СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DIAGNOSTICS METHOD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE TECHNICAL STATE

Изобретение относится к способам диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания, в частности его цилиндропоршневой группы, и может быть использовано для предварительной экспресс-диагностики и предупредительного ремонта двигателя.
Известен способ диагностирования поршневого двигателя внутреннего сгорания [пат. РФ №2022152, опубл. 30.10.94 г.], заключающийся в том, что отключают подачу топлива в цилиндры, двигатель прокручивают от внешнего источника, устанавливают заранее определенные скоростной и тепловой режимы, измеряют давление во впускном и выпускном коллекторах топливной системы, причем впускной коллектор герметизируют, и сравнивают величину давления с эталонным показателем, полученным на эталонном двигателе при том же скоростном и тепловом режимах. Известный способ представляет собой разборный метод, который является трудоемким и требует наличия подготовленного персонала достаточно высокой квалификации. Кроме того, использование только одного критерия оценки технического состояния не позволяет достичь высокой достоверности диагностики.
Наиболее близким к заявляемому является способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания [пат. РФ №2213338, опубл. 27.09.03 г.], который включает измерение компрессии в цилиндре, проводимое дважды, причем после первого измерения проводят очистку цилиндропоршневой группы с помощью добавляемой в топливо присадки-выносителя нагара на основе органического фосфата, преимущественно содержащей трифенилфосфат, относящийся к средним эфирам о-фосфорной кислоты, и растворитель, сравнивают полученные данные, сопоставляют их с номинальными значениями компрессии в цилиндре для данного двигателя, а затем по результатам сравнения дают оценку технического состояния ЦПГ.
Известный способ позволяет осуществить безразборную экспресс-диагностику ЦПГ двигателя внутреннего сгорания, однако использование только одного критерия оценки технического состояния не позволяет достичь высокой достоверности диагностики. При этом недостаточно высокая эффективность используемой в известном способе присадки-выносителя нагара также снижает достоверность диагностики вследствие неполного удаления нагара.
Задачей изобретения является повышение достоверности диагностики за счет использования нескольких критериев оценки, а также за счет более полной очистки цилиндропоршневой группы.
Поставленная задача решается способом диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания, включающим измерение компрессии в цилиндре, очистку цилиндропоршневой группы с помощью добавляемой в топливо присадки-выносителя нагара, измерение компрессии в цилиндре после очистки цилиндропоршневой группы, сравнение полученных данных, сопоставление их с номинальными значениями компрессии в цилиндре для данного двигателя, оценку по результатам сравнения технического состояния цилиндропоршневой группы, в котором, в отличие от известного, дополнительно определяют содержание СО и СН в выхлопных газах либо дымность выхлопных газов до и после упомянутой очистки, сопоставляют полученные значения с нормативными и включают результаты в оценку, при этом присадка-выноситель нагара содержит средние эфиры о-фосфорной кислоты и диметилсульфоксид при соотношении (10-20):1.
Образование нагара в цилиндропоршневой группе двигателя внутреннего сгорания приводит к снижению компрессии цилиндров за счет потери герметичности, обусловленной уменьшением подвижности поршневых (компрессионных и маслосъемных) колец, плавающих в кольцевых углублениях тела поршня, а также, в меньшей степени, неполным примыканием клапанов, под которые попадают мелкие частицы нагара. В ряде случаев при «залегании» поршневых колец снижения компрессии не наблюдается, поскольку герметичность может поддерживаться благодаря масляному клину между стенкой цилиндра и поршнем.
Кроме того, образовавшийся нагар приводит к ухудшению условий сгорания топлива, при этом в результате его неполного сгорания возрастает токсичность выхлопных газов (содержание СО, СН), а также, в случае дизельного двигателя, их дымность, которая обусловлена присутствием твердых частиц (сажи).
