Способ определения герметичности рабочих объемов поршневой машины Советский патент 1989 года по МПК G01M15/00 

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытанию поршневых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для проверки герметичности камер сгорания, впускного воздушного тракта и суммарной герметичности этих объемов поршневых двигателей тракторов, автомобилей, тепловозов, морских и речных судов, а также компрессорных установок.

Цель изобретения - снижение трудоемкости проверки герметичности впускного воздушного тракта и камер сгорания цилиндров двигателя.

На фиг.1 показаны зависимость падения среднего вакуумметрического давления (кривая 1) в перекрытом впуск- ном тракте при прокручивании коленчатого вала внешним источником энергии; кривая изменения скорости нара(Л

стания давления (кривая 2) и колебаний мгновенных значений давления (кривая 3); на фиг.2 - зависимость изменения давления в перекрытом впускном тракте дизеля Д-240 в режиме прокручивания; на фиг.З -. экспериментальные зависимости среднего значения давления, продолжительность и скорость,натекания воздуха при различных неплотностях впускного тракта.

Сущность способа заключается в следующем.

При перекрытии впускного воздушного тракта и прокручивании коленчатого вала внешним источником энергии (например пусковым устройством - электростартером или пусковым двигателем) двигатель работает в режиме N-плунжерного поршневого вакуумного насоса (где N - число цилиндров).

ел р1 to СП

31А5

откачивая воздух из впускного тракта 1И создавая разрежение в нем (в даль- |нейшем - давление). При этом на неустановившемся скоростном режиме (при разгоне) давление во впускном тракте постепенно уменьшается и достигает наименьшего среднего значения на установившемся режиме прокручивания (на стационарном участке). I Величина этого среднего давления при прочих равных условиях зависит от герметичности впускного тракта и камер сгорания всех цилиндров. Чем больше неплотности в этих объемах или одном из них, тем больше среднее значение давления во впускном тракте и наоборот.

Фактическое (текущее мгновенное) значение давления во впускном тракте на установившемся режиме прокручи ва- ния колеблется относительно среднего увеличиваясь в моменты перекрытия клапанов (впускного и выпускного) и уменьшаясь на тактах впуска цилинд- ров, т.е. в течение рабочего цикла каждого цилиндра имеют место нарастание давления во впускном тракте и последующее уменьшение его на величину, зависящую от неплотностей камеры сгорания данного цилиндра. Амплитуда а , равная разнице наибольшего и наименьшего текущих значений давления во впускном тракте на такте впуска i-ro .цилиндра, характеризует при прочих равных условиях герметичность камеры сгорания этого цилиндра. Сопоставляя значения пульсаций давлений на тактах впуска каждого цилиндра, можно определить неравномерность полицилиндровых амплитуд

JMMM

а;

(О

макс

- 50

макс ин - максимальная и ми- нимальная амплитуды давлений в i-м и J-M цилиндрах на стационарном участке прокручивания двигателя, характе ризующие нер авно- мерность герметичности камер сгорания цилиндров двигателя .

После остановки двигателя в полонии, соответствующем сообщению ускного тракта с цилиндром, имею55

ю 15

20 25 30 ЗБ 40

50

55

щим наименьшую неплотность камеры сгорания (что соответствует условшо а а;„„), во впускной тракт натекает воздух через неплотности самого тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания (например первого цилиндра). Очевидно, скорость натекания воздуха тем больше, чем больше неплотности в сообщающихся рабочих объемах. Поэтому по скорости натекания воздуха при прочих равных условиях можно судить о герметичности впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания. Если при сопоставлении этой скорости V(l) с эталоном она оказывается неудовлетворительной, то требуется провести углубленную (поэлементную) проверку герметичности впускного тракта (без камеры сгорания) и каждой отдельной камеры сгорания .

Для этого проводят дополнительную проверку, при которой остановку двигателя осуществляют в положении сообщения впускного тракта с удвоенным наименьшим- числом цилиндров (например, с двумя камерами сгорания четырехцилиндрового двигателя - первой и.второй). Снова определяют скорость натекания воздуха V(l,2), которая уже больше на величину uV(2), характеризукяцую неплотности только второй камеры сгорания. Сообщая теперь впускной тракт, только со второй камерой, получают значение У(2), характеризующее неплотность впускного тракта и этой камеры. Разница iiV(T) V(2)-U.V(2) характеризует собственную герметичность впускного тракта. Зная последнюю, определяют герметичность 1-й камеры сгорания по значению iiV(l)V(l)-&V(T). Аналогично определяют герметичность остальных камер сгорания, сообщая их поочередно с впускным трактом.

