СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОРШНЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПО ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЕ
METHOD OF DIAGNOSING PISTON PACKING OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AT INDICATOR DIAGRAM

Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для диагностирования поршневых уплотнений ДВС при их эксплуатации.
2
1
1
2
2
Известен способ диагностирования поршневого уплотнения ДВС по индикаторной диаграмме (патент RU 2532825 С2, 01.03.2013), заключающийся в том, что изменение состояния уплотнения определяют по изменению диагностического параметра от его эталонного значения, соответствующего новому уплотнению, до предельного значения, соответствующего неисправному уплотнению. В качестве диагностического параметра используют отношение абсолютных давлений р/p, где p - давление воздуха вне цилиндра на входе в двигатель без наддува или давление в ресивере наддувочного воздуха двигателя с наддувом на режиме диагностирования, p - давление, измеренное на индикаторной диаграмме в заданной точке процесса, происходящего в надпоршневом объеме на назначенном режиме диагностирования двигателя при отключенной подаче топлива в диагностируемый цилиндр. При этом точку измерения давления р задают на линии расширения не менее чем в одном и не более чем в двадцати пяти градусах поворота коленчатого вала (ПКВ) от верхней мертвой точки (ВМТ).
2
1
В известном способе для получения эталонного значения диагностического параметра необходимо выполнить измерения в цилиндре с новыми деталями поршневого уплотнения. Еще отметим, что в известном способе, помимо измерения давления р, которое служит источником информации о состоянии уплотнения, необходимо также выполнять измерение давления вне цилиндра p.
Обязательность измерений в цилиндре с новыми деталями поршневого уплотнения и измерений давления воздуха вне цилиндра при каждом диагностировании - это недостатки способа, усложняющие его использование.
Задачей изобретения является усовершенствование известного способа диагностирования поршневого уплотнения ДВС по индикаторной диаграмме за счет устранения присущих ему недостатков.
Задача решается следующим образом. Прототипом выбран способ, защищенный патентом RU 2532825 С2. В заявляемом способе, как и в прототипе, изменение технического состояния поршневого уплотнения контролируют по изменению диагностического параметра от его эталонного значения, соответствующего новому уплотнению, до предельного значения, соответствующего неисправному уплотнению.
рсш
сжт
рсш
сжт
рсш
сжт
рсш
Отличие заявляемого способа от прототипа состоит в том, что в качестве диагностического параметра используют отношение абсолютных давлений р/р, где р и р - давления, измеренные на индикаторной диаграмме в заданных точках процесса, происходящего в надпоршневом объеме при отключенной подаче топлива в диагностируемый цилиндр, причем давление р измеряют на линии расширения в точке, расположенной на заданном угловом расстоянии от ВМТ, составляющем не менее пяти и не более сорока градусов ПКВ, давление р измеряют на линии сжатия в точке, расположенной на том же угловом расстоянии от ВМТ, а в качестве эталонного значения диагностического параметра, соответствующего новому уплотнению, принимают значение, равное единице. При этом наилучший результат диагностирования получают, задавая точку измерения давления р на линии расширения не менее чем в пятнадцати и не более чем в двадцати пяти градусах ПКВ от ВМТ.
Технический результат заключается в упрощении процесса диагностирования при реализации заявляемого способа. Упрощение достигается тем, что отпадает необходимость измерения эталонного значения диагностического параметра в цилиндре с новыми деталями поршневого уплотнения, а также измерения давления воздуха вне цилиндра, выполняемого при каждом диагностировании. Диагностирование выполняют, измерив давление в двух точках одной и той же диаграммы, записанной на диагностируемом цилиндре.
рсш
сжт
В новом способе использованы выявленные свойства парных точек индикаторной диаграммы, записанной при отключенной подаче топлива в диагностируемый цилиндр. Парные точки расположены на одинаковом угловом расстоянии от ВМТ, одна из точек - на линии расширения, другая - на линии сжатия. В точке, расположенной на линии расширения (далее «чувствительной точке»), давление чутко реагирует на изменение технического состояния поршневого уплотнения. В другой, расположенной на линии сжатия (далее «нечувствительной точке»), давление на это изменение не реагирует. При новом уплотнении давление в парных точках практически одинаково. С ухудшением состояния уплотнения давление в чувствительной точке снижается, в нечувствительной остается неизменным. Отношение давления чувствительной точки к давлению нечувствительной точки Р/Р характеризует техническое состояние поршневого уплотнения в относительных единицах, составляя 0,95-1 при новом поршневом уплотнении и уменьшаясь по мере ухудшения состояния уплотнения.