Во многих случаях на этапах эксплуатации и предупредительного ремонта двигателя внутреннего сгорания необходимо дифференцировать снижение герметичности цилиндропоршневой группы, обусловленное образованием нагара, от потери герметичности вследствие критического износа самих поршневых колец.
Удаление нагара обеспечивает восстановление подвижности поршневых колец, а также устранение возможного масляного клина.
Измерение компрессии цилиндров до и после очистки и сопоставление полученных значений с номинальными значениями компрессии для двигателя данной марки позволяет установить связь между потерей герметичности и образованием нагара и исключить нагар как возможную причину снижения герметичности.
Содержание СО и СН в выхлопных газах, а также дымность выхлопных газов, которые измеряют до и после удаления нагара, являются дополнительными критериями диагностики состояния цилиндропоршневой группы. Уменьшение содержания токсичных и загрязняющих составляющих выхлопа после очистки цилиндропоршневой группы практически до нормативных значений является очевидным свидетельством удаления образовавшегося критического количества нагара.
Максимально полное удаление нагара обеспечивает максимально точную диагностику состояния компрессии и позволяет с высокой степенью вероятности исключить образование нагара как причину нештатной работы двигателя.
Способ осуществляют следующим образом.
Замеряют компрессию каждого цилиндра с помощью одного из известных компрессометров.
С помощью стандартных приборов контроля определяют содержание СО и СН в выхлопных газах для бензиновых двигателей и дымность выхлопных газов для дизельных двигателей.
Проводят очистку цилиндропоршневой группы с помощью добавляемой в топливо присадки-выносителя нагара, которая при работе двигателя обеспечивает разрыхление и последующее удаление нагара вместе с продуктами сгорания топлива.
Средние эфиры о-фосфорной кислоты в составе присадки-выносителя нагара обеспечивают удаление нагара, не оказывая коррозионного воздействия на внутренние поверхности цилиндропоршневой группы.
3
2
Диметилсульфоксид (CH)SO является растворителем для многих органических и неорганических соединений и используется в химическом синтезе для осуществления целого ряда реакций. Известно [Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. - М.: Химия, 1979, с.115-118], что присутствие диметилсульфоксида в составе присадки повышает эффективность ее воздействия и позволяет наиболее полно осуществить очистку цилиндропоршневой группы. Экспериментально было установлено, что оптимальным является следующее соотношение, обеспечивающее максимально полное удаление нагара: 1 часть диметилсульфоксида на 10-20 частей среднего эфира (или смеси эфиров) о-фосфорной кислоты.
Образующиеся в ходе очистки соединения серы не оказывают отрицательного воздействия на элементы цилиндропоршневой группы в силу кратковременности нахождения в ней присадки. Замена масла, осуществляемая после проведения диагностики, исключает нежелательные последствия, связанные с возможным попаданием присадки в масло и изменением его щелочного числа. Положительный результат воздействия присадки во много раз превышает ее возможные отрицательные последствия, которые нетрудно предусмотреть и предотвратить.
Очистку осуществляют путем подачи стандартного топлива с присадкой-выносителем нагара в двигатель, работающий на холостых оборотах. Для этого двигатель отсоединяют от топливного бака и подключают к дополнительной расходной емкости, содержащей стандартное топливо с добавкой присадки-выносителя нагара и снабженной насосом высокого давления. Количество вводимой в топливо присадки-выносителя нагара должно обеспечить эффективное удаление нагара. Это количество, как правило, определяется объемом цилиндропоршневой группы двигателя, при этом осуществляющий диагностику специалист руководствуется также состоянием автомобиля, годом его выпуска, типом двигателя, используемым топливом. В среднем это количество составляет 10-12 мл присадки на 1 л объема цилиндропоршневой группы.
Работу двигателя на холостых оборотах поддерживают в течение времени, достаточного для полной очистки цилиндропоршневой группы от нагара. Это время составляет в среднем 30-60 мин в зависимости от марки двигателя и степени нагарообразования при расходе топлива 1,0-1,5 л.
