СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к технике диагностирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для определения технического состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя по прорыву отработавших газов в картер этого двигателя как при его испытании в условиях эксплуатации, так и при техническом обслуживании.

Определение технического состояния ЦПГ является одним из важных элементов диагностирования ДВС. Выход параметра, характеризующего техническое состояние ЦПГ, за пределы допустимого значения приводит к ухудшению работы ДВС - снижению мощности, увеличению удельного расхода топлива, дымности отработавших газов, ухудшению экологического состояния окружающей среды. Поэтому определение технического состояния ЦПГ в целом и отдельных цилиндров двигателя крайне важно как при эксплуатации, так и при техническом обслуживании ДВС.

Известны способы оценки технического состояния ЦПГ ДВС по диагностическому параметру, характеризующему прорыв отработавших газов в картер этого двигателя. Так, известны способы измерения расхода газов, прорывающихся в картер (см. В.И.Бельских. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов. М. : Россельхозиздат, 1986, с. 116-121; а также SU 1589090 А1, опубл. 1990 г.). Любое из указанных технических решений может быть принято в качестве прототипа заявленного изобретения.

Устройства для осуществления указанных известных способов по своему принципу работы одинаковые. Измерение прорыва газов в картер ДВС происходит через щель при изменении площади ее сечения с помощью заслонки. Изменение площади сечения щели производят, наблюдая за показанием сигнализатора давления в картере ДВС. При этом поршень сигнализатора при измерении прорыва газов в картер ДВС должен занять определенное заранее отмеченное положение, по которому судят о величине давления газов в картере ДВС.

В связи с этим в момент измерения прорыва ОГ в картер ДВС приходится менять сечение щели и устанавливать сигнализатор в заданное положение по метке. При этом ошибка измерения увеличивается. В устройстве нет уровня, показывающего строго вертикальное положение сигнализатора, поэтому при отклонении сигнализатора от вертикального положения увеличивается трение между поршнем сигнализатора и внутренней стенкой трубки, за счет чего погрешность измерения увеличивается.

В техническом решении по SU 1589090 сигнализатором давления является устройство в виде трубки Пито, заполненное жидкостью, которая в результате колебаний давления газов может выплеснуться из трубки. Жидкость в сигнализаторе не удерживается в заданном положении при измерении расхода газов, и в течение измерения приходится менять сечение щели, что снижает точность измерения.

Таким образом, использование количества (расхода) прорывающихся в картер двигателя газов в качестве диагностического параметра для оценки технического состояния ЦПГ сопряжено с большой трудоемкостью процесса измерений расхода картерных газов и невысокой точностью измерений.

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа, устраняющего вышеотмеченные недостатки, и обеспечивающего определение диагностического параметра, характеризующего прорыв газов в картер, с достаточной точностью при невысокой трудоемкости.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе оценки технического состояния ЦПГ ДВС по диагностическому параметру, характеризующему прорыв отработавших газов в картер этого двигателя, в качестве такого параметра используют измеряемое на холостом ходу двигателя при номинальной частоте вращения коленвала время нарастания давления отработавших газов в картере от момента изолирования полости картера от атмосферы до достижения заданного уровня давления в нем.

В процессе работы двигателя газы, образующиеся при сгорании рабочей смеси в цилиндре, расширяясь, приводят поршень цилиндра в движение, при этом некоторая часть отработавших газов через зазоры между поршнями и соответствующими им цилиндрами прорывается в картер двигателя при рабочем ходе поршня. С увеличением износа ЦПГ указанные зазоры увеличиваются, поэтому при одних и тех же условиях, то есть при постоянной нагрузке и частоте вращения коленвала, увеличивается также количество попадающих в картер газов. В указанных известных способах это количество измеряют в виде расхода картерных газов. Чем больше износ ЦПГ, тем больше расход картерных газов. Если в течение некоторого времени обеспечить изолирование полости картера от атмосферы, то прорывающиеся в картер газы создадут в нем давление, причем, чем больше износ ЦПГ, тем быстрее картер будет наполняться газами, т. е. скорость нарастания давления газов в картере будет увеличивается. Следовательно, степень износа ЦПГ можно определять по скорости нарастания давления картерных газов, измеряя время этого нарастания от момента изолирования полости картера от атмосферы до момента достижения в картере заранее заданного уровня давления. Таким образом, величину указанного времени можно использовать в качестве диагностического параметра для определения технического состояния ЦПГ. Процесс измерения этого параметра является менее трудоемким, чем измерение расхода картерных газов, при этом измерение времени можно осуществить с большей точностью (используя, например, осциллограф, как будет пояснено ниже) в сравнении с измерением расхода вышеуказанными известными устройствами.

