Способ автоматизированной локализации негерметичных клапанов ГРМ
METHOD FOR AUTOMATED LOCALIZATION OF LEAKY TIMING VALVES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение согласно Международной патентной классификации МПК-2021 относится к объектам, имеющим классификационные индексы F01L 3/04 «подъемные клапаны и клапанные седла с покрытиями» и F99Z «тематика, не предусмотренная в данном разделе, но тесно связанная с ним».
Герметичность сопряжения фаска-седло клапана газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является одним из важнейших факторов, определяющих давление топливовоздушной смеси и рабочего тела в цилиндре и в конечном итоге мощность, экономичность и экологичность ДВС. Герметичность обусловливается отсутствием зазора между сопряженными поверхностями клапана, но в процессе эксплуатации зазор возникает и увеличивается вследствие износа фаски и седла клапана, трущихся поверхностей кулачков распределительного вала, рычагов, коромысел, гидрокомпенсаторов и других компонентов ГРМ, знакопеременных нагрузок на стержень клапана, а кроме того, возможны повреждения, прежде всего прогары выпускных клапанов вследствие высокой температуры газов в начале такта выпуска.
Наличие и разработка средств и способов простой, быстрой и достоверной диагностики герметичности клапанов ГРМ является важным условием выявления зазора на ранней стадии его развития и предотвращения лавинообразного роста.
Далее в тексте для простоты изложения термины «впускной клапан» и «выпускной клапан» означают также множественное число соответственно впускных и выпускных клапанов на один цилиндр.
Уровень техники
Диагностирование (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. Табл. 1, п. 4) сопряжений клапанов ГРМ включает определение и прогнозирование их технического состояния, поиск места (локализацию) и причин отказа. Поскольку диагностирование суть безразборный процесс, то локализация является вероятностной и осуществляется по косвенным диагностическим признакам. Практика показывает, что если факт негерметичности клапанов тестируемого цилиндра определяют достаточно легко, то распознать при этом, впускной или выпускной клапан негерметичен, остается сложным вопросом, приводящим к ошибочному техническому диагнозу (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п. 9), особенно при диагностировании многоцилиндровых (более 4-х цилиндров) ДВС.
Аналоги способов локализации раскрыты в описании изобретения к патенту на изобретение №2716935 (URL: https://www1.fips.ru/registers-web/action?acName=clickRegister Name=RUPAT→Реестр изобретений→2716935); к ним относятся пневмодымовая диагностика дымогенератором для диагностики автомобилей (URL: https://www.Auto-scaners.ru/articles/dymogeneratory-dlya-diagnostiki-avtomobilya/), диагностика пневмотестером утечек цилиндров ДВС (URL: https://www.drive2.ru/b/4908898865559 63887/) и др.
Прототипом изобретения является способ локализации негерметичных клапанов ГРМ (патент на изобретение №2716935), обеспечивающий локализацию негерметичных клапанов ГРМ 4-тактного автомобильного рядного, V-образного и оппозитного ДВС с числом цилиндров 3÷12, любой конструктивной нумерации цилиндров (расположения цилиндров в блоке цилиндров (БЦ)) и любой порядковой нумерации (порядком работы цилиндров). Суть прототипа заключается в том, что осуществляют пневмодымовую диагностику камеры сгорания тестируемого цилиндра, поршень которого находится в верхней мертвой точке (ВМТ) конца такта сжатия, а по номерам контрольных цилиндров, из которых выходит дым, определяют, какой клапан тестируемого цилиндра негерметичен - впускной или выпускной. Номера контрольных цилиндров определяют посредством математических расчетов. Прототип имеет два существенных недостатка, затрудняющих решение технической задачи локализации негерметичных клапанов. Расчет осуществляют вручную, что увеличивает время диагностики и иногда приводит к путанице и ошибкам. Для 8-, 10- и 12-цилиндровых ДВС расчет обеспечивает определение по одному контрольному цилиндру для впускного и выпускного клапанов, в то время как их физически существует 23, и если ДВС является V-образным или оппозитным, а тестируемый и рассчитанный контрольный цилиндры расположены в разных банках двигателя, то это вынуждает диагноста объединять полости впускных, а иногда и выпускных, трактов банков, что значительно затрудняет и затягивает процесс диагностики.
