Способ диагностирования газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области автомобилестроения и позволяет повысить эффективность работ в процессе проектирования и испытания газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Способ диагностирования газораспределительного механизма ДВС включает измерение линейного перемещения клапанов по углу поворота коленчатого вала, оценку при этом выходных характеристик ДВС, например удельного расхода топлива или иной характеристики, повторение измерений для другого профиля кулачков распределительного вала, суждение о параметрах газораспределительного механизма по результатам сравнения выходных характеристик ДВС между собой по критерию минимального удельного расхода топлива или иному критерию. Профиль кулачков, соответствующий оптимальному, выбирают по результатам не менее трех испытаний. При этом клапанам сообщают дополнительное линейное перемещение за счет гидравлических усилий, действующих по заранее заданному закону независимо от профиля кулачков распределительного вала, получают экспериментальную зависимость суммарного перемещения клапанов от угла вращения коленчатого вала для каждого испытания, определяют оптимальное значение этой зависимости и вычисляют эквивалентный профиль кулачков распределительного вала. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в процессе проектирования и испытания газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и транспортного средства (ТС) в целом.

Одним из важнейших параметров газораспределительного механизма (ГМ) является геометрическая форма кулачков распределительного вала (РВ). Профиль отдельного кулачка в поперечном сечении, а также смещение кулачков относительно друг друга существенно влияют на выходные характеристики ТС. К числу таких характеристик следует отнести удельный расход топлива, мощность ДВС, химический состав выхлопных газов и т.д. Оптимизация параметров РВ по критерию минимального удельного расхода топлива или совокупности других критериев является сложной технической задачей, которая решается в настоящее время различными способами.

На практике форму (профиль) кулачков РВ выбирают расчетно-экспериментальным путем. Наиболее простым способом диагностирования ГМ на стадии проектирования ДВС является способ, содержащее изготовление нескольких РВ, отличающихся друг от друга геометрической формой кулачков, определение выходных характеристик ДВС для каждого РВ и выбор по заданному критерию окончательной формы распределительного вала. Однако данный способ предполагает большие материальные и трудовые затраты, поскольку изготовление РВ в единичном экземпляре требует дорогостоящей технологии, сложной оснастки и значительного рабочего времени. В связи с этим оптимизация параметров РВ, как правило, осуществляется в ограниченном объеме.

Известен способ диагностирования газораспределительного механизма (заявка Японии N 58-38604, кл. F 01 L 1/20, 1983, аналог), включающий измерение линейного перемещения клапанов по углу вращения коленчатого вала, сравнение этой зависимости с эталонной и суждение о соответствии (несоответствии) параметров РВ паспортным данным ДВС. Данный способ позволяет только качественно судить об отличиях диагностируемого РВ от эталонного и заранее предполагает наличие оптимальной формы кулачков у эталонного РВ. Таким образом, это техническое решение не может быть эффективно использовано при проектировании газораспределительного механизма ДВС.

Известен способ диагностирования газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (Авторское свидетельство СССР N 1686332, 1991, бюл. N 39, прототип), включающий измерение линейного перемещения клапанов по углу поворота коленчатого вала двигателя, оценку изменения усилия открытия клапанов ГМ в зависимости от перемещения клапана и угла поворота коленчатого вала и суждение о параметрах распределительного вала по их комбинации.

Описанное выше техническое решение позволяет качественно и в некоторой степени количественно судить не только о состоянии испытываемого РВ, но и о других параметрах ГМ. Данный способ очень удобен для диагностирования газораспределительного механизма ТС, находящегося в эксплуатации. Однако, он не может быть практически использован для выбора оптимальных параметров ГМ вновь проектируемого ДВС, поскольку предполагает наличие в качестве оптимального эталонного РВ.

Цель изобретения - расширение диапазона диагностирования и повышение достоверности его результатов, а также снижение затрат при проведении испытаний газораспределительных механизмов ДВС.