После очистки повторяют операцию измерения компрессии для каждого цилиндра и определяют содержание СО, СН, а в случае дизельных двигателей - дымность выхлопных газов.
Увеличение значений компрессии после очистки практически до номинальных для данного двигателя свидетельствует о том, что причиной неисправности являлся нагар, а износ деталей цилиндропоршневой группы, ответственных за ее герметичность, не превысил критического значения.
В том случае, если очистка не привела к увеличению значений компрессии, причем наблюдаются различия в этих значениях для отдельных цилиндров, можно сделать вывод о наличии существенного износа деталей цилиндропоршневой группы, ответственных за ее герметичность, преимущественно поршневых колец. При этом подтверждением удаления нагара после проведенной очистки является уменьшение содержания СО, СН в выхлопных газах либо снижение их дымности.
Возможным является вариант очистки ЦПГ в ходе эксплуатации автомобиля в обычном режиме путем добавления в топливный бак необходимого количества присадки-выносителя и практически полного расходования топлива с присадкой.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение достоверности диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания, в частности его цилиндропоршневой группы, что является техническим результатом изобретения. Указанный технический результат достигается за счет использования дополнительных критериев оценки, в качестве которых используют значения содержания СО, СН в выхлопных газах, значение их дымности, а также за счет более полной очистки цилиндропоршневой группы перед повторным измерением параметров. Предлагаемый способ диагностики является простым и доступным; он позволяет своевременно осуществить ремонт либо замену изношенных деталей цилиндропоршневой группы.
Дополнительным преимуществом способа является осуществляемое одновременно с проведением диагностики устранение нагара как одной из возможных причин нештатной работы двигателя.
Примеры конкретного осуществления способа
Компрессию цилиндров определяли с помощью одного из известных компрессометров (для бензинового или дизельного двигателя).
Содержание СО и СН в выхлопных газах бензиновых двигателей определяли с помощью газоанализатора «Инфракар М 1.02» (2004 г. выпуска) с диапазоном измерений СО - 0-7%; СН - 0-3000 ppm. Дымность выхлопных газов дизельных двигателей измеряли с помощью дымомера Инфракар-D1 с оптической базой 0,43 м/RC232 и диапазоном измерения дымности (коэффициента N ослабления света) 0-100%.
Пример 1
Автомобиль «Тойота Corona» 1997 года выпуска, двигатель 4S-FE (бензиновый, EFI) объем 1,8 л, пробег по спидометру 183450 км.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам: 1 ц - 13,5 кг/см; 2 ц - 14,0 кг/см; 3 ц - 13,5 кг/см; 4 ц - 14,0 кг/см. Содержание СО - 1,5%, СН - 650 ppm.
После замера компрессии и определениия содержания СО и СН в выхлопных газах в расходную емкость вносят бензин АИ-92 с добавкой присадки-выносителя нагара, включающей 10 г диметилсульфоксида на 100 г трифенилфосфата, в количестве 20 мл. Отсоединяют двигатель от топливного бака, соединяют его с расходной емкостью, заводят двигатель и оставляют его в работающем состоянии в течение 30 мин. Расход топлива с присадкой за это время составляет немногим более 1 л.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам после очистки: 1 ц - 15,9 кг/см; 2 ц - 16,0 кг/см; 3 ц - 15,9 кг/см; 4 ц - 16,0 кг/см. Содержание СО - 0,8%, СН - 550 ppm.
Сравнение полученных значений компрессии и сопоставление их с номинальными значениями для автомобиля этой марки свидетельствует о том, что причиной потери компрессии являлся нагар.
Сравнение содержания СО и СН в выхлопных газах до и после очистки подтверждает факт удаления нагара. Сопоставление этих данных с нормативными значениями: СО 1,0-0,6%, СН 600-300 ppm (ГОСТ Р 52033-2003), свидетельствует о полном удалении нагара.