Вьшолнив указанный комплекс проверок, определяют показатели, характеризующие герметичность отдельных рабочих объемов и суммарную. Сопоставляя их с эталонными значениями, получают оценки указанных герметич- ностей. Оценка считается удовлетворительной, если значения всех членов матрицы соответвующего рабочего объема находятся в допускаемых пределах (без дополнительных ограничений или, как минимум, при выполнении

условий, оговоренных в соответствующих матрицах).

Частота прокручивания пг:200об/ /мин выбирается из условия наименьшего влияния ее на давление и уменьшения за счет этого погрешности проверки. Дополнительное уменьшение погрешности проверки от различной частоты прокручивания в указанном диапазоне (обусловленном различным состоянием пускового устройства и т.д.) и обеспечение сопоставимости проверок однотипных двигателей (путем исключения влияния состояния их пусковых устройств) достигается путем оценки герметичности по среднему значению приведенного давления

РП (п„ ) exp(Kd), (2) где Р ,Р - давление во впускном

тракте: фактически измеренное, приведенное к частоте п вращения коленчатого вала, кПа; ( частота прокручивания

коленчатого вала: фактическая и взятая в качестве режима приведения, об/мин;

С - показатель скорости изменения давления от частоты вращения, кПа/об/мин; d - эквивалентный диаметр

разгерметизирующего отверстия впускного, тракта и камер сгорания, мм; К - показатель скорости нарастания давления от размера неппотности, 1 /мм.

Диапазон давлений менее 80 кПа, в котором предлагается измерять скорость натекания воздуха во впускной тракт, выбран с учетом обеспечения наименьшей погрешности определения скорости натекания, которая в данном диапазоне наибольшая и примерно постоянная для конкретного состояния рабочих объемов. Скорость натекания воздуха в этом диапазоне подчиняется зависимости

V EiiSi PiiPo

H-bd;

(3)

где Р,PQ - давление во впускном

тракте в конце и начале определения скорости натекания воздуха, кПа; продолжительность увеличения давления от на10

552546

чального Рд до Р, конечного: фактическая, номинальная (при отсутствии gнеплотностей во впускном

тракте и номинальной неплотности камеры сгорания), с;

d; - зквивалентный диаметр разгерметизирующего отверстия впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания х-го цилиндра, MMJ

Ь - показатель скорости натекания воздуха (нарастания давления) от размера неплотности, с/мм. Показатели Ср, К и b зависят при 20 прочих равных условиях от типа двигателя и поэтому устанавливаются экспериментально.

Функции (матрицы) герметичности рабочих объемов установлены из следующих соображений. Суммарная герметичность рабочих объемов зависит от герметичности каждого из них. Поэтому значение матрицы ,

15

Г i Р А V I

с I ( 1 I ,

(4)

0 где р ,A,,V, - допускаемые значения

соответственно давления во впускном тракте, неравномерности поцилиндровых

5амплитуд давления и

скорости поступления воздуха в рабочий объем

является единственным условием допу 0 скаёмой (удовлетворительной) суммарной герметичности рабочих объемов. Все остальные возможные значения этой матрицы характеризуют неудовлетворительную суммарную герметич- 5 ность рабочих объемов. Герметичность, камер сгорания может быть однозначно оценена по значениям показателей Рр и V, полученных при герметичном впускном тракте (условие ), так 0 как неплотности последнего оказывают влияние на значения Р„ и А. Поэтому значение матрицы

|РП,

(5)

к V.V,

является единственным однозначным условием допускаемой герметичности всех камер сгорания, Все остальные возможные значения этой матрицы ха

рактеризуют неудовлетворительное значение Г .

Герметичность впускного тракта может быть однозначно оценена по показателям Рр и V при условии сообщения впускного тракта в момент проверки с герметичной камерой (условие а,- SMOIHC как неплотности последней оказывают влияние на значение РП в режиме прокрутки и V - в статике. Поэтому значение матрицы

Г jp,,va (6)

Я; о1мо|кс

является условием допускаемой герметичности впускного тракта. Остальные возможные значения этой матрицы характеризуют конкретную область (диапазон значен}1й) неплотностей впускного тракта.

