СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОКОМПРЕССОРОМ
METHOD OF DIAGNOSING ICE WITH TURBO COMPRESSOR

Область техники
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для определения технического состояния поршневых двигателей внутреннего сгорания, например автотракторных.
Технический уровень
Известны способы диагностирования двигателя внутреннего сгорания, в которых в качестве одного из контрольных параметров используют давление в полости картера двигателя (давления картерных газов).
В общем случае давление картерных газов характеризует количество газов, прорывающихся в картер. Этот диагностический параметр также позволяют оценить общее состояние цилиндропоршневой группы достаточно объективно. Измеренное значение давления в полости картера не должно превышать некоторый порог, установленный для исправного двигателя. С ростом оборотов в исправном двигателе давление в полости картера двигателя не должно существенно изменяться.
Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с которым измеряют давление картерных газов и при неизменном давлении картерных газов определяют расход картерных газов путем измерения суммарного расхода картерных газов с двумя разными площадями щели (см. патент РФ №2266524 по кл. G01M 15/00 от 20.12.2005). По измеренному расходу картерных газов судят о состоянии цилиндропоршневой группы.
Известен способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания по давлению в картере диагностируемого двигателя, в соответствии с которым на холостом ходу при номинальных оборотах коленвала соединяют полость картера с атмосферой, а затем в заданный момент времени герметизируют полость картера диагностируемого двигателя и регистрируют время нарастания давления отработавших газов в картере от момента изолирования полости картера от атмосферы до момента достижения заданного уровня давления в картере, например, 32 кПа (см. патент РФ №2212025 по кл. G01M 15/00 от 10.09.2003).
Диагностирование двигателей внутреннего сгорания по давлению в полости картера (давлению картерных газов) не получило широкого распространения, так как известные способы позволяют сделать достаточно достоверный вывод только об общем состоянии цилиндропоршневой группы диагностируемого двигателя. Как правило, при обнаружении повышенного давления в полости картера (давления картерных газов) рекомендуется перебрать цилиндропоршневую группу диагностируемого двигателя.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является разработка способа диагностирования двигателя внутреннего сгорания, с помощью которого можно быстро определить, какой узел диагностируемого двигателя требует дополнительной диагностики или ремонта непосредственно по результатам измерения давления в полости картера (давления картерных газов), что может быть выполнено в полевых условиях и дает возможность оперативно принять решение о дальнейшей эксплуатации диагностируемого двигателя или проведении ремонта отдельных его узлов.
карт.н
карт.н
карт.н
карт.макс
карт.макс
карт.н
Для решения указанной задачи предлагается способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором, имеющего турбокомпрессор и систему рециркуляции картерных газов, включающий определение давления Р в полости картера диагностируемого ДВС при работе двигателя на номинальных оборотах в режиме холостого хода и сравнение замеренного давления Р с его паспортным значением, в котором в соответствии с изобретением, если в результате сравнения обнаружено, что замеренное давление Р превышает его паспортное значение в 2 и более раз, то на холостом ходу увеличивают обороты диагностируемого ДВС до максимальных, определяют давление Р в полости картера на максимальных оборотах, сравнивают давление Р с давлением Р и по результатам сравнения этих двух давлений определяют тип неисправности диагностируемого ДВС.
карт.макс
карт.н
При этом, если давление Р отличается от давления Р не более чем на 10%, то определяют износ цилиндропоршневой группы диагностируемого ДВС.
карт.макс
карт.н
При этом, если давление Р увеличивается по отношению к давлению Р на 25% и более, то определяют износ узла подшипника турбокомпрессора со стороны турбинного колеса.
карт.макс
карт.н
При этом, если давление Р уменьшается по отношению к давлению Р на 25% и более, то определяют износ узла подшипника турбокомпрессора со стороны компрессорного колеса.
