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

Предлагаемое техническое решение относится к способам диагностики цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в частности оценки технического состояния поршневых колец, и может быть использовано для предварительной диагностики на этапах эксплуатации и предупредительного ремонта.

Поршневые кольца, плавающие в кольцевых углублениях тела поршня, обеспечивают плотное примыкание поршня к стенкам цилиндра. Следствием ухудшения плотности этого примыкания, вызванного износом поршневых колец либо образованием нагара в кольцевых углублениях, является снижение компрессии соответствующего цилиндра и соответствующее снижение мощности двигателя.

В настоящее время существует множество способов диагностики состояния цилиндропоршневой системы ДВС, позволяющих определить компрессию цилиндра и износ деталей цилиндропоршневой группы, в частности поршневых колец, но они являются трудоемкими, требуют значительного времени и квалифицированного персонала для своего осуществления. Они неприемлемы для станций технического обслуживания, где не всегда имеется высококвалифицированный персонал и ограничено время для проверки каждого двигателя. Сложные в аппаратурном оформлении, эти способы пригодны для использования в лабораторных условиях, на испытательных стендах, но не имеют применения в авторемонтных мастерских.

Известен способ диагностики поршневых колец (пат. США 5633459, оп. 27.05.97), позволяющий определить адекватность их примыкания к стенкам цилиндра, включающий удаление головки указанного цилиндра, замену ее плотно надеваемой крышкой, нагнетание в цилиндр жидкости под давлением до заранее определенной величины и замеры уменьшения давления в цилиндре со временем. По скорости уменьшения давления в цилиндре судят о степени износа поршневых колец. Недостатком известного способа являются его трудоемкость и необходимость использования устройства для тестирования поршневых колец, описанного в патенте.

Известен способ диагностики двигателя внутреннего сгорания (пат. США 5744705, оп. 28.04.98), включающий измерение просветов между подвергающейся износу поверхностью поршня, в частности поршневыми кольцами, и стенками цилиндра с использованием волнового источника (электро-оптического, акустико-оптического или электромагнитного) для облучения выбранных участков. Специальные детекторы определяют время прохождения сигнала от источника до выбранного участка и обратно, что позволяет определить пройденное расстояние и соответственно зазор между трущимися частями. Использование нескольких детекторов и нескольких выбранных точек отражения позволяет создать представление о состоянии рассматриваемой детали. Данный способ является достаточно сложным и дорогостоящим вследствие использования сложного и дорогостоящего оборудования.

Известен способ диагностики износа поршневых колец (пат. США 5258930, оп. 2.11.93), заключающийся в измерении разницы в износе между поршневым кольцом, покрытым износостойким материалом, и другим поршневым кольцом и последующей компьютерной обработке результатов измерения. Способ осуществляют с помощью специального устройства, включающего датчик смещения, описанного в патенте, что обуславливает сложность и высокую стоимость известного способа. Кроме того, известный способ предусматривает наличие сквозного отверстия в стенке цилиндра напротив исследуемого участка кольца, что дополнительно усложняет способ.

Наиболее близким к заявляемому является способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания, включающий измерение давления на линии сжатия рабочего цилиндра в двух точках, зафиксированных по углу поворота коленчатого вала двигателя, определения показателя политропы сжатия, сравнения полученных параметров с эталонными и установления причины отклонения в техническом состоянии [а.с. СССР 1700418, оп. 23.12.87].

Недостатком известного способа является его сложность, связанная с необходимостью точного построения диаграмм сжатия и математического обсчета полученных данных, которые требуют теоретически подготовленного персонала, не всегда задействованного на этапе предварительной диагностики и предупредительного ремонта, что делает нецелесообразным использование известного способа на этом этапе.

Задачей изобретения является разработка эффективного способа предварительной оценки технического состояния ЦПГ ДВС, не требующего графической и математической обработки результатов и участия теоретически подготовленного персонала для установления причины отклонения в техническом состоянии.

Поставленная задача решается предлагаемым способом оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, включающим измерение компрессии каждого цилиндра с помощью известного устройства, последующую очистку цилиндропоршневой группы от нагара с помощью присадки-выносителя нагара, повторное измерение компрессии, сравнение полученных в том и другом случае значений компрессии и сопоставление их с номинальными для данного двигателя, что позволяет при совпадении значений компрессии до и после очистки исключить причину, связанную с "залеганием" поршневых колец, и таким образом дифференцировать имеющиеся неисправности.

