Способ диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано для испытания и диагностики технического состояния каждой цилиндро-поршневой группы и двигателя в целом на этапах разработки, эксплуатации и предупредительного ремонта. Способ основан на регистрации числа оборотов двигателя в зависимости от времени при поочередном отключении и включении каждого из цилиндров. Сущность способа заключается в том, что регистрацию числа оборотов двигателя осуществляют последовательно для ряда заданных в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом режиме, полученные зависимости сравнивают с эталонными и по результатам сравнения судят о техническом состоянии каждого из цилиндров и двигателя в целом. Изобретение позволяет повысить информативность и достовереность проверки и ускорить процесс диагностирования технического состояния двигателя. 4 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано для испытания и диагностики технического состояния каждой цилиндро- поршневой группы и двигателя в целом на этапах разработки, эксплуатации и предупредительного ремонта.

Известен способ оценки технического состояния многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в выявлении разницы в мощностях, развиваемых всеми цилиндрами и основными цилиндрами двигателя при его работе на заданном скоростном и нагрузочном режимах [1] Для оценки технического состояния двигателя по данному способу измеряют мощность двигателя при работе на всех цилиндрах, затем отключают выделяемый (проверяемый) цилиндр и дополнительным изменением внешней нагрузки при блокировке элементов регулирования основных цилиндров восстанавливают заданный скоростной режим двигателя. Далее измеряют мощность основных цилиндров и по разности мощностей, развиваемых всеми цилиндрами и основными, выявляют техническое состояние двигателя раздельно по цилиндрам.

Недостатком данного способа является низкая информативность при оценке технического состояния двигателя, так как способ позволяет измерить только один параметр мощность, т.е. энергетический вклад каждого цилиндра в общую мощность двигателя при дополнительном изменении внешней нагрузки.

Кроме того, погрешность установки скоростных режимов для каждого цилиндра при его выключении, а также измерение мощностей на разных скоростных и нагрузочных режимах приводят к получению недостоверных результатов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания, основанный на замере частоты вращения коленчатого вала при отключении цилиндров [2] Данный способ реализуется следующими операциями: устанавливают максимальный скоростной режим на прогретом работающем двигателе, выключают один цилиндр, нагружают оставшиеся работающие цилиндры до максимальной мощности и замеряют при это частоту вращения коленчатого вала. Затем включают ранее выключенный цилиндр и после стабилизации режима работы двигателя вторично замеряют число оборотов коленчатого вала. Далее все операции повторяют для каждого цилиндра. По результатам вторичных замеров числа оборотов вала в зависимости от времени при поочередном отключении и включении каждого цилиндра расчетным путем определяют неравномерность их работы.

Этот способ дает информацию только о неравномерности работы цилиндров в одном максимальном скоростном режиме и не позволяет судить о таких технических и энергетических показателях каждого цилиндра и двигателя в целом, как компрессионная и энергетическая способность в рабочем диапазоне скоростей, степень износа, коэффициент механических потерь, оптимальность угла опережения зажигания и топливообеспечения.

Кроме того, распределение мощности по цилиндрам в зависимости от числа оборотов двигателя при заданном максимальном скоростном режиме и изменяемых нагрузках различно, что вносит погрешность в результаты вторичных замеров числа оборотов двигателя и, следовательно, не обеспечивает достоверной информации о неравномерности работы цилиндров.

Способ при определении неравномерности работы цилиндров предусматривает регистрацию вторичных замеров чисел оборотов коленчатого вала, установление их максимальной и минимальной величин и расчет неравномерности работы цилиндров по формуле, что ведет к повышению длительности измерений.

Таким образом, существенными недостатками данного способа являются низкая информативность, недостаточная достоверность и длительность процесса диагностирования.

Задача изобретения повышение информативности и достоверности способа и ускорение процесса диагностирования технического состояния двигателя внутреннего сгорания.

Это достигается тем, что в способе диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания, основанном на регистрации числа оборотов двигателя в зависимости от времени при поочередном отключении и включении каждого из цилиндров, регистрацию числа оборотов двигателя осуществляют последовательно для ряда заданных в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом режиме, полученные зависимости сравнивают с эталонными и по результатам сравнения судят о техническом состоянии каждого из цилиндров и двигателя в целом.

На фиг. 1 представлены зависимости числа оборотов двигателя от времени для заданных в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом режиме; на фиг. 2 эталонный "диагностический треугольник"; на фиг. 3 "диагностический треугольник" проверяемого цилиндра; на фиг. 4 семейство динамических характеристик неравномерности работы цилиндров.

Предлагаемый способ диагностики технического состояния двигателя предусматривает следующие операции.