Заданный уровень давления отработавших газов в картере выбирают равным 32 кПа. Эта величина может быть выбрана для всех марок двигателей. Устанавливать заданный уровень давления больше 32 кПа нецелесообразно из соображений безопасности, а уменьшение этого давления ведет к снижению точности измерения времени.

После достижения в картере заданного уровня давления по предложенному способу можно оценить техническое состояние отдельно выбранного цилиндра двигателя путем измерения величины импульса давления в картере, соответствующего выбранному цилиндру двигателя. Соответствие импульса давления выбранному цилиндру можно установить путем сопоставления порядка возникновения этого импульса и сигнала от вибродатчика, установленного на соответствующем выбранному цилиндру штуцере топливного насоса двигателя.

Далее изобретение поясняется более подробно с использованием приложенных чертежей.

На фиг. 1 представлены графики нарастания давления отработавших газов в картере, а также импульсов давления, соответствующих выбранному цилиндру, при осуществлении заявленного способа для различных состояний ЦПГ; на фиг.2 - схема установки измерительных устройств при осуществлении заявленного способа.

Кривые 1-3 на фиг.1 - это кривые нарастания давления в картере условного двигателя, соответствующие различным техническим состояниям ЦПГ (предельное, допустимое, номинальное).

Кривая 1 соответствует предельному техническому состоянию ЦПГ, при этом заданный уровень давления Р_зад=32 кПа достигается за время t_п. Кривая 2 соответствует допустимому техническому состоянию, при котором давление 32 кПа достигается за время t_д. И наконец, кривая 3 соответствует номинальному техническому состоянию ЦПГ, когда заданный уровень давления достигается за время t_н.

Заданный уровень давления газов в картере можно поддерживать, используя, например, отрегулированный на это давление клапан, как более подробно пояснено ниже. Тогда, по достижении заданного уровня давления (32 кПа) в картере будут возникать импульсы давления, отражающие прорывы газов в картер из каждого отдельного цилиндра, причем общий уровень давления в картере будет оставаться постоянным. Чем больше изношен отдельный цилиндр, тем большее количество газов прорывается через зазоры между этим цилиндром и его поршнем и, следовательно, тем больше будет в картере величина (амплитуда) импульса давления, соответствующего прорыву газов из данного цилиндра. Поэтому по величине (амплитуде) такого импульса можно оценить техническое состояние конкретного отдельного цилиндра двигателя.

Импульсы 4-6 на фиг.1 - это наблюдаемые в картере импульсы давления для условного цилиндра двигателя, соответствующие различным техническим состояниям этого цилиндра. Импульс 4 соответствует предельному состоянию цилиндра, импульс 5 - допустимому состоянию, а импульс 6 - номинальному состоянию.

При работе двигателя трудно без дополнительного сигнала установить, какому из цилиндров принадлежит получаемый импульс давления. Чтобы установить соответствие импульса давления выбранному цилиндру, в заявленном способе можно использовать дополнительный сигнал от вибродатчика, установленного на соответствующем выбранному цилиндру штуцере топливного насоса двигателя. Момент возникновения вибросигнала от этого вибродатчика непосредственно предшествует возникновению импульса давления, соответствующего выбранному цилиндру. На фиг.1 моменты возникновения виброимпульсов, которые соответствуют импульсам 4-6 давления, обозначены позициями 4а-6а соответственно.