Указанные проблемы прототипа решены в изобретении. Предлагаемый способ локализации негерметичных клапанов не известен из уровня техники, для специалиста не следует из уровня техники явным образом, доступен, прост и может быть массово использован в отрасли автомобильного сервиса, в силу чего является новым, промышленно применимым изобретением, имеющим изобретательский уровень.
Раскрытие изобретения
Способ автоматизированной локализации негерметичных клапанов ГРМ основан на пневмодиагностике, аналогичной прототипу, и применении персонального компьютера (ПК) с операционной системой Windows-XP, -7, -8, -10 и предназначен для быстрой и достоверной локализации негерметичных клапанов ГРМ 4-тактного автомобильного бензинового и дизельного ДВС рядного, V-образного и оппозитного типов продольного и поперечного расположения в моторном отсеке автомобиля с числом цилиндров 3÷12 любой конструктивной и порядковой нумерации цилиндров. Посредством данного способа определяют все контрольные цилиндры, выход дыма из которых указывает на то, какой клапан тестируемого цилиндра негерметичен - впускной или выпускной. Рутинные математические расчеты осуществляются автоматически программой «Локализатор негерметичных клапанов LVL» (Leaky Valves Localizer - англ.), которая определяет конструктивные номера контрольных цилиндров и осуществляет их визуализацию на двумерной схеме БЦ локализатора, что значительно облегчает их идентификацию на диагностируемом ДВС. Вся информация автоматически выводится на монитор ПК. В программу заложена следующая диагностическая модель (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п. 20):
1
2
3
где х, х, х - порядковые номера контрольных цилиндров впускного клапана;
1
2
3
y, y, y - порядковые номера контрольных цилиндров выпускного клапана;
с - порядковый номер тестируемого цилиндра;
z - количество цилиндров диагностируемого ДВС.
1
1
2
2
3
3
Во всех ДВС подлежат расчету порядковые номера цилиндров х и у; кроме того, в 8- и 10-цилиндровых ДВС х и у, в 12-цилиндровых ДВС х и у. Порядковые номера затем преобразуются программой в соответствующие конструктивные номера согласно таблице соответствия конструктивных и порядковых номеров:
i
где X - конструктивные номера контрольных цилиндров впускного клапана;
j
Y - конструктивные номера контрольных цилиндров выпускного клапана.
Например, для 12-цилиндрового ДВС таблица соответствия конструктивных и порядковых номеров может иметь один из следующих типичных видов:
Визуализация результатов расчетов на схеме БЦ заключается в окрашивании номера тестируемого цилиндра и конструктивных номеров в различные цвета.
Диагностическая модель реализуется программой LVL согласно алгоритму (фиг. 1).
В главном окне программы LVL (фиг. 2) наведением курсора вызывают информацию (фиг. 3), справку (фиг. 4) и контакты производителя (фиг. 5), а также вводят исходные характеристики диагностируемого ДВС (фиг. 6): расположение в моторном отсеке, количество цилиндров и тип двигателя.
Способ автоматизированной локализации негерметичных клапанов ГРМ включает пневмодымовую диагностику камер сгорания тестируемых цилиндров и автоматический расчет программой LVL конструктивных номеров контрольных цилиндров.
Пневмодымовая диагностика аналогична прототипу: поршень тестируемого цилиндра устанавливают в ВМТ конца такта сжатия; через отверстие свечи зажигания/форсунки в камеру сгорания нагнетают дым и фиксируют номера контрольных цилиндров, из которых выходит дым. Если дым не выходит из цилиндров, определяют диагноз: клапаны тестируемого цилиндра герметичны.
