Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в области технической диагностики, для контроля и диагностирования ДВС в процессе их изготовления, технического обслуживания и ремонта. Сущность изобретения: сначала на работающем двигателе, а затем в режиме его прокручивания непрерывно измеряют промежутки времени, соответствующие повороту коленчатого вала на смежные и равные угловые интервалы заданной величины за цикл работы двигателя на любом установившемся скоростном режиме с синхронизацией начала измерения с одним и тем же тактом цикла работы определенного цилиндра. Определяют в обоих случаях значения частоты вращения коленчатого вала в пределах каждого углового интервала, получают зависимость частоты вращения по углу поворота коленчатого вала, определяют коэффициенты неравномерности вращения коленчатого вала в пределах цикла работы двигателя и периода изменения крутящего момента, а также уменьшение частоты вращения коленчатого вала на участках выбега в пределах периода изменения крутящего момента каждого цилиндра двигателя. Сравнивают результаты, полученные на работающем двигателе и в режиме прокручивания, с эталонными значениями и друг с другом и делают заключение о техническом состоянии двигателя. 3 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области технической диагностики, в частности к способам оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для контроля и диагностирования двигателей внутреннего сгорания в процессе их изготовления, технического обслуживания и ремонта.

Известен способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в измерении времени и пути разгона двигателя в пределах заданных значений частоты вращения коленчатого вала [1] Недостатком этого способа является недостаточная точность оценки технического состояния двигателя, поскольку принятые диагностические параметры позволяют определять общее техническое состояние двигателя и не указывают на конкретные неисправности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в измерении частоты вращения коленчатого вала при последовательном отключении цилиндров [2] Чем ниже мощность отключенного цилиндра, тем меньше при его отключении снижается частота вращения коленчатого вала. Сравнивая снижение частоты вращения вала с нормативным, делают заключение о техническом состоянии как двигателя в целом, так и его отдельных цилиндров.

Недостатками известного способа являются невысокие точность и достоверность определения технического состояния двигателя. Это объясняется тем, что измерение частоты вращения производится в условиях, отличающихся от рабочих вследствие деформации рабочего процесса двигателя и изменения условий трения в кривошипно-шатунном механизме, обусловленных отключением цилиндров, а также невозможность разделения неисправностей цилиндро-поршневой группы и топливной аппаратуры.

Задачей изобретения является повышение точности и достоверности оценки технического состояния двигателя за счет измерения частоты вращения коленчатого вала без отключения цилиндров и возможности разделения неисправностей цилиндро-поршневой группы и топливной аппаратуры.

Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в измерении частоты вращения коленчатого вала, сначала на работающем двигателе, а затем в режиме его прокручивания непрерывно измеряют промежутки времени, соответствующие повороту коленчатого вала на смежные и равные угловые интервалы заданной величины, за цикл работы двигателя на любом установившемся скоростном режиме с синхронизацией начала измерения с одним и тем же тактом цикла работы определенного цилиндра. Определяют в обоих случаях значения частоты вращения коленчатого вала в пределах каждого углового интервала, получают зависимость частоты вращения по углу поворота коленчатого вала, определяют коэффициенты неравномерности вращения коленчатого вала в пределах цикла работы двигателя и периода изменения крутящего момента, а также уменьшение частоты вращения коленчатого вала на участках выбега в пределах периода изменения крутящего момента каждого цилиндра двигателя. Сравнивают результаты, полученные на работающем двигателе и в режиме прокручивания, с эталонными значениями и друг с другом и делают заключение о техническом состоянии двигателя.

Непрерывное измерение сначала на работающем двигателе, а затем в режиме его прокручивания промежутков времени, соответствующих повороту коленчатого вала на смежные и равные угловые интервалы заданной величины, за цикл работы двигателя на любом установившемся скоростном режиме с синхронизацией начала измерения с одним и тем же тактом цикла работы определенного цилиндра, определение в обоих случаях значений частоты вращения коленчатого вала в пределах каждого углового интервала, получение зависимости частоты вращения по углу поворота коленчатого вала, определение коэффициентов неравномерности вращения коленчатого вала в пределах цикла работы двигателя и периода изменения крутящего момента, а также уменьшение частоты вращения коленчатого вала на участках выбега в пределах периода изменения крутящего момента каждого цилиндра двигателя и определение по полученным данным технического состояния двигателя позволяют определять техническое состояние как двигателя в целом, так и его отдельных цилиндров и оптимизировать рабочий процесс двигателя путем проведения соответствующих регулировочных работ по системам питания и зажигания. В результате этого уменьшается неравномерность работы цилиндров, улучшаются мощностные и экономические показатели двигателей, повышается устойчивость их работы на холостом ходу и при малых нагрузках, уменьшаются ударные нагрузки и неравномерность изнашивания одноименных деталей кривошипно-шатунного механизма, снижаются уровни шума, вибрации и токсичности отработавших газов, повышаются надежность и долговечность двигателей. Кроме того, измерение промежутков времени между смежными импульсами датчика частоты вращения коленчатого вала в течение одного цикла сначала на работающем двигателе, а затем в режиме его прокручивания позволяет разделять неисправности цилиндро-поршневой группы и топливной аппаратуры и за счет этого повысить достоверность определения технического состояния двигателя.