В основу изобретения положено различие влияния отдельных узлов двигателя внутреннего сгорания, скомпонованных в один комплекс с цилиндропоршневой группой двигателя, на характер изменения давления в картере двигателя при изменении оборотов двигателя, что позволяет по характеру изменения давления и величине изменения давления в картере двигателя при переходе на повышенные обороты двигателя определить тип неисправности диагностируемого двигателя.
Прорыв газов из надпоршневого пространства в картер двигателя определяется только износом цилиндра и колец и слабо зависит от оборотов двигателя и, если давление в картере при переходе на максимальные обороты меняется в пределах 10%, то это указывает, что в диагностируемом двигателе в основном имеет место износ цилиндропоршневой группы. Фактическое повышение давления картерных газов в два раза относительно паспортного значения указывает на увеличенный износ цилиндропоршневой группы и необходимость переборки цилиндропоршневой группы.
карт.макс
карт.н
Увеличение давления Р увеличивается по отношению к давлению Р на 25% и более, указывает на повышение поступления газов к картер диагностируемого двигателя с увеличением его оборотов, что характерно при повышенном износе узла подшипника турбокомпрессора со стороны турбинного колеса, так как с увеличением оборотов увеличивается перепад давления на узле подшипника со стороны турбины и соответственно расход газа в полость картера со стороны турбины.
карт.макс
карт.н
Уменьшение давления Р по отношению к давлению Р на 25% и более указывает на износ узла подшипника турбокомпрессора со стороны компрессорного колеса, так как с увеличением оборотов турбокомпрессора увеличивается отсос газов через уплотнение узла подшипника со стороны компрессорного колеса.
Техническим результатом использования настоящего изобретения является возможность по результатам измерения давления в полости картера (давления картерных газов), что может быть выполнено в полевых условиях, оперативно принять решение о дальнейшей эксплуатации диагностируемого двигателя или проведении ремонта отдельных его узлов.
Пример осуществления способа
Диагностирование двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором поясняется фигурой 1, на которой показана схема диагностирования двигателя.
Чертеж представлен в виде, достаточном для понимания принципов изобретения специалистами в данной области техники, и ни в какой мере не ограничивает объема настоящего изобретения.
Следует понимать, что данное описание служит только для иллюстрации осуществления изобретения и ни в какой мере не ограничивает объема настоящего изобретения.
Диагностируемый двигатель внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель.
Двигатель имеет цилиндропоршневую группу 1 с картером 2 и турбокомпрессор 3, (ТКР), включающий в себя компрессорное колесо 4 и турбинное колесо 5. Подшипниковые узлы турбокомпрессора 3 дренированы в полость картера с помощью трубопровода 6. Двигатель имеет систему 7 рециркуляции картерных газов.
Диагностирование дизельного двигателя с турбокомпрессором и системой рециркуляции картерных газов
Способ осуществляют следующим образом. Предварительно двигатель прогревается до рабочей температуры. Для измерений давления газов в картере используется манометр с соответствующей точностью измерений. Манометр 8 через гибкий резиновый шланг длиной 1…1,5 м и внутренним диаметром 6…8 мм, который выполняет роль демпфирующего устройства, плотно устанавливается на маслозаливную горловину 9. При помощи штатного тахометра или стробоскопа контролируется частота вращения коленчатого вала двигателя. Измерения давления в картере проводились на номинальных оборотах (100-1500 оборотов в минуту) и максимальных оборотах (2200-3000 оборотов в минуту) двигателя.
Результаты измерений для пяти типовых случаев представлены в таблице.