Если из контрольных цилиндров выходит дым, то в отличие от прототипа применяют программу LVL, что заключается в следующем. Вручную вводят исходные характеристики диагностируемого ДВС - вид расположения, число цилиндров и тип, как показано на примере продольно расположенного 12-цилиндрового V-образного ДВС с (фиг. 7); нажатием на кнопку «Далее» открывают окно (фиг. 8), содержащее схему БЦ, порядковую и конструктивную нумерации цилиндров по умолчанию. Согласно подсказке (внизу окна) активируют и редактируют порядок работы цилиндров, ведя курсор последовательно слева направо по порядковым номерам и выделяя их для редактирования порядка работы на соответствующий диагностируемому ДВС. Активация последнего порядкового номера активирует конструктивный номер 1 цилиндра схемы БЦ (фиг. 9), после чего согласно новой подсказке (внизу) активируют и редактируют конструктивные номера цилиндров на схеме БЦ, последовательно ведя курсор в порядке возрастания номеров и выделяя их для редактирования на соответствующие диагностируемому ДВС (фиг. 10). Активация последнего конструктивного номера активирует следующую подсказку, следуя которой, кликом мыши выделяют на схеме БЦ номер тестируемого цилиндра (на примере - это номер 5) (фиг. 11), который окрашивается в красный цвет и отражается слева от моторного отсека, и нажимают кнопку «Контроль», что приводит к осуществлению мгновенного расчета номеров контрольных цилиндров и их визуализации (фиг. 12): конструктивные номера контрольных цилиндров впускного клапана (на примере это 7, 6, 10) окрашиваются в голубой цвет, конструктивные номера контрольных цилиндров выпускного клапана (11, 4, 9) в зеленый цвет, а также отражаются справа от моторного отсека.
Затем по полученным конструктивным номерам контрольных цилиндров схемы БЦ идентифицируют номера контрольных цилиндров на диагностируемом ДВС, из которых выходит дым, и определяют диагноз, в котором указывают, какой клапан тестируемого цилиндра негерметичен - впускной или выпускной.
Аналогично локализуют клапаны ГРМ остальных цилиндров двигателя, выделяя кликом мыши номер тестируемого цилиндра на схеме БЦ и нажимая кнопку «Контроль».
Ошибки ввода исправляют нажатием на кнопку «Сброс», что переводит окно в исходное состояние. Для перехода в главное окно нажимают заголовок главного окна или кнопку с символом главного окна, которой одновременно осуществляется сброс.
Номера цилиндров на схеме БЦ, находящиеся на такте сжатия (на рис. 12 это цилиндры 3 и 8), при нажатии на кнопку «Контроль» окрашиваются в фиолетовый цвет; цилиндров на такте рабочего хода (цилиндр 1) в оранжевый цвет; цилиндра в фазе перекрытия клапанов (цилиндр 2) в светло-зеленый цвет. Эта информация не имеет прямого отношения к предлагаемому способу, но она может быть использована при проведении других операций диагностики двигателя, связанных с тактом/фазой цилиндров.
Согласно рабочему циклу 36-цилиндровых ДВС программа LVL определяет по одному контрольному цилиндру на впускной и выпускной клапан тестируемого цилиндра. Так, фазовая диаграмма 6-цилиндрового ДВС (фиг. 13) показывает, что при тестировании, например, цилиндра с порядковым номером 3, поршень которого находится в ВМТ между тактами сжатия и рабочего хода в фазе 600° (сомкнутые стрелки), открыты по одному впускному и выпускному клапану цилиндров с порядковыми номерами 5 и 1.
