительной системе. Данное решение позволяет перейти непосредственно к физической реализации системы.
Разработанное устройство представляет собой полностью готовое изделие, выполняющее поставленные задачи. Кроме того, управление устройством не требует специальных знаний и навыков, интерфейс интуитивно понятен любому пользователю.
Для быстрой и полной адаптации с другими системами использованы универсальные кроссплатформенные средства разработки. Программное обеспечение содержит удобную архитектуру.
В заключительном разделе работы проведены оценки погрешности и натурные эксперименты.
Таким образом, в работе проведено исследование предметной области, разработана структура, алгоритмическое и программное обеспечение, спроектирована модель и проведены реальные эксперименты.
Предварительные расчеты показали экономическую эффективность данного проекта. Учитывая его себестоимость и сроки окупаемости можно сделать вывод, что изготовление устройства способствует получении прибыли не только за счет его продаж, но и за дополнительные услуги, которые уменьшают объем работы за счет уникальности устройства.
Численные показатели:
Полные затраты на изготовление системы составляют 5198 руб.
Ориентировочная цена на продажу 10 000 руб из которых чистая прибыль равна 3002 руб.