Способ оценки состояния и степени приработанности дизельного двигателя

 

Изобретение относится к диагностированию дизельных двигателей и может применяться при их испытаниях и эксплуатации. Целью изобретения является расширение области применения и повышение достоверности результатов оценки состояния двигателя. Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе, заключающемся в измерении времени повышения уровня выходных сигналов электроакустического преобразователя, регистрация продолжительности топливоподачи в цилиндр ведется по фазам превышения уровня вибросигнала на заданных режимах холостого хода двигателя для каждого цилиндра, после чего определяется средняя по цилиндрам продолжительность для двух частот вращения, например средней и номинальной. Найденные средние значения сравниваются с образцовыми для данного режима и типа двигателя и по величине отклонения оценивается состояние двигателя. При этом, если отклонение проявляется на более высокой частоте вращения, то причина заключается в больших потерях на газообмен и привод вспомогательных механизмов, если на меньшей частоте вращения, то причина в разрегулировках, неприработанности основных трущихся пар. 1 ил.

Изобретение относится к диагностированию дизельных двигателей и может применяться при их испытаниях и эксплуатации.

Состояние дизельного двигателя зависит от состояния его отдельных элементов, систем, механизмов, их отрегулированности, приработанности. Существуют методы оценки технико-экономических параметров двигателей внутреннего сгорания: измерение эффективной мощности и расхода топлива, мощности механических потерь, построение различных характеристик [1]. Для таких испытаний двигатель устанавливается на тормозной стенд и по существующим известным методикам с него снимаются нужные характеристики.

Однако такие методы трудоемки и применяются в период доводки двигателя, проверки каких-либо систем, а также отчасти после ремонта и обкатки.

Наряду с описанными используются и более быстрые и менее трудоемкие методы, например измерение эффективной мощности в период свободного разгона двигателя, измерение внутренних потерь по времени замедления вращения коленчатого вала на выбеге и др. [1]. Если двигатель плохо обкатан или разрегулированы его системы топливоподачи и газораспределения, то его внутренние потери увеличиваются, а КПД соответственно уменьшается. В обоих случаях экономические показатели двигателя будут ухудшаться и это проявится на ряде параметров, которые можно быстро измерить и своевременно принять меры к их восстановлению.

Известен способ контроля приработки трущихся поверхностей двигателя внутреннего сгорания [1], заключающийся в регистрации спектра вибрации при обкатке. В качестве параметров характеристик определяют сужение спектра, уменьшение амплитуд и моменты стабилизации спектра и его разброса.

К недостаткам известного способа относятся сложность применяемой аппаратуры и вследствие этого ограниченность применения.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению является способ и устройство для определения времени открытия топливных форсунок дизеля [2] .

Сущность известного способа (прототипа) заключается в регистрации времени открытия топливных форсунок по превышению уровня шума (амплитуда звуковой волны) в период впрыскивания топлива по сравнению с уровнем шума закрытой форсунки дизеля. Звуковая волна регистрируется электроакустическим преобразователем типа контактного микрофона, связанного со специальной схемой слежения, отрегулированной на определенную полосу частот и уровень звуковой волны. Схема управляет временным счетчиком.

Недостатком известного способа, реализованного в описанном устройстве, является ограниченность применения и недостаточная достоверность оценки состояния форсунок ДВС.

Продолжительность топливоподачи можно использовать в качестве двух показателей состояния двигателя: для оценки фаз впрыска топлива и оценки работоспособности форсунок. Первая оценка делается по моменту начала впрыскивания в данной форсунке относительно ВМТ поршня данного цилиндра. Вторая оценка делается по продолжительности впрыскивания в данный цилиндр. Параметр продолжительности впрыскивания имеет низкую достоверность, так как зависит от нескольких факторов, таких как давление впрыскивания, противодавление в цилиндре, пропускная способность распылителя и некоторых других. Например, при одной и той же подаче в разных цилиндрах может быть зарегистрирована разная продолжительность впрыскивания и наоборот. Тем не менее оценить состояние форсунок по этому параметру можно, что и предложено в известном способе.