Известно, что уменьшение подвижности поршневых колец вследствие образования нагара в кольцевых канавках является одной из двух наиболее часто встречающихся и самых существенных причин снижения компрессии. (Второй причиной является износ самих колец). При образовании больших нагаров наблюдается эффект "залегания" колец, который является основной причиной ухудшения герметичности ЦПГ и снижения компрессии. К ухудшению герметичности ЦПГ приводит также неплотное примыкание клапанов, вызванное попаданием под них мелких частиц нагара (шлака), отделившихся от стенок поршня.

Способ осуществляют следующим образом.

Замеряют компрессию каждого цилиндра с помощью известного устройства (компрессометра).

Затем проводят полную очистку цилиндропоршневой группы с помощью известных модификаторов (выносителей нагара), которые добавляют в топливо в концентрациях, обеспечивающих полную очистку и, соответственно, максимально возможное снятие эффекта "залегания" поршневых колец. В настоящее время известен ряд модификаторов (выносителей нагара) для очистки цилиндропоршневой группы, которые при попадании в камеру сгорания эффективно разрыхляют и снимают нагар, а образующиеся при этом вещества и продукты их сгорания выносятся вместе с выхлопными газами. Например, в качестве таких выносителей нагара используют композиции на основе органических фосфатов. Присадки-выносители нагара, содержащие органические фосфаты, обеспечивают максимально возможную степень очистки ЦПГ и не оказывают агрессивного воздействия на материал элементов ЦПГ. [Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. - М.: Химия, 1979, с.115-118].

Очистка может быть осуществлена двумя путями.

В первом случае очистку осуществляют путем подачи топлива с добавкой присадки-выносителя нагара в двигатель, работающий на холостых оборотах. Для этого двигатель "отсекают" от топливного бака и подключают к дополнительной расходной емкости, снабженной бензонасосом высокого давления и содержащей стандартное топливо с добавкой присадки-выносителя нагара на основе органических фосфатов. Концентрация указанной присадки составляет 0,5-5,0% (приблизительно 5-50 мл/л топлива). Работу двигателя поддерживают в течение времени, достаточного для полной очистки цилиндропоршневой группы от нагара. Это время составляет в среднем 40-45 мин, расход топлива с присадкой - около 1-1,5 л (оперативный режим очистки).

Второй путь заключается в добавлении присадки-выносителя нагара в топливный бак в количестве 0,05-0,5% (что составляет примерно 0,5-5 мл/л топлива) и эксплуатации автомобиля в обычном (дорожном) режиме до полного расходования топлива. Выгорание 40-50 л топлива с добавкой органического фосфата обеспечивает необходимую очистку ЦПГ двигателя внутреннего сгорания (консервативный режим очистки).

Экспериментально было подтверждено полное отсутствие нагара на деталях ЦПГ (кольцевых канавках поршня, кольцах, клапанах и днище поршня) в обоих случаях очистки с помощью указанного приспособления и присадки-очистителя на основе органических фосфатов. Эффективность очистки определяли путем полной или в некоторых случаях частичной разборки цилиндропоршневой группы.

Однако более предпочтительным является оперативный режим очистки, который обеспечивает максимально возможную полноту очистки элементов ЦПГ при значительном сокращении времени очистки.

После очистки повторяют операцию измерения компрессии для каждого цилиндра.

В том случае, если после операции очистки цилиндропоршневой системы значения компрессии приближаются к номинальным для данного двигателя, можно утверждать, что причиной неисправности являлся нагар, а износ деталей ЦПГ, ответственных за ее плотность, в частности поршневых колец, не превысил критического значения.

В том случае, если очистка цилиндропоршневой системы не привела к увеличению значения компрессии и, вдобавок, эти значения различаются для отдельных цилиндров, можно сделать вывод о наличии износа деталей ЦПГ, ответственных за герметичность цилиндров, преимущественно поршневых колец, и тем большего, чем меньше значение компрессии для данного цилиндра.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить предварительную диагностику ЦПГ ДВС, что и является техническим результатом предлагаемого изобретения.

Кроме того, этот способ дает возможность на этапе предварительной диагностики совместить определение возможной причины неисправности с одновременным устранением одной из них, обусловленной наличием нагара в канавках под поршневыми кольцами.