В данном случае полнота очистки цилиндропоршневой группы от нагара и состояние поршневых колец для контроля были подтверждены экспериментально путем разборки цилиндропоршневой группы.
Пример 2
2
2
2
2
Автомобиль «Тойота Лит Айс» 1995 года выпуска, двигатель 3СТ (дизель), объем 2,2 л, пробег по спидометру 298615 км. Значения компрессии по цилиндрам: 1 ц - 28,0 кг/см; 2 ц - 28,0 кг/см; 3 ц - 27,0 кг/см; 4 ц - 27,0 кг/см. Дымность выхлопных газов (коэффициент ослабления света): N - 48%.
Способ осуществляют согласно примеру 1.
В расходную емкость с дизтопливом вносят присадку-выноситель нагара, содержащую 10 г диметилсульфоксида на 200 г трибутилфосфата, в количестве 27 мл. Расход топлива - 1,5 л.
После очистки в течение 40 мин проводят измерения аналогично примеру 1.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам после очистки: 1 ц - 29,0 кг/см; 2 ц - 29,0 кг/см; 3 ц - 29,0 кг/см; 4 ц - 29,0 кг/см. Значение N после очистки - 40% при нормативном значении не более 40%.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что причиной нештатной работы двигателя являлся нагар.
Пример 3
Автомобиль «Мицубиси Паджеро» 1992 года выпуска, двигатель 4М-40 (дизель), объем двигателя 2,8 л, пробег по спидометру 315869 км.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам до очистки: 1 ц - 28,0 кг/см; 2 ц - 29,0 кг/см; 3 ц - 30,0 кг/см; 4 ц - 29,0 кг/см. Коэффициент N ослабления света в выхлопных газах до очистки - 64%.
Способ осуществляют согласно примеру 1.
В расходную емкость с дизтопливом вносят присадку-выноситель нагара, содержащую 10 г диметилсульфоксида на 200 г трибутилфосфата, в количестве 34 мл.
После очистки в течение 50 мин, причем расход топлива с присадкой составил 1,5 л, проводят измерения аналогично примеру 1.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам после очистки: 1 ц - 23,0 кг/см; 2ц-27,0 кг/см; 3 ц - 28,0 кг/см; 4 ц - 27,0 кг/см.
Коэффициент N ослабления света в выхлопных газах после очистки - 53% при нормативном значении не более 50%.
Заметное уменьшение компрессии после очистки объясняется удалением поддерживаемого «залипшими» поршневыми кольцами масляного клина, который способствовал сохранению герметичности цилиндров.
Анализ полученных результатов позволяет исключить нагар как причину нештатной работы двигателя и сделать вывод об обусловленной критическим износом поршневых колец потере герметичности, которая особенно заметна в первом цилиндре.
Пример 4
Автомобиль «Nissan AD» 2000 года выпуска, двигатель QG-15 (бензиновый) объемом 1,5 л, пробег по спидометру 109817 км.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам: 1 ц - 14,5 кг/см; 2 ц - 14,8 кг/см; 3 ц - 14,5 кг/см; 4 ц - 14,9 кг/см. Содержание СО - 1,2%, СН - 650 ppm.
После замера компрессии и определения содержания СО и СН в выхлопных газах проводят очистку ЦПГ в режиме обычной эксплуатации автомобиля путем добавления в топливный бак 15 мл присадки, содержащей 10 г диметилсульфоксида на 200 г смеси равных количеств трикрезилфосфата и триэтилфосфата.
После очистки (практически полного расходования содержимого топливного бака) повторно замеряют значения компрессии и определяют содержание СО и СН в выхлопных газах.
2
2
2
2
Значения компрессии по цилиндрам: 1 ц - 15,0 кг/см; 2 ц - 15,0 кг/см; 3 ц - 15,0 кг/см; 4 ц - 15,0 кг/см. Содержание СО - 0,7%, СН - 450 ppm.
Выводы: причиной нештатной работы двигателя являлся нагар.