На фиг. 1 приведено изменение частоты вращения ω коленчатого вала двигателя КамАЗ-740 по углу его поворота v на установившемся скоростном режиме в пределах одного цикла при работе исправного двигателя на холостом ходу при всех работающих цилиндрах; на фиг. 2 то же, с отключенным 1-м цилиндром; на фиг. 3 то же, в режиме прокручивания двигателя (w_cp среднее значение частоты вращения в пределах цикла работы двигателя; 1.8 - порядковые номера цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя).

Определение технического состояния двигателя внутреннего сгорания по предлагаемому способу производят следующим образом (на примере восьмицилиндрового четырехтактного двигателя КамАЗ-740).

Запускают двигатель, прогревают его до нормального теплового состояния (80-85^oC) и выводят на заданный скоростной режим холостого хода (в данном случае ω_cp= 83,12 c^-1). Далее с помощью измерительного устройства (выполненного, например, по а.с. СССР N 1035521) непрерывно измеряют промежутки времени, соответствующие повороту коленчатого вала на смежные и равные угловые интервалы заданной величины (например, через 720^o/66), за цикл работы двигателя (два оборота коленчатого вала) с синхронизацией начала измерения с одним и тем же тактом цикла работы определенного цилиндра (например, с рабочим ходом пятого цилиндра). Далее по известным формулам определяют значения частоты вращения коленчатого вала в пределах каждого углового интервала и по полученным результатам находят зависимость частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота в пределах цикла работы двигателя (табл. 1, фиг. 1). Затем определяют коэффициент неравномерности вращения δ_ц в пределах цикла работы двигателя по формуле где ω_цmax, ω_цmin и ω_цср соответственно максимальное, минимальное и среднее значения частоты вращения в пределах цикла работы двигателя.

В данном случае ω_цmax 84,43 c^-1, ω_цmin 81,61 c^-1; ω_цср 83,12 c^-1и δ_ц 0,0339.

Сравнивают полученное значение δ_ц с его нормативным значением. Если найденное значение δ_ц не превышает своего нормативного значения, то это свидетельствует о том, что двигатель находится в исправном техническом состоянии, и на этом процесс диагностирования заканчивается. При этом периодический характер изменения частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота от цилиндра к цилиндру (фиг. 1) будет характеризоваться примерно равными участками разгона и выбега, а коэффициент неравномерности вращения δ_ц будет иметь минимальную величину.

В случае, если полученное значение δ_ц превышает свое нормативное значение, то производят необходимые регулировочные работы по двигателю, добиваясь оптимального значения δ_ц. Если в процессе регулировочных работ удается добиться нормативного значения δ_ц, то это свидетельствует о восстановлении технического состояния двигателя, и на этом процесс диагностирования также заканчивается.

Если в процессе диагностирования окажется, что периодический характер изменения частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота нарушен (табл. 2, фиг. 2, ω_цmax= 85,41 c^-1; ω_цmin 81,97 c^-1 и ω_цср 83,61 c^-1), коэффициент неравномерности вращения увеличивается (δ_ц= 0,0411), его величина превышает нормативное значение δ_ц, а регулировочные работы не позволяют добиться его нормативного значения, то это указывает на наличие неисправностей в двигателе и необходимость определения причин повышенной неравномерности вращения.

Такими причинами могут быть неисправности цилиндро-поршневой группы (уменьшение компрессии в отдельных цилиндрах) и топливной аппаратуры (нарушение угла опережения впрыска топлива, давления начала впрыска топлива, неравномерность подачи топлива, закоксовывание распылителей форсунок). С целью разделения неисправностей цилиндро-поршневой группы и топливной аппаратуры аналогичные измерения промежутков времени между смежными импульсами датчика частоты вращения производят в режиме прокручивания двигателя и также получают зависимость частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота (табл. 3, фиг. 3).