На прогретом двигателе устанавливают минимальный скоростной режим с фиксированной нагрузкой, при котором двигатель не останавливается в случае поочередного отключения цилиндров.

Отключают в данном режиме в момент времени t_о первый цилиндр. При этом число оборотов двигателя начинает уменьшаться и достигает величины n₁ за время τ₁= t_o t₁.

Далее включают первый цилиндр и двигатель, набирая обороты, выходит на прежний режим за время τ₂ t₂ t₁. Таким образом, на фиг. 1 фиксируются две характерных кривых: "выбега" и "разгона".

По характеру кривой "выбега", ограниченной ординатой Δ n₁ изменением числа оборотов первого цилиндра и абсциссой τ₁ временем "выбега" (первый "диагностический треугольник"), судят о техническом состоянии данной цилиндропоршневой группы: компрессионная способность цилиндра, величина механических потерь, степень износа, маслообеспечение в сопряжении поршень втулка и т.д.

Чем круче характер кривой "выбега", т.е. чем меньше τ₁, тем выше компрессионная способность цилиндра и ниже коэффициент механических потерь между поршнем и гильзой цилиндра.

Второй "диагностический треугольник", образованный ординатой Δ n₁, абсциссой τ₂ временем "разгона" и плавно нарастающей кривой "разгона", определяет энергетические способности цилиндра, которые зависят от качества топливовоздушной смеси, оптимальности угла опережения зажигания или впрыска дизельного топлива, качества настройки механизмов фаз газораспределения.

Чем круче кривая "разгона" данной цилиндропоршневой группы, тем большими энергетическими способностями обладает диагностируемый цилиндр.

Эти операции проводят для каждой цилиндропоршневой группы двигателя.

Таким образом, по виду "диагностических треугольников" (характеру кривых "выбега" и "разгона", изменению величин Δ n и τ) для проверяемого цилиндра и в каждом заданном в интервале скоростном режиме устанавливают не только энергетическую способность проверяемого цилиндра, но и компрессионную способность, коэффициент механических потерь, степень износа и т.д. что значительно повышает информативность способа.

Сравнение "диагностических треугольников" проверяемого цилиндра и эталонного (фиг. 2 и 3) показывает, что энерге- тические способности как проверяемого, так и эталонного цилиндров равны (Δ n одинаковы), но для проверяемого цилиндра τ₁ меньше, а τ₂ больше, чем у эталонного, т.е. характер "выбега" и "разгона" сравниваемых цилиндров различны. Это говорит о наличии в проверяемом цилиндре завышенного коэффициента механических потерь, который обуславливает быстрый спад при выключении цилиндра и долгий разгон при его включении.

При данных условиях площади "диагностических треугольников" заметно различаются, что говорит о наличии задиров в цилиндре, о недостаточной приработке сопряжения поршень втулка при обкатке, т.е. о степени изношенности цилиндра.

Полученные зависимости числа оборотов двигателя от времени могут быть зарегистрированы в цифровом виде. При этом их сравнивают с эталонными зависимостями, заложенным в ЭВМ на основе статистических данных.

Таким образом, анализ "диагностических треугольников" для каждого поочередно выключаемого и включаемого цилиндра в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом и сравнение их с эталонными зависимостями позволяет получить положительный эффект, а именно проводить экспресс-диагностику технического состояния каждого из цилиндров и двигателя в целом и тем самым повысить информативность и достоверность способа диагностики.

Кроме того, из полученных зависимостей можно выявить динамические характеристики неравномерности работы цилиндров в полном диапазоне рабочих оборотов двигателя, т.е. зависимости Δ n для каждого цилиндра от n числа оборотов (фиг. 4), которые наглядно показывают на степень неидентичности рабочих процессов в цилиндропоршневых группах двигателя.

В идеальном случае эти зависимости для всех цилиндропоршневых групп должны быть совмещены.

Динамические характеристики неравномерности работы цилиндров (фиг. 4) могут являться паспортными данными на новый двигатель и служить базовой характеристикой при эксплуатации и ремонте.

Реализация способа проста в аппаратном исполнении и может быть проведена с использованием имеющейся аппаратуры отечественного производства.

Большая информативность способа позволяет за короткое время с малыми затратами без переборки двигателя оценить "поведение", состояние двигателя в динамическом режиме и определить время, необходимое на обкатку двигателя на конвейере, при экономии топлива и рабочего времени завода-изготовителя.

Формула изобретения

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, основанный на регистрации числа оборотов двигателя в зависимости от времени при поочередном отключении и включении каждого из цилиндров, отличающийся тем, что регистрацию числа оборотов двигателя осуществляют последовательно для ряда заданных в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом режиме, полученные зависимости сравнивают с эталонными и по результатам сравнения судят о техническом состоянии каждого из цилиндров и двигателя в целом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4