Из фазовой диаграммы 8-цилиндрового ДВС (фиг. 14) следует, что при тестировании, например, цилиндра с порядковым номером 4, поршень которого находится в ВМТ между тактами сжатия и рабочего хода в фазе 630° (сомкнутые стрелки), открыты два впускных клапана цилиндров с порядковыми номерами 6, 7 и два выпускных клапана цилиндров с порядковыми номерами 1, 2. Такое же количество открытых клапанов, а следовательно и контрольных цилиндров, имеется и в 10-цилиндровом ДВС. В 12-цилиндровом ДВС одновременно открыто по три впускных и выпускных клапана, т.е. соответственно имеет место по три контрольных цилиндра на впускной и выпускной клапаны тестируемого цилиндра. Программа LVL учитывает полное количество контрольных цилиндров, что обеспечивает локализацию негерметичных клапанов посредством контрольных цилиндров, расположенных в одном банке с тестируемым цилиндром. Так, в вышеприведенном примере при тестировании 5 цилиндра (фиг. 12) в правом банке (по ходу движения автомобиля) контрольными являются 7 и 11 цилиндры. Если осуществлять локализацию посредством 6, 7 и 4, 9 контрольных цилиндров, то может понадобиться трудоемкая операция объединения полостей одноименных трактов обоих банков.
Таким образом, предлагаемый способ локализации негерметичных клапанов ГРМ отличается от прототипа автоматическим расчетом и визуализацией всех контрольных цилиндров ДВС, что обеспечивает исключение операции объединения полостей впускных и выпускных трактов банков 8÷12-цилиндровых V-образных и оппозитных двигателей.
Технический результат при применении предлагаемого способа объективно проявляется в таких технических эффектах и свойствах, как доступность, быстродействие и достоверность локализации негерметичных клапанов ГРМ указанных ДВС любой конструктивной и порядковой нумерации цилиндров. Технический результат находится в прямой причинно-следственной связи с такими существенными признаками способа, как новизна, простота, скорость, точность, низкая трудоемкость и универсальность.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Алгоритм программы LVL.
Фиг. 2. Главное окно программы LVL.
Фиг. 3. Информация по применению программы LVL.
Фиг. 4. Справка о порядке пользования программой LVL.
Фиг. 5. Контактные данные производителя программы LVL.
Фиг. 6. Характеристики диагностируемых ДВС.
Фиг. 7. Пример ввода характеристик диагностируемого ДВС.
Фиг. 8. Пример окна диагностируемого ДВС.
Фиг. 9. Пример активации порядка работы цилиндров.
Фиг. 10. Пример активации и редактирования конструктивных номеров.
Фиг. 11. Пример тестируемого цилиндра диагностируемого ДВС.
Фиг. 12. Пример контрольных и других цилиндров диагностируемого ДВС.
Фиг. 13. Фазовая диаграмма 6-цилиндрового ДВС.
Фиг. 14. Фазовая диаграмма 8-цилиндрового ДВС.
Фиг. 15. Практическая локализация клапанов ГРМ 3-цилиндрового ДВС.
Фиг. 16. Практическая локализация клапанов ГРМ 4-цилиндрового ДВС.
Фиг. 17. Практическая локализация клапанов ГРМ 5-цилиндрового ДВС.
Фиг. 18. Практическая локализация клапанов ГРМ 6-цилиндрового ДВС.
Фиг. 19. Практическая локализация клапанов ГРМ 8-цилиндрового ДВС.
Фиг. 20. Практическая локализация клапанов ГРМ 10-цилиндрового ДВС.
Осуществление изобретения
Способ автоматизированной локализации негерметичных клапанов ГРМ предназначен для локализации негерметичных клапанов ГРМ 4-тактных 3÷12-цилиндровых рядных, V-образных и оппозитных ДВС с любой конструктивной нумерацией цилиндров в блоке цилиндров и любым порядком работы цилиндров. Способ включает пневмодымовую диагностику цилиндров ДВС, расчет и визуализацию номеров контрольных цилиндров впускного и выпускного клапана тестируемого цилиндра компьютерной программой LVL, функционирующей в среде Windows-XP, -7, -8, -10.