Данная цель достигается тем, что для базисного профиля кулачков РВ газораспределительного механизма измеряют линейное перемещение клапанов по углу поворота коленчатого вала, оценивают при этом выходные характеристики двигателя ТС, например, удельный расход топлива или иную характеристику, повторяют аналогичные измерения для другого профиля кулачков, судят о параметрах ГМ по результатам сравнения выходных характеристик двигателя между собой по критерию минимального удельного расхода топлива или иному критерию, при этом профиль кулачков, соответствующий оптимальному, выбирают по результатам не менее трех испытаний, при том клапанам сообщают дополнительное линейное перемещение, отличное от предыдущих, за счет гидравлических усилий, действующих независимо от профиля РВ по заранее заданному закону, получают экспериментальную зависимость суммарного перемещения клапанов от угла вращения коленчатого вала для каждого испытания, определяют оптимальное значение этой зависимости и вычисляют эквивалентный профиль кулачков РВ.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - циклограмма работы газораспределительного механизма ДВС в координатах: перемещение клапана (в относительных единицах); угол поворота коленчатого вала (в градусах).

Устройство для осуществления способа содержит распределительный (кулачковый) вал 1 с кулачками 2, гидравлические толкатели 3 и электрогидроусилители 4, число которых равно количеству клапанов, агрегат питания 5, блок управления 6, задатчик требуемой циклограммы (персональный компьютер) 7, датчик линейного перемещения клапанов 8, датчик углового перемещения (положения) коленчатого вала 9, клапаны 10, коленчатый вал 11, рычаги 12, блок согласования 13, приборы контроля выходных характеристик ДВС 14.

Исполнительный орган состоит из последовательно соединенных кулачкового механизма (вал 1 с кулачками 2) и гидравлического толкателя 3. Для обеспечения работы гидравлического толкателя 3 используются электрогидроусилитель 4 и агрегат питания 5. Управление электрогидроусилителем 4 осуществляет блок управления 6, который вырабатывает сигналы в зависимости от информации с задатчика требуемой циклограммы 7, датчика линейного перемещения клапана 8 и датчика углового положения коленчатого вала 9. Для повышения точности воспроизведения заданного закона перемещения клапана 10 информация с датчика линейного перемещения 8 и датчика углового положения 9 через блок согласования 13 передается в персональный компьютер 7, который определяет ошибку и корректирует закон управления на следующем цикле работы ДВС, а также обеспечивает графическое отображение работы имитатора распредвала. Имитатор распредвала в совокупности образует следующие элементы: вал 1 с кулачками 2, гидравлические толкатели 3, электрогидроусилители 4 и рычаги 12.

Способ осуществляется следующим образом. На специальном стенде (в данной заявке устройство стенда не рассматривается) устанавливается испытываемый автомобиль или иное транспортное средство с ДВС. Распредвал 1 снимается с ДВС и закрепляется на стенде таким образом, чтобы между соответствующими клапанами 10 и кулачками 2 распредвала 1 можно было разместить электрогидроусилители 4 и гидравлические толкатели 3 с рычагами 12, как показано на фиг. 1. Такая схема подключения распредвала 1 позволяет управлять движением клапанов 10 двумя способами одновременно и независимо: первый способ - за счет действия вращающегося кулачка 2 на корпус электрогидроусилителя 4 с последующей передачей усилия на клапан 10 через гидравлический толкатель 3 и рычаг 12; второй способ - за счет действия на клапан 10 через рычаг 12 движущегося по данному закону внутри гидравлического усилителя 4 толкателя 3. При этом на клапан 10 действует не распределительный вал с кулачками, а его имитатор, позволяющий относительно удобно и легко изменять в испытаниях эквивалентную форму (профиль) кулачков 2. Кроме того, использование кулачков 2 вместе с электрогидроусилителем 4, толкателем 3 и рычагом 12 позволяет существенно упростить устройство усилителя 4 и толкателя 3, так как требуемая амплитуда движения толкателя 3 при использовании кулачков 2 значительно уменьшается.