Отрезок O...t, (фиг.1) характеризует неустановившийся режим (разгон) , t, ... 12 стационарный участок режима прокручивания, на котором среднее значение давления стабилизировалось на уровне Рд, 10 кПа (пр увеличени неплотности это значение будет больше). После фиксации этого значения давления и амплитуд а| колебаний мгновенньж значений давления (кривая 3) осуществляют остановку двигателя в момент t. При этом за счет неплотностей впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания происходит натекание воздуха, характеризующееся нарастанием давления на участке .-.t.. Причем скорость нарастания давления (кривая 2) максимальная и примерно постоянная на участке t.-.t , соответствующем изменению давления в диапазоне 10 - 80 кПа, т.е. показатель скорости в этом диапазоне наиболее информативный и обеспечивает наименьшую погрешность оценки неплотности.

Из фиг.2 видно, что изменение давления от частоты прокручивания наименьшее в диапазоне пВ: 200 об/мин. Следовательно, в этом диапазоне погрешность измерения давления, обусловленная ошибками определения частоты прокручивания, наименьшая, Для учета различной частоты прокручивания , обусловленной разным состоянием пусковых устройств, и приведения ее к частоте п„ можно . пользоваться зависимостью (2), что подтверждается линейной связью Р (п) в диапазоне п 5; 200 об/мин.

1

и

4552548

Зависимости фиг.З характеризуют чувствительность параметров Р, V и Т (продолжительность натекания воз5 духа, пропорциональная в еличине V) при различных неплотностях впускного тракта. Из этих зависимостей следует, что параметр € (или V) обеспечивает надежную количественную оценку не10 плотности в диапазоне О . d 2 мм, а

параметр Р - в диапазоне мм, . т.е., располагая значениями параметра Р, можно определить область значений неплотности рабочих объемов;

15 при кПа, при Р 25 кПа; количественное значение неплотности при Р 25 кПа по формуле (2). Располагая значениями параметра Z (или V), можно определить количественное

20 значение неплотностей в диапазоне Q ё: d 2 мм.

Пример конкретной способа и резуль.таты его испытаний на 25 тракторнэ дизелях.

Для реализации способа необходимо иметь частотомер (например прибор ИМД-Ц), датчик отметки ВМТ поршня :1-го цилиндра, заслонку для герметичного перекрытия впускного тракта и встроенный в нее первичный преобразователь (датчик) давления. Оба датчика должны быть соединены с вторич- ным преобразователем (показывающим прибором) и самописцем.Для проверки герметичности рабочих объемов (например, дизеля Д-240 сельскохозяйственного трактора МТЗ-80) с впускной трубы воздухоочистителя снимают колпак, перекрывают эту трубу заслонкой с датчиком7 подключают к двигателю прибор ИМД-Ц. Затем прокручивают двигатель пусковым устройством с ча сто той п 200.

Требуемьй скоростной режимпрокру чивания устанавливают изменением пода чи топлива в пусковом двигателе и контролируют с помощью прибора ИМД-Ц. Через 10-20 с прокручивания среднее значение давления воздуха во влуск- ном , фиксируемо.е прказьшающим прибором, достигает минимального значения, что свидетельствует о стационарном режиме прокручивания. Фиксируют это значение давления (например, РФ 30 кПа при об/мин) и включают самописец, на ленте которого производят запись колебаний давления относительно среднего значения.

30

45

50

55

делаются отметки ВМТ поршня на такте сжатия в первом цилиндре.

По окончании записи диаграммы колебаний давления пусковое устройство выключают. После остановки коленчатого вала давление воздуха во впускном тракте увеличивается за счет поступления в него воздуха через неплотности. Измеряют продолжительность возрастания давления (например, с 50 до 80 кПа) и фиксируют его значение (например, iT 15 с). Затем анализируют полученные дан ные и сопоставляют их с эталонными. Для дизеля Д-240 „, 620 кПа, А,йО,1,

ot, 55 с,-с, 25 с, об/мин,

Р

,33 1/мм, b -- 2,25 с/мм, 0,025 кПа/об/мин.

Сначала по формуле (2) рассчитывают приведенное значение среднего давления при значении d 0.

,025 (200-220) 29,5 кПа.

Сопоставляя его с допускаемым.

видим, что р„ ,,

т.е. Р„ - Рп2.