Обороты двигателя
Параметр
Значения параметра Р<sub>карт</sub> (Па)
Техническое состояние
n<sub>ном </sub>(1000-1500)
Р<sub>карт.н</sub>=Р<sub>карт</sub> (паспорт)
80…150
Узлы исправны
Р<sub>карт.н</sub>>Р<sub>карт</sub> (паспорт)<sub>1</sub>
500 и более
Предельный износ ЦПГ
n<sub>max </sub>(2200-3000)
Р<sub>карт.макс</sub>=(0,9-1,1) Р<sub>карт.н</sub>
500±не более 10%
ТКР исправен
Р<sub>карт.макс</sub>>Р<sub>карт.н</sub>
На 25% и более
Неисправности со стороны турбинного колеса, износ подшипника ТКР
Р<sub>карт.макс</sub>>Р<sub>карт.н</sub>
На 25% и более
Неисправности со стороны компрессорного колеса, износ подшипника ТКР
карт.н
Номинальное давление в картере для дизельных двигателей мощностью до 500 л/с равно 80…150 Па (значения моторостроительного завода). В первом типовом случае давление в картере Р на номинальных оборотах равно паспортному давлению. Двигатель исправен.
карт.н
карт.н
Во втором типовом случае давление Р в картере превышает паспортное значение давления в картере более чем в 3 раза (в конкретном примере давление Р равно 500 Па), что для большинства дизелей свидетельствует о необходимости проведения ремонта, как минимум цилиндропоршневой группы. Однако данный результат не свидетельствует, что исправны другие узлы диагностируемого двигателя.
Для выявления неисправного узла, по причине которого в картере двигателя может быть повышенное давление, проведены измерения давления в полости картера на повышенных оборотах двигателя.
При работе диагностируемого двигателя на повышенных оборотах могут иметь место три типовых случая (третий, четвертый и пятый случаи в таблице).
карт.макс
карт.н
карт.макс
В третьем типовом случае при работе диагностируемого двигателя на максимальных оборотах в режиме холостого хода давление Р в картере отличается от давления Р не более чем на 10% (в конкретном примере давление Р было равно 520-550 Па). Это свидетельствует, что давление в картере не зависит от оборотов двигателя и, значит, в диагностируемом двигателе узлы подшипников турбокомпрессора находятся в рабочем состоянии, повышенное давление в картере связано только с износом цилиндропоршневой группы и при таком уровне давления в картере необходим ремонт цилиндропоршневой группы, но можно не разбирать турбокомпрессор.
карт.макс
карт.макс
В четвертом типовом случае при работе диагностируемого двигателя на максимальных оборотах в режиме холостого хода давление в картере Р увеличивается больше чем на 25% (в конкретных измерениях регистрировались давления Р 630-700 Па). Это свидетельствует, что имеется еще один источник поступления газов в картер диагностируемого двигателя. Таким источником в дизельном двигателе с турбокомпрессором является турбокомпрессор, в частности турбинное колесо турбокомпрессора с прорывом газов в картер через изношенный узел подшипника ТКР со стороны турбины, и, значит необходим ремонт подшипника турбокомпрессора со стороны турбинного колеса.
карт.макс
карт.макс
В пятом типовом случае при работе диагностируемого двигателя на максимальных оборотах в режиме холостого хода давление в картере Р уменьшается больше чем на 25% (в конкретных измерениях регистрировались давления Р 300-370 Па). Это свидетельствует, что имеется источник отсоса газов из картера диагностируемого двигателя. Таким источником в дизельном двигателе с турбокомпрессором является турбокомпрессор, в частности компрессорное колесо турбокомпрессора, которое начинает отсасывать прорвавшиеся в картер газы через изношенный узел подшипника ТКР со стороны компрессорного колеса, и, значит, необходим ремонт подшипника турбокомпрессора со стороны компрессорного колеса.
Как видно из приведенного описания, сравнения давления картерных газов на различных скоростных режимах работы двигателя дает возможность сделать достоверное заключение о техническом состоянии основных узлов диагностируемого дизельного двигателя - цилиндропоршневой группы и турбокомпрессора, на основании измерения одного контрольного параметра - давления газов в картере диагностируемого двигателя.
Вышеприведенный вариант осуществления является только примером реализации, служит для иллюстрации изобретения и не ограничивает сферы действия формулы изобретения. Для специалистов являются очевидными возможные варианты и модификации изобретения, в частности, конкретные значения давления газов в картере двигателя будут определяться его конструкцией, а номинальные значения давления газов в картере двигателя могут быть получены из паспортных данных двигателя.