Целью способа является расширение области применения и повышение достоверности результатов оценки состояния двигателя.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе, включающем регистрацию продолжительности подачи топлива форсунками по уровню вибраций форсунок или топливоподающего канала, задают режим работы двигателя, соответствующий номинальной частоте вращения холостого хода, измеряют продолжительность подачи топлива для всех цилиндров двигателя, определяют среднюю по цилиндрам продолжительность, затем задают двигателю режим средней частоты вращения и повторно измеряют продолжительность подачи для всех цилиндров, определяют среднюю для данного режима, сравнивают полученные средние значения с эталонным по каждому режиму и по степени отклонения определяют состояние и степень приработанности двигателя, причем потери газовых сил на привод вспомогательных механизмов определяются по отклонениям на номинальной частоте вращения, а потери на трение и степень приработанности двигателя определяют по отклонениям на средней частоте вращения.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройств, измеряющих продолжительность впрыскивания, подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления.

На чертеже представлена структурная схема прибора.

Прибор ИПТП-2 имеет режимы работы "Измерение" и "Контроль". В режиме "Контроль с помощью опорных сигналов проверяется исправность измерителя. Принцип работы в режиме "Измерение" основан на формировании временных интервалов между моментом начала нагнетания топлива секцией насоса и моментом прохождения соответствующего поршня верхней мертвой точки (ВМТ) на такте сжатия (при измерении углов опережения впрыска) и между моментом начала нагнетания топлива и концом впрыска по импульсу от удара иглы при посадке (при измерении продолжительности подачи). Кроме того, измеритель имеет цифровой тахометр для измерения частоты вращения коленчатого вала.

Прибор работает следующим образом.

Датчик 1 отметки положения маховика (ОПМ) совместно с индукционным преобразователем 2 формирует сигнал ОПМ, который через контакты переключателя S₁ поступает в устройство управления 3, где формируется импульс ОПМ. Далее сформированный импульс поступает на делитель периода 4 и формирователь строба и опорных меток 5. Делитель периода 4 формирует угловые метки (УМ) между импульсами ОПМ через 0,5^о поворота коленчатого вала.

С выхода вибродатчика синхронизации 6 сигнал через адаптирующийся усилитель 7 поступает на формирователь начала синхронизации 8, где формируется сигнал начала синхронизации НС, который через контакты переключателя S₁ поступает на вход устройства управления 3 для формирования импульса начала синхронизации. Этот импульс поступает в формирователь строба и опорных меток 5, где совместно с импульсами ОПМ и УМ, которые поступают с делителя периода 4, формируются импульсы начала цикла НЦ, следующие через 720^о, импульсы стробов для каждого цилиндра, которые исключают помехи от неконтролируемых цилиндров, а также импульсы верхней мертвой точки (ВМТ) для каждого цилиндра для формирования импульсов строба.

Выбор контролируемого цилиндра осуществляется переключателем S₃, через который проходит соответствующий импульс ВМТ для формирования строба выбранного цилиндра. Сформированный строб для контролируемого цилиндра поступает в устройство управления 3.

Вибросигнал НН с выхода датчика начала нагнетания через адаптирующийся усилитель 9 поступает на формирователь начала нагнетания 10, где формируется сигнал начала нагнетания, который через контакты переключателя S₁ поступает на вход устройства управления 3, где совместно с импульсами ВМТ и строба при переводе переключателя S₂ в положение "НН" формирутся временной интервал, длительность которого пропорциональна углу начала нагнетания. Данный временной интервал совместно с угловыми метками УМ, поступающими с блока 4 в блок 3, формирует пачки импульсов, количество которых равно значению угла начала нагнетания. Их подсчет осуществляется в счетчике 11, куда они поступают и подсчитываются на 10 циклов. При поступлении разрешающих импульсов с блока 3 значение угла, умноженное на десять, через регистр 12 подается на цифровой индикатор 13, где происходит осреднение путем установки запятой в определенном месте. Таким образом, с помощью счетчика 11 и индикатора 13 происходит подсчет среднего значения угла начала нагнетания за 10 циклов.

Вибросигнал ПН с выхода датчика конца впрыска топлива 14 через избирательный усилитель 15 поступает на формирователь конца впрыска топлива 16, где выделяется сигнал, соответствующий моменту удара иглы распылителя о корпус форсунки при посадке в момент окончания подачи топлива. Сигнал ПН через контакты переключателя S₁ поступает на вход блока 3, где совместно с сигналом НН импульсами строба при положении переключателя S₂ в положении "ПН" формируется временной интервал, длительность которого пропорциональна продолжительности нагнетания топлива в цилиндр на данном режиме. Измерение, осреднение и индикация этого сигнала идентичны описанному выше сигналу НН.