Для практического осуществления заявленного способа используют датчик 7 давления (фиг. 2), корпус 8 которого плотно устанавливают на маслозаливной горловине 9 картера двигателя 10. В корпусе 8 установлен клапан (не показан), отрегулированный на автоматическое открытие при давлении 32 кПа. Кроме того, конструкция данного клапана обеспечивает возможность его принудительного закрытия или открытия при меньшем давлении (подобно конструкции клапана, широко применяющегося в бытовых скороварках). Вибродатчик 11 закрепляют на том штуцере топливного насоса 12 высокого давления, через который топливо подается по топливопроводу 13 в цилиндр, выбранный для оценки его технического состояния. Выходы датчика 7 и вибродатчика 11 через усилитель (не показан) подключают к осциллографу 14.

Пример
Проводилась оценка технического состояния ЦПГ двигателя Д-65М трактора ЮМЗ-6М. Запустили двигатель и прогрели его до нормального температурного режима. Остановили двигатель и плотно закрыли пробками отверстие сапуна и установочное отверстие для щупа, измеряющего уровень масла в картере. Установили датчик 7 давления (измерительный преобразователь типа ИПД2-0,06) и вибродатчик 11 типа Д-14, как описано выше. При этом клапан в корпусе 8 датчика 7 открыт. Снова запустили двигатель и рычагом подачи топлива установили номинальные холостые обороты двигателя. Закрыли клапан корпуса 8, изолировав тем самым полость картера от атмосферы. В результате прорыва газов в картер давление в нем начало расти до момента срабатывания указанного клапана при 32 кПа. По осциллографу 14 определили время нарастания давления. Далее при установившемся общем уровне давления в картере на осциллографе будут наблюдаться импульсы давления, возникающие в результате прорыва газов из каждого цилиндра, а также сигнал от вибродатчика 11, сигнализирующего момент начала подачи топлива в цилиндр, состояние которого требуется оценить. По указанному вибросигналу из совокупности импульсов давления можно выделить импульс давления контролируемого (выбранного) цилиндра. Этот импульс следует непосредственно за началом вибросигнала. На осциллографе 14 измеряют величину (амплитуду) данного импульса давления.

Для оценки технического состояния других цилиндров двигателя вибродатчик 11 переставляют на соответствующие штуцеры насоса 12. Можно установить на каждый штуцер насоса одновременно по соответствующему вибродатчику и подключать эти вибродатчики к осциллографу поочередно для оценки технического состояния определенного цилиндра.

Изобретение используется для определения технического состояния цилиндропоршневой группы ДВС по прорыву отработавших газов в картер. В качестве диагностического параметра используют измеряемое на холостом ходу двигателя при номинальной частоте вращения коленвала время нарастания давления отработавших газов в картере от момента изолирования полости картера от атмосферы до момента достижения заданного уровня давления в картере. Заданный уровень давления выбирают равным 32 кПа. После достижения в картере заданного уровня давления по величине импульса давления в картере, соответствующего выбранному цилиндру двигателя, определяют техническое состояние этого цилиндра. Соответствие импульса давления выбранному цилиндру устанавливают путем сопоставления порядка возникновения этого импульса и сигнала от вибродатчика, установленного на соответствующем выбранному цилиндру штуцере топливного насоса двигателя. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания по диагностическому параметру, характеризующему прорыв отработавших газов в картер этого двигателя, отличающийся тем, что в качестве диагностического параметра используют измеряемое на холостом ходу двигателя при номинальной частоте вращения коленвала время нарастания давления отработавших газов в картере от момента изолирования полости картера от атмосферы до момента достижения заданного уровня давления в картере. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заданный уровень давления выбирают равным 32 кПа. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после достижения в картере заданного уровня давления по величине импульса давления в картере, соответствующего выбранному цилиндру двигателя, определяют техническое состояние этого цилиндра. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что соответствие импульса давления выбранному цилиндру устанавливают путем сопоставления порядка возникновения этого импульса и сигнала от вибродатчика, установленного на соответствующем выбранному цилиндру штуцере топливного насоса двигателя.