Примеры конкретного осуществления способа
Пример 1. Автомобиль "Тойота Карина" 1991 г. выпуска, двигатель 3Е (бензиновый, карбюраторный), пробег по спидометру 158363 км. Первоначальный замер компрессии по цилиндрам: 1ц.-13,5 кг/см²; 2ц.-13,0 кг/см²; 3ц.-13,5 кг/см²; 4ц. -13,5 кг/см². После проведения замера компрессии по цилиндрам в расходную емкость вводят топливо с добавкой присадки-выносителя нагара, представляющей собой смесь трифенилфосфата и растворителя 646 (ГОСТ 18188-72) в соотношении 2:1. Содержание присадки в топливе составляет 10 мл на 1 л топлива. "Отсекают" двигатель от топливного бака, подсоединяют его к указанной емкости, заводят двигатель и оставляют его работать в течение 40 мин. Расход топлива за это время составляет около 1 л. Останавливают двигатель и проводят повторный замер компрессии по цилиндрам двигателя. Результаты: 1ц. -15,5 кг/см²; 2ц.-15,3 кг/см²; 3ц.-15,5 кг/см²; 4ц.-15,3 кг/см². Сравнение полученных результатов и сопоставление их с номинальными значениями компрессии по цилиндрам для автомобиля такого класса позволяет сделать вывод об образовании нагара в кольцевых канавках поршня и ухудшении подвижности поршневых колец, результатом чего явилось нарушение герметичности цилиндра и снижение компрессии. Устранение нагара привело к восстановлению компрессии.

Пример 2. Автомобиль "Тойота Лит Айс" 1994 г. выпуска, двигатель 3С (дизельный), пробег по спидометру 76465 км. Первоначальный замер компрессии по цилиндрам: 1ц. -28,0 кг/см²; 2ц.-28,0 кг/см²; 3ц.-27,0 кг/см², 4ц.-27,0 кг/см². Проводят операцию очистки, как в примере 1, добавляя указанную присадку (трифенилфосфат и растворитель 646 в соотношении 2:1) в концентрации 20 мл на 1 л топлива и оставляя двигатель работающим в течение 1 часа. Повторный замер компрессии по цилиндрам дает результаты: 1ц.-29,0 кг/см²; 2ц. -29,0 кг/см²; 3ц. -29,0 кг/см²; 4ц.-29,0 кг/см². Анализ полученных результатов позволяет сделать такие же выводы, как в примере 1.

Пример 3. Автомобиль "Тойота Креста" 1986 г. выпуска, двигатель 2L (дизельный), пробег по спидометру 206868 км. Первоначальный замер компрессии по цилиндрам: 1ц. -29,0 кг/см²; 2ц.-29,0 кг/см²; 3ц.-28,0 кг/см²; 4ц,-29,0 кг/см². Проводят операцию очистки по примеру 2. Повторный замер компрессии по цилиндрам дает результаты: 1ц.-29,0 кг/см²; 2ц.-29,0 кг/см²; 3ц.-28,0 кг/см²; 4ц.-29,0 кг/см². Сравнение полученных результатов и сопоставление их с номинальными значениями компрессии по цилиндрам для автомобиля такого класса позволяет исключить "залегание" поршневых колец вследствие образования нагара как причину снижения компрессии и сделать вывод о наличии износа поршневых колец в третьем цилиндре. Результат подтвержден при разборке ЦПГ.

Таким образом, предлагаемый способ включает в себя несложные в осуществлении и аппаратурном оснащении операции измерения компрессии цилиндра с помощью известных средств и очистки цилиндропоршневой системы с помощью присадки-выносителя нагара. Он не является трудоемким, не требует высококвалифицированного персонала и значительных затрат времени. Вместе с тем, заявляемый способ позволяет с достаточно высокой достоверностью на этапе предварительной диагностики определить наличие износа деталей ЦПГ ДВС, в частности поршневых колец, что обеспечивает возможность их своевременного ремонта или замены.

Простота и доступность заявляемого способа диагностики цилиндропоршневой системы, его низкая стоимость наряду с его достаточно высокой надежностью позволяют широко использовать его на станциях технического обслуживания автомобилей с целью своевременного выявления и устранения причин неисправности.

Изобретение позволяет осуществить предварительно экспресс диагностику цилиндропоршневой группы ДВС. В способе дважды измеряют компрессию каждого цилиндра, причем второй раз после полной очистки элементов цилиндропоршневой группы от нагара, результаты измерений сравнивают, сопоставляют с номинальными значениями компрессии цилиндров двигателя и по итогам оценивают техническое состояние цилиндропоршневой группы. Изобретение позволяет упростить установление неисправностей цилиндропоршневой группы. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, включающий измерение компрессии в цилиндре, проводимое дважды, отличающийся тем, что после первого измерения проводят полную очистку цилиндропоршневой группы от нагара с помощью присадки-выносителя нагара, которую добавляют в топливо, полученные данные двух измерений сравнивают и сопоставляют с номинальными значениями компрессии в цилиндре для данного двигателя и по результатам сравнения оценивают техническое состояние. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку цилиндропоршневой системы осуществляют путем подачи топлива с добавкой присадки-выносителя нагара с помощью насоса высокого давления в двигатель, работающий на холостых оборотах.