СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ
CONTROL METHOD OF STATE OF ENGINE CYLINDERS

Изобретение относится к технике испытания в эксплуатационных условиях дизельных двигателей.
Известно несколько инструментальных способов диагностирования цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя.
Известен способ оценки пневмоплотности конкретного цилиндра путем принудительной его опрессовки сжатым воздухом (принцип пневмокалибратора) [1].
Принцип «пневмокалибратора», реализованный в приборе К-69, позволяет выявить конкретный неисправный цилиндр. Поршень проверяемого цилиндра выставляется при медленном прокручивании коленчатого вала на рабочий такт сжатия или расширения (при перекрытых клапанах). В цилиндр подается под определенным давлением сжатый воздух и по времени падения давления оценивается пневмоплотность цилиндра.
Для данного метода существует серьезное ограничение: при износах или задирах на рабочей поверхности цилиндра; износах, закоксовке или поломке поршневых колец; неплотностях посадки клапанов в гнездах и т.д. увеличивается общая неплотность цилиндра, что главным образом влияет на время падения давления. Также на достоверность диагноза будут влиять следующие причины. Во-первых, необходимо выставить поршень хотя бы в две позиции - на середине и в конце такта сжатия, т.к. гильза изнашивается не только «овально», но и «конусно». Технически эту операцию проделать довольно сложно. Во-вторых, при проверке последних цилиндров, при прочих равных условиях, получим худшие результаты вследствие утечки к моменту проверки части масла в картер, что скажется на результатах оценки состояния ЦПГ. Основную же неисправность данного цилиндра ЦПГ (неисправность колец или гильзы) мы данным методом определить не сможем.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения загрузки цилиндров двигателя внутреннего сгорания, включающий операции замера рабочего параметра каждого цилиндра и сравнения полученных результатов [2]. Причем операцию замера рабочего параметра ведут одновременно во всех цилиндрах по временным интервалам превышения цилиндрового давления над постоянным или медленно изменяющимся противодавлением магистрали в зоне ноль давление сжатия дискретными датчиками, например, клапанного типа.
Недостатком способа-прототипа является необходимость установки датчиков давления в каждый цилиндр, на дизельном двигателе это осуществимо только при снятии форсунок впрыска топлива, что приводит к значительной трудоемкости.
Задача изобретения - снижение трудоемкости и времени установки оборудования на исследуемый двигатель с применением системы воздушного пуска двигателя.
Поставленная задача достигается тем, что в способе контроля состояния цилиндров двигателя, включающем операции замера и анализа параметров изменения давления воздуха, поступающего к цилиндрам, согласно изобретению операции замера выполняют без подачи топлива с использованием системы воздушного пуска, анализ и регистрацию характеристик изменения давления и значения компрессии выполняют с применением специальной программы для ЭВМ, определяя величину изменения давления, характеризующую состояние соответствующих цилиндров, в течение цикла сжатия.
На чертеже изображена схема, демонстрирующая способ контроля цилиндров двигателя. В систему воздушного пуска двигателя 1, за клапаном 4, в магистраль высокого давления устанавливается датчик давления 6. Аналого-цифровой преобразователь 8 снимает непрерывно по двум каналам данные с датчика давления и с датчика положения коленчатого вала 7. При старте двигателя без подачи топлива открывается клапан 4. В такте рабочего хода цилиндра 2 воздух из баллона 5 под давлением начинает поступать через механизм распределения воздуха 3. Расход воздуха из баллона и соответственно падение давления в магистрали характеризует состояние цилиндра. Расчет результата на основании анализа изменения давления в магистрали выполняет ЭВМ 9.
Сила, прилагаемая к коленчатому валу двигателя при прокрутке двигателя без подачи топлива, складывается из следующих составляющих:
- компенсация сил трения;
- компенсация передачи энергии внешним элементам;
- компенсация сил инерции, обусловленной массой маховика и других подвижных элементов конструкции двигателя;
- компенсации давления воздуха в циклах сжатия каждого из цилиндров двигателя.
Сила трения возникает при движении трущихся элементов конструкции двигателя относительно друг друга. Перемещение поршней по цилиндрам, вращение подшипников и трение сальников - все это можно отнести к силе трения. Сила трения слабо зависит от угла поворота коленчатого вала, и ее можно с достаточной долей погрешности отнести к постоянной величине.
Любой двигатель, даже не подключенный к трансмиссии, выполняет определенную работу по обслуживанию различных механизмов, таких как электрический генератор, помпа, топливный и масляные насосы и других подобных узлов, расходующих часть мощности двигателя. При вращении двигателя без подачи топлива большинство таких механизмов не отключены и требуют определенных сил для приведения их в действие. Эти силы также слабо зависят от положения коленчатого вала двигателя и представляют собой постоянную, с точки зрения применения метода, величину.
Силы инерции проявляются при изменении оборотов двигателя. Наибольшее их проявление характерно в начальный момент раскрутки двигателя. Далее скорость оборотов двигателя изменяется плавно, и силы инерции проявляются несущественно.
Компенсация давления сжимаемого в цилиндрах воздуха при исправном двигателе представляет собой наиболее значительную силу. Эта сила имеет характерные, связанные с циклами работы двигателя и, соответственно, с положением коленчатого вала, колебания. В положении верхней мертвой точки поршня в соответствующем цилиндре эта сила, в пересчете на давление воздуха, равна величине компрессии для этого цилиндра.
Давление воздуха в воздушной магистрали, при прокрутке двигателя без подачи топлива, представляет собой величину, пропорциональную сумме всех вышеуказанных сил.
Способ позволяет выделить значение давления воздуха в магистрали, для преодоления давления воздуха, сжимаемого в цилиндрах, то есть компрессию каждого цилиндра, которая характеризует работу двигателя.
Значение компрессии рассчитывается на ЭВМ, которая отфильтровывает быстро изменяющиеся значения давления на фоне медленно изменяющихся или постоянных его значений и пересчитывает данную величину в значение компрессии для каждого цилиндра, с учетом того, что положение коленчатого вала определяет положение поршня для каждого цилиндра.
Источники информации
1. Бельских В.И. Диагностика технического состояния и регулировка тракторов. - М.: Колос, 1973. - 495 с.
2. П. №2080578 РФ, G01M 15/00, опубл. 1997 г.