механизма газораспределения всех цилиндров (в первую очередь 2-го и 3-г цилиндров). После этого проводят пов g торную проверку, обработку и анализ показателей герметичности, на основе которых принимают окончательное реше ние о поэлементной и суммарной герметичности рабочих объемов. 10 Рассмотрим пример реализации способа, в хозяйствах с небольшим парком обслуживаемых тракторов (например, в бригадах и отделениях колхозов и сов хозов, где число тракторов составля- 15 ет 10 - 20 шт). В этих случаях можно пользоваться упрощенными матрицами (4)-(6), исключив из них величину А (с учетом исходного предположения о равномерности неплотностей камер сго 20 рания и необходимости проверки их). При этом в качестве средств для реализации способа достаточно иметь заслонку с вакуумметром и секундомер. Для центральных мастерских, хо- 25 зяйств и станций технического обслуживания тракторов (число обслуживаемых тракторов для них 200-600) устройство для реализации способа можно снабдить механизмом отключения внешследоватедьно, рабочие объемы (впускной тракт камеры сгорания) имеют неплотность мм. Из диаграммы колебаний давления получены значения а , ,„„

9 отн.ед., Нц отн.ед., а 30 него источника энергии (пускового 10 отн.ед. Согласно формуле (1) устройства), срабатывающая от отметчика ВМТ с заданной задержкой, зависящей от типа двигателя. Такой меха- дизм обеспечивает остановку коленча- 35 того вала в заранее заданном положении и исключает необходимость повторрассчитывается значение

А - i-Vo-S- . 0.2,

которое больше А, следовательно А А.„ И, наконец, , (, ).

механизма газораспределения всех цилиндров (в первую очередь 2-го и 3-го цилиндров). После этого проводят пов- g торную проверку, обработку и анализ показателей герметичности, на основе которых принимают окончательное решение о поэлементной и суммарной герметичности рабочих объемов. 0 Рассмотрим пример реализации способа, в хозяйствах с небольшим парком обслуживаемых тракторов (например, в бригадах и отделениях колхозов и совхозов, где число тракторов составля- 5 ет 10 - 20 шт). В этих случаях можно пользоваться упрощенными матрицами (4)-(6), исключив из них величину А (с учетом исходного предположения о равномерности неплотностей камер 0 рания и необходимости проверки их). При этом в качестве средств для реализации способа достаточно иметь заслонку с вакуумметром и секундомер. Для центральных мастерских, хо- 5 зяйств и станций технического обслуживания тракторов (число обслуживаемых тракторов для них 200-600) устройство для реализации способа можно снабдить механизмом отключения внеш, ,„„

0 него источника энергии (пускового устройства), срабатывающая от отметчика ВМТ с заданной задержкой, зависящей от типа двигателя. Такой меха- дизм обеспечивает остановку коленча- 5 того вала в заранее заданном положении и исключает необходимость повтор

Изобретение относится к машиностроению и.позволяет снизить трудоемкость операций. При прокручивании вала двигателя измеряют давление в диагностир1уемом объеме, минимальный уровень которого сравнивают с эталоном Перед прокручиваем вала пере- крьтают впускной тракт и измеряют скорость изменения давления, которую сравнивают с эталоном. Способ прост и позволяет проверить поэлементно и суммарно герметичность рабочих объемов без разборно-сбороч- ных работ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

С учетом этих данных матрицы гер- метичностей рабочих объемов (4)-(6) имеют значение (Р ха- до рактеризующее неудовлетворительную герметичность рабочих объемов. В первую очередь выясняют причину неудовлетворительной оценки герметичности

ных проверок.

Предлагаемый способ достаточно прост в реализации и обеспечивает возможность проверки поэлементной и сзт марной герметичности рабочих объемов двигателя без снятия фбрсу

. -- - Я.лл: ъ.. fiJ J . 1 ГШ UIW L t- у

впускного тракта. Определяют (напри- 45 «ок, свечей и других разборно-сбомер, по положению клапанов газораспределения) положение остановки коленчатого вала. Устанавливают, что впускной тракт сообщен с 4-м цилиндром (лучшим по состоянию) за периодом перекрытия клапанов (выпускной клапан этого цилиндра закрыт, впускной - открыт). Отсюда делают вывод о негерметичности самого впускного тракта. Устраняют его неплотность (например, заменяют прокладку воздухоочистителя). Одновременно (с учётом А AJ) проверяют и при необхо- регулируют зазоры в клапанах

рочных работ. Результаты испытаний и производственной проверки способ показывают, что 58% дизелей, эксплу атируемых в сельском хозяйстве, име

50 ют негермзтичный впускной тракт (в отдельных хозяйствах 70 - 80% дизелей) и до 10% дизелей - неудовлет ворительную герметичность камер сго рания. Общая продолжительность про55 верки герметичности предлагае й,1м сп собом (с учетом подключения приборов) составляет 10 - 15 мин, что в 4-6 (для четырехцилиндровых), 12 18 раз (для двенадцатицилиндровых

ных проверок.