Технические характеристики:
комплектность
дымогенератор
программа LVL.exe
тип диагностируемого ДВС
рядный, V-образный,
оппозитный
число цилиндров диагностируемого ДВС
3÷12
расположение ДВС в моторном отсеке
поперечное, продольное
конструктивная нумерация цилиндров в блоке цилиндров
любая
порядок работы цилиндров
любой
ввод исходных данных
ручной
расчет контрольных цилиндров
автоматический
визуализация расположения ДВС
автоматическая
визуализация рассчитанных цилиндров
автоматическая цветовая
время расчета и визуализации рассчитанных цилиндров
менее 0,1 sec.
операционная система компьютера
Windows ХР, -7, -8,-10
тактовая частота процессора компьютера
1 GHz и выше
оперативная память компьютера
512 Mb и выше
объем программы LVL
2,7 Mb
Технические характеристики способа автоматизированной локализации негерметичных клапанов ГРМ подтверждены многочисленными практическими примерами.
Пример 1. Автомобиль Daewoo Matiz 0,8 2004. 3-цилиндровый двигатель Engine code: F8CV. При тестировании цилиндра 2 дым выходит из контрольного цилиндра 3. Посредством программы LVL определена негерметичность выпускного клапана цилиндра 2 (фиг. 15). Демонтаж головки блока цилиндров (ГБЦ) показал прогар выпускного клапана цилиндра 2, чем подтвердил диагноз.
Пример 2. Автомобиль Subary Forester 2,0 2002. 4-цилиндровый оппозитный двигатель Engine code: EJ201. При тестировании цилиндра 4 дым выходит из контрольного цилиндра 2. Посредством программы LVL определена негерметичность впускного клапана цилиндра 4 (фиг. 16). Поскольку впускные клапаны выходят из строя реже выпускных, до принятия решения о демонтаже ГБЦ был проверен и заменен гидрокомпенсатор впускного клапана цилиндра 4, и герметичность клапана восстановилась. Быстрый правильный диагноз значительно снизил время и трудоемкость диагностики и ремонта.
Пример 3. Автомобиль Audi 100 2,3 1994. 5-цилиндровый двигатель Engine code: AAR. При тестировании цилиндра 1 дым выходит из контрольного цилиндра 5. Посредством программы LVL определена негерметичность выпускного клапана цилиндра 1 (фиг. 17). Демонтаж ГБЦ показал незначительную раковину фаски выпускного клапана цилиндра 2, чем подтвердил диагноз. Раковина устранена шлифовкой фаски и седла.
Пример 4. Автомобиль Opel Vectra-B 2,5 2000. 6-цилиндровый V-образный двигатель Engine code: Х25ХЕ. При тестировании цилиндра 6 дым выходит из контрольного цилиндра 2. Посредством программы LVL определена негерметичность выпускного клапана цилиндра 6 (фиг. 18). Проверка и замена гидрокомпенсатора впускного клапана цилиндра 6 восстановила герметичность клапана. Правильный диагноз ускорил диагностику и ремонт.
Пример 5. Автомобиль BMW 7 Series (Е38) 4,0 740i 1995. 8-цилиндровый V-образный двигатель Engine code: 40 8S 1. При тестировании цилиндра 7 дым выходит из контрольных цилиндров 6 и 8. Посредством программы LVL определена негерметичность выпускного клапана цилиндра 7 (фиг. 19). В результате демонтажа ГБЦ и замены клапана его герметичность восстановилась. Правильный диагноз ускорил диагностику и ремонт.
Пример 6. Автомобиль Audi S6 5,2 FSI 2007. 10-цилиндровый V-образный двигатель Engine code: ВХА. При тестировании цилиндра 8 дым выходит из контрольных цилиндров 6 и 1. Посредством программы LVL определена негерметичность впускного клапана цилиндра 8 (фиг. 20). В результате промывки гидрокомпенсатора герметичность клапана восстановилась. Правильный диагноз значительно ускорил диагностику и ремонт.
Таким образом, достигнут технический результат, подтвержденный многочисленными экспериментальными данными, полученными при практическом диагностировании 4-тактных автомобильных рядных, V-образных и оппозитных бензиновых и дизельных 3÷12-цилинровых ДВС с любым расположением и порядком работы цилиндров.