Формирователь временного интервала 17 при помощи генератора опорной частоты 18 (опорная частота f = 1 МГц) вырабатывает временной интервал определенной длительности, при которой число угловых меток УМ, поступивших с делителя периода 4 на счетчик 19 частоты вращения через формирователь временного интервала, соответствует частоте вращения вала двигателя (единица в минуту). Данные со счетчика 19 через регистр 20 при соответствующем сигнале с блока 3 подаются на цифровой индикатор 21.

В режиме "Контроль" вместо сигналов, поступающих с датчиков, на входы блока 3 подаются сигналы с имитатора 22. При положении переключателя S₁, соответствующем режиму контроля, на индикаторах высвечиваются цифры: n = 2083 ±1 мин^-1; ϕ =28 ± 0,5^о при положении переключателя S₂ в положении НН, ρ = 7 ±0,5^о при положении переключателя S₂ в положение ПН (продолжительность нагнетания). Питание прибора осуществляется через источник 12, включаемый в сеть 220 В 50 Гц переключателем S₄.

При работе прибора ИПТП-2 с двигателем, например КАМАЗ-740 для измерения параметров топливоподачи на двигатель устанавливаются: индукционный датчик ДО-5 на место фиксатора на картере маховика с зазором 3 мм от поверхности маховика совместно с индукционным преобразователем ПИ-1, формирует отметку положения маховика (ОПМ); два вибродатчика 6 и 24 при помощи специальных струбцин устанавливаются на топливопровод у секции насоса 26 на топливопровод 8-го, 7-го или 3-го цилиндра, 24 - на топливопровод контролируемого цилиндра. Вибродатчик 4 при помощи специального кронштейна прижимается к форсунке проверяемого цилиндра.

Датчики через усилители и формирователи с помощью кабелей соединяются с соответствующими входными гнездами блока управления прибора ИПТП-2.

Далее прибор включают в сеть, нажимают кнопку S₄ переключателя "Сеть", индикатор на панели подтверждает, что прибор включен. Установив переключатель "Измерение - Контроль" в положение "Контроль", убеждаются в исправности прибора по показаниям индикаторов (n = 2083 мин^-1; ϕ = =28^о). Устанавливают переключатель в положение "Измерение", переключатель "Начало нагнетания - продолжительность нагнетания" - в положение "Продолжительность нагнетания". Нажимают переключатель S₃ "Выбор цилиндра" соответственно выбранному цилиндру, например, 1.

Запускается двигатель и по индикаторам ОПМ, НС, НН определяют нормальное поступление сигналов с датчиков. По цифровому индикатору частоты вращения двигателю задают частоту вращения n = 1800 мин^-1, измеряют продолжительность подачи, затем задают частоту вращения 1200 мин^-1 и повторяют измерения для данного режима. Далее датчик 24 переставляется на топливопровод цилиндра 2, нажимается соответствующая кнопка выбора цилиндра и измерения повторяются для данного цилиндра на тех же скоростных режимах. При неустойчивых показаниях индикаторов нужно проверить работу форсунок или перейти на другие частоты вращения, повторив измерения для всех цилиндров. Для соответствующих измерений на других типах двигателей меняются только конструкции кронштейнов крепления датчиков 1 и 14.

По разным причинам продолжительность подачи топлива в отдельные цилиндры одного и того же двигателя на одном и том же режиме может отличаться. Основные причины следующие: разное состояние форсунок и насосных секций; состояние цилиндропоршневой группы, герметичность камер сгорания; регулировка периодичности начала нагнетания топлива и др Чтобы уменьшить влияние форсунок, желательно проверить их состояние и регулировку до оценки состояния двигателя. Влияние неравномерности по цилиндрам уменьшается за счет усреднения данных продолжительности по цилиндрам.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И СТЕПЕНИ ПРИРАБОТАННОСТИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, включающий регистрацию продолжительности подачи топлива форсунками по уровню вибраций форсунок или топливоподающего канала, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения достоверности результатов оценки состояния двигателя, задают режим работы двигателя, соответствующий номинальной частоты вращения холостого хода, измеряют продолжительность подачи топлива для всех цилиндров двигателя, определяют среднюю по цилиндрам продолжительность, затем задают двигателю режим средней частоты вращения и повторно измеряют продолжительность подачи для всех цилиндров, определяют среднюю для данного режима, сравнивают полученные средние значения с эталонным по каждому режиму и по степени отклонения определяют состояние и степень приработанности двигателя, причем потери газовых сил на привод вспомогательных механизмов определяются по отклонениям на номинальной частоте вращения, а потери на трение и степень приработанности двигателя определяют по отклонениям на средней частоте вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1