Предлагаемый способ достаточно прост в реализации и обеспечивает возможность проверки поэлементной и сзт марной герметичности рабочих объемов двигателя без снятия фбрсу. -- - Я.лл: ъ.. fiJ J . 1 ГШ UIW L t- у

«ок, свечей и других разборно-сбо«ок, свечей и других разборно-сборочных работ. Результаты испытаний и производственной проверки способа показывают, что 58% дизелей, эксплуатируемых в сельском хозяйстве, имеют негермзтичный впускной тракт (в отдельных хозяйствах 70 - 80% дизелей) и до 10% дизелей - неудовлетворительную герметичность камер сгорания. Общая продолжительность проверки герметичности предлагае й,1м способом (с учетом подключения приборов) составляет 10 - 15 мин, что в -6 (для четырехцилиндровых), 12 - 18 раз (для двенадцатицилиндровых

I

Дизелей) меньше продолжительности проверки известными способами,

формула изобретения

шном Р.

устра мии эт личающий

15

Л.ИН и при

:яют дефекты, о т я тем, что, с целью снижения тру.оемкости, перед прокручиванием вала перекрывают впускной тракт, OTKjnfr- teuoT привод двигателя от постороннего источника и после остановки дви- 20 ателя устанавливают за минимально иозможное время вал в положение, со («тветствующее сообщению впускного ракта с наименьшим конструктивно лозможным числом цилиндров, и прв давлении, меньше 80 кПа, измеряют Скорость изменения давления во вре- 1|1ени9 которую сравнивают с эталоном. 2. Способ попЛ,отличаю- и и с я тем, чт-о после достижения поворачивают вал на угол не ме ее , измеряют амплитуды измене- |1ия давления, сопоставляют с этало- Цом и определяют относительную нерав1455254

. тичности, проводят дополкительную пневматическую опрессовку впускного тракта для каждой отдельной группы 5; наименьшего 5 конструкти но возможного числа цилиндров прокручиванием коленчатого вала с остановками его в положениях, соответствующих сообщению впускного тракта последовательно 10 с каждой из указанных групп щшиид- ровр при этом значения неравномерное ти герметичностей камер сгорания ределяют по .разности измеренных скоростей нарастания давления.

25

30

4, Спо соб по ппо и 2, о 7 л и - ; чающийся Tefri, что после определения значений неравномерности гер- метичностяй камер сгорания проводят повторную дополнительную опрессовку впускного тракта прокр учиванием коленчатого вала с остановкой его в положении соответствуюш;ем сообщению впускного тракта одновременно с двумя группат наименьшего, конструктивг но возможного числа цилиндров, измеряют скорость «арастания давления во впускком тракте, при этом герметичность камер сгорания дополнительной второй группы цилиндров оценивают по разности скоростей нарастания давле- кия, измеренных при сообщении впускного тракта только с первой группой цилиндров и одновременно с дв умя

йомерность герметичностей камер его-35 группами а герметичность впускного

зания. :тракта - по разности полученного зна3. Способ попЛ, отличаю-чения и скорости нарастания давления

ia и и с я тем, что после определе-при сообщении впускного тракта с втоНия параметров, зависящих от герме рой группой цилиндров.

20 W SO В8 00 HBoSomumSMHOcmb натеканая Sas&i/xff, с

4, Спо соб по ппо и 2, о 7 л и - ; чающийся Tefri, что после определения значений неравномерности гер- метичностяй камер сгорания проводят повторную дополнительную опрессовку впускного тракта прокр учиванием коленчатого вала с остановкой его в положении соответствуюш;ем сообщению впускного тракта одновременно с двумя группат наименьшего, конструктивг но возможного числа цилиндров, измеряют скорость «арастания давления во впускком тракте, при этом герметичность камер сгорания дополнительной второй группы цилиндров оценивают по разности скоростей нарастания давле- кия, измеренных при сообщении впускного тракта только с первой группой цилиндров и одновременно с дв умя

ш гоо т fluff 500 п

Частота прв/(ручи1аний копенча- Фи1.г тоео tofla oS/Hi K.

1 Z 3 450. Эквивалентный &и.а/чета неп/ютмосгпи бпискиоео трак/па ми

Ла.З