В прототипе изменение давления, происходящее при ухудшении состояния уплотнения, отслеживают от значения, измеренного в чувствительной точке при новом уплотнении. В заявляемом способе для той же цели используют значение, измеряемое в нечувствительной точке при текущем состоянии уплотнения. Выигрыш - отсутствие необходимости в проведении измерений при новом уплотнении.
В прототипе результаты измерения в чувствительной точке, получаемые при новом уплотнении и при текущем состоянии уплотнения, приводят к одинаковым условиям сравнения, измеряя давление воздуха и используя в качестве диагностического параметра отношение давления в чувствительной точке к давлению воздуха. В заявляемом способе необходимые измерения осуществляют в одинаковых условиях, поэтому отсутствует необходимость в проведении измерений давления воздуха вне цилиндра, что упрощает процесс диагностирования.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. У двигателя, работающего на установившемся режиме, отключают подачу топлива в диагностируемый цилиндр. В диагностируемом цилиндре записывают индикаторную диаграмму, развернутую по углу вращения коленчатого вала, любым предназначенным для такой записи индикатором. На диаграмме измеряют давление в двух заданных точках. Вычисляют отношение давления чувствительной точки к давлению нечувствительной точки. Получают численную характеристику текущего состояния поршневого уплотнения - диагностическое отношение, обозначаемое символом "k". Идеальному техническому состоянию уплотнения соответствует значение k=1. По мере ухудшения состояния значение k уменьшается. По имеющимся данным предельно допустимое значение k находится примерно в районе 0,75-0,8. Значения ниже 0,75 присущи уплотнениям, чье состояние приближается к аварийному.
На фигуре 1 представлены фрагменты четырех индикаторных диаграмм, записанных в диагностируемых цилиндрах дизелей при отключенной подаче топлива. На фрагментах отмечены диагностические точки: чувствительные (справа от ВМТ на расстоянии 15 градусов ПКВ) и нечувствительные (слева от ВМТ на расстоянии 15 градусов).
Фрагмент «а» принадлежит диаграмме, записанной в цилиндре дизеля после замены цилиндровой втулки, поршня и поршневых колец, то есть после обновления и обкатки всех деталей, составляющих поршневое уплотнение. На фрагменте видно, что давление в диагностических точках практически одинаково. Численная характеристика технического состояния уплотнения k составляет 0,97.
Фрагмент «б» принадлежит диаграмме, записанной в цилиндре, отработавшем порядка 7000 часов без замены деталей поршневого уплотнения. Численная характеристика технического состояния уплотнения k=0,91.
Фрагмент «в» принадлежит диаграмме, записанной в цилиндре, отработавшем около 15000 часов без замены деталей поршневого уплотнения. Численная характеристика технического состояния уплотнения k=0,8.
Фрагмент «г» принадлежит диаграмме, записанной в цилиндре дизеля, приобретенного с неизвестной наработкой и с повышенным выбросом картерных газов, признаком неблагополучного состояния поршневых уплотнений. Численная характеристика технического состояния диагностированного уплотнения k=0,67.
На фигуре 2 показано влияние заданных координат диагностических точек на численную характеристику технического состояния уплотнения - диагностическое отношение. На горизонтальной оси графика - заданные значения координат диагностических точек. На вертикальной - значения диагностического отношения. Линии отображают зависимость величины диагностического отношения от координат диагностических точек при различном техническом состоянии поршневого уплотнения. Совокупность линий позволяет проследить реакцию диагностического отношения на изменение состояния уплотнения при различных координатах диагностических точек.
При координатах точек, близких к ВМТ, например, в пределах 3 градусов, значения диагностического отношения мало отличаются от единицы даже в уплотнении с аварийным состоянием. При координатах точек от 5 до 40 градусов реакция диагностического отношения на изменение состояния уплотнения достаточно заметна и может быть использована для диагностирования. Однако район наибольшей реакции, иными словами наибольшей чувствительности диагностического отношения к состоянию уплотнения, располагается между 15 и 25 градусами ПКВ.
Полезность заявляемого способа состоит в следующем. Часть судовых, тепловозных и промышленных ДВС оборудована стационарными устройствами, предназначенными для записи индикаторных диаграмм, или обслуживается переносными устройствами, предназначенными для той же цели. С помощью упомянутых устройств периодически записывают и обрабатывают индикаторные диаграммы. Результаты обработки используют, в частности, для диагностирования состояния поршневых уплотнений. Применение заявляемого способа при обработке индикаторных диаграмм существенно упрощает получение качественного диагноза состояния поршневых уплотнений, на основе которого можно осуществлять их своевременный ремонт.