Поскольку на этом режиме отсутствует топливоподача в цилиндры двигателя, то изменение частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота определяется только состоянием цилиндро-поршневой группы двигателя (величиной компрессии).

Если при этом изменение частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота от цилиндра к цилиндру носит идентичный характер (как, например, в данном случае, фиг. 3), то это указывает на то, что компрессия в цилиндрах двигателя одинаковая и причиной повышенной неравномерности вращения работающего двигателя (фиг. 2) являются неисправности топливной аппаратуры. В этом случае возникает необходимость определения цилиндров, вносящих искажения в нормальную pаботу двигателя. Для этого определяют коэффициент неравномерности вращения в пределах периода изменения крутящего момента (720^o/i, где i число цилиндров двигателя) по каждому цилиндру двигателя по формуле где ω_пmax, ω_пmin и ω_пср соответственно максимальное, минимальное и среднее значения частоты вращения в пределах периода изменения крутящего момента.

Сравнивая полученные значения коэффициента δ_п с нормативным, делают заключение о техническом состоянии отдельных цилиндров двигателя.

В данном случае значения коэффициента неравномерности вращения в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя (1-5-4-2-6-3-7-8) составляют соответственно 0,0217; 0,0221; 0,0235; 0,0192; 0,0240; 0,0217; 0,0157; 0,0199. Как видно, коэффициент неравномерности вращения δ_п имеет наибольшие значения в пределах периодов изменения крутящего момента 5-го, 4-го и 6-го цилиндров, хотя отключенным является 1-й цилиндр. Таким образом, в данном случае по величине коэффициента δ_п не представляется возможным определение неисправностей топливной аппаратуры, что объясняется неудовлетворительной работой сразу нескольких цилиндров.

С целью определения цилиндров, вносящих наибольшее искажение в нормальную работу двигателя, определяют уменьшение частоты вращения коленчатого вала на участках выбега в пределах периода изменения крутящего момента каждого цилиндра двигателя по сравнению с нормально работающим двигателем. В данном случае уменьшение частоты вращения на участках выбега в соответствии с порядком работы двигателя составляет (в)% 165,68; 93,10; 90,56; 91,12; 152,91; 74,10; 83,34; 87,75. Наибольшая величина изменения частоты вращения на участках выбега приходится на период изменения крутящего момента 1-го цилиндра двигателя, который находится в выключенном состоянии. При этом изменение частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота в пределах периода изменения крутящего момента этого цилиндра характеризуется увеличением участка выбега и уменьшением участка разгона. Таким образом, в данном случае причиной повышенной неравномерности вращения является нарушение технического состояния первого цилиндра.

Если в режиме прокручивания двигателя наблюдается значительное изменение частоты вращения коленчатого вала по углу его поворота в пределах периода изменения крутящего момента одного или нескольких цилиндров по сравнению с остальными, то причиной повышенной неравномерности вращения также может быть нарушение технического состояния цилиндро-поршневой группы (снижение компрессии). В этом случае определение конкретных неисправностей производится с помощью других методов и средств.

Использование предлагаемого способа позволяет оперативно контролировать неравномерность вращения коленчатого вала, своевременно проводить регулировочные и ремонтные операции и за счет этого уменьшить неравномерность работы цилиндров и значительно повысить технико-экономические и эксплуатационные показатели работы двигателей внутреннего сгорания в процессе их производства и эксплуатации.

Формула изобретения

Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в измерении частоты вращения коленчатого вала, отличающийся тем, что сначала на работающем двигателе, а затем в режиме его прокручивания непрерывно измеряют промежутки времени, соответствующие повороту коленчатого вала на смежные и равные угловые интервалы заданной величины, за цикл работы двигателя на любом установившимся скоростном режиме с синхронизацией начала измерения с одним и тем же тактом цикла работы определенного цилиндра, определяют в обоих случаях значения частоты вращения коленчатого вала в пределах каждого углового интервала, получают зависимость частоты вращения по углу поворота коленчатого вала, определяют коэффициенты неравномерности вращения коленчатого вала в пределах цикла работы двигателя и периода изменения крутящего момента, а также уменьшение частоты вращения коленчатого вала на участках выбега в пределах периода изменения крутящего момента каждого цилиндра двигателя, сравнивают результаты, полученные на работающем двигателе и в режиме прокручивания, с эталонными значениями и друг с другом и делают заключение о техническом состоянии двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3