Диагностирование газораспределительного механизма происходит в следующей последовательности. Сначала с помощью приборов контроля 14 снимаются выходные характеристики ДВС для эталонного распредвала 1. При этом клапаны 10 приводятся в движение только за счет действия кулачков 2 (первый способ), а электрогидроусилитель 4 не включается. Полученные характеристики ДВС являются базовыми для сравнения с аналогичными характеристиками, но при других условиях испытаний, т.е. при другой эквивалентной форме кулачков 2. Далее в компьютер 7 вводится заданная циклограмма работы распредвала 1 (в табличной форме), которая обрабатывается и передается в блок управления 6. При запуске двигателя от электростартера кулачки 2, связанные с коленвалом 11, начинают перемещать клапаны 10. Одновременно в блок управления 6 начинает поступать информация с датчика линейного перемещения 8 и датчика углового положения 9, которая сравнивается с заданной циклограммой, и на гидравлический толкатель 3 выдается сигнал для компенсации заложенной ошибки. Таким образом проводится следующий этап испытаний, а именно снятие выходных характеристик ДВС для другой эквивалентной формы кулачков. Число испытаний выбирается исходя из требуемой точности моделирования, однако оно не может быть меньше трех, так как в противном случае нельзя определить оптимальные выходные характеристики ДВС. По результатам проведенных испытаний определяется номер испытания, при котором газораспределительный механизм имеет параметры, соответствующие оптимальным по известному критерию или совокупности критериев. Такими критериями могут быть удельный (на единицу пройденного пути) расход топлива, мощность ДВС, химический состав выхлопных газов и т.д. Затем по эквивалентной форме кулачков 2, соответствующей данному способу испытаний, путем обработки циклограммы работы газораспределительного механизма ДВС (см. фиг. 2) определяют истинную форму (профиль) кулачков 2 распредвала 1. На фиг. 2 кривая а соответствует циклограмме работы газораспределительного механизма только от кулачков 2; кривая б - суммарная циклограмма работы газораспределительного механизма от кулачков 2 и толкателя 3; кривая в - циклограмма работы газораспределительного механизма от толкателя 3 электрогидравлического усилителя 4.

Предложенный способ позволяет расширить диапазон диагностирования, поскольку он может быть использован не только для определения характеристик эксплуатируемых распределительных валов, но и применен при проектировании газораспределительных механизмов ДВС.

Достоверность результатов испытаний по данному способу также повышается, так как испытания могут быть проведены в широком диапазоне измерений параметров газораспределительного механизма с многократной повторяемостью.

Использование данного способа диагностирования газораспределительного механизма ДВС позволяет существенно снизить затраты на проведение испытаний при проектировании ДВС, поскольку отпадает необходимость изготовления множества дорогостоящих распредвалов различной конфигурации.

Формула изобретения

Способ диагностирования газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, включающий измерение для базисного профиля кулачков распределительного вала газораспределительного механизма линейного перемещения клапанов по углу поворота коленчатого вала, оценку при этом выходных характеристик двигателя, например удельного расхода топлива или иной характеристики, повторение измерений для другого профиля кулачков, суждение о параметрах газораспределительного механизма по результатам сравнения выходных характеристик двигателя между собой по критерию минимального удельного расхода топлива или иному критерию, отличающийся тем, что профиль кулачков, соответствующий оптимальному, выбирают по результатам не менее трех испытаний, при этом клапанам сообщают дополнительное линейное перемещение за счет гидравлических усилий, действующих по заранее заданному закону независимо от профиля кулачков распределительного вала, получают экспериментальную зависимость суммарного перемещения клапанов от угла вращения коленчатого вала для каждого испытания, определяют оптимальное значение этой зависимости и вычисляют эквивалентный профиль кулачков распределительного вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2