СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ КЛАПАНОВ ГРМ
METHOD OF LOCALIZATION OF NON-TIGHT VALVES OF GDM

Область техники, к которой относится изобретение
Способ локализации негерметичных клапанов газораспределительного механизма (ГРМ) 4-тактного автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является безразборным и согласно Международной патентной классификации МПК-2018.01 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 клапан-седло является одним из важнейших факторов, определяющих давление топливовоздушной смеси и рабочего тела в цилиндре и в конечном итоге мощность, экономичность и экологичность ДВС.
В процессе эксплуатации происходит увеличение зазора между сопряженными поверхностями вследствие износа фаски клапана и седла, а также трущихся поверхностей кулачков распределительного вала, рычагов, коромысел, гидрокомпенсаторов и других компонентов ГРМ, а кроме того, возможны повреждения, прежде всего, прогары.
Чтобы предотвратить лавинообразный рост зазора, важно иметь способ простой, быстрой и точной локализации дефекта на ранней стадии его развития.
Уровень техники
Сопряжение клапан-седло является частью оболочки камеры сгорания (КС). Износ сопряженных поверхностей заключается в изменении размеров деталей вследствие отделения материала с поверхности трения и деформации поверхностного слоя и выражается в единицах длины, массы или объема (В.Б. Джерихов. Автомобильные эксплуатационные материалы. Ч. II. Масла и смазки. С-Пб. Изд-во ГАСУ, 2009, с. 17). Поскольку сопряжение клапан-седло должно быть герметичным и наличие зазора не допускается, то необходимость его измерения отпадает, а техническая задача диагностики сводится к его выявлению и локализации.
Очевидно, что безразборное диагностирование оболочки КС возможно только путем определения значений косвенных диагностических параметров. Такими параметрами являются компрессия цилиндра и утечка газов из КС. Если компрессия занижена и не возросла после заливки в цилиндр нескольких миллилитров моторного масла, это признак зазора в сопряжении клапан-седло, но он не позволяет локализовать зазор во впускном и/или выпускном клапане. Негерметичность клапанов в любом случае обусловливает разборку ДВС и дефектовку его деталей, что, на первый взгляд, казалось бы, отменяет необходимость локализации дефекта на стадии безразборной диагностики, однако, практика показывает, что глубокая безразборная локализация (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения, табл. 1, п. 31) существенно повышает достоверность дефектовки. В отдельных случаях локализацию негерметичного клапана диагностируемого цилиндра обеспечивает применение пневмотестера утечек (ПТУ) - https://www.drive2.ru/1/507802849292321442 (фиг. 1) по месту звука выходящего воздуха из свечных отверстий других цилиндров, зная номера расположения и порядок работы (зажигания) которых, их определяют как контрольные цилиндры и благодаря им узнают, какой конкретно клапан - впускной или выпускной - является негерметичным, однако, утечки далеко не всегда сопровождаются звуком.
Аналогами изобретения являются способы, которые включают: извлечение свечей зажигания из цилиндров; определение утечки оболочки КС цилиндров; назначение для диагностирования клапанов тех цилиндров, которые имеют утечки, превышающие допустимые значения; определение контрольных цилиндров для контроля утечек через впускной и выпускной клапаны диагностируемого цилиндра; установку поршня диагностируемого цилиндра в верхнюю мертвую точку в конце такта сжатия; нагнетание дыма в КС диагностируемого цилиндра через свечное отверстие посредством генератора дыма (ГД), что обеспечивает визуальную фиксацию его проникновения в контрольные цилиндры - https://forum.injectorservice.com.ua/viewtopic.php?f=6&t=9710 (фиг. 2). При выходе дыма из свечного отверстия контрольного цилиндра определяют технический диагноз (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения, табл. 1, п. 9) соответствующего клапана, включающий его техническое состояние как неработоспособное, вид дефекта как негерметичность сопряженных поверхностей клапан-седло, место дефекта фаска, седло или деталь привода клапана, прогнозируемое техническое состояние при продолжении эксплуатации ДВС как развитие дефекта.
Прототипом является аналог, в котором производитель ПТУ заранее учел номера и порядок работы цилиндров некоторых типов ДВС, на основании чего указал конкретные номера расположения контрольных цилиндров для контроля утечки впускных (ВП) и выпускных (ВЫП) клапанов диагностируемого цилиндра соответствующего номера (фиг. 3) - https://forum. injectorservice.com.ua/viewtopic.php?f=6&t=9710&start=60. Вместе с тем, прототип имеет существенные ограничения, которые не обеспечивают выполнение технической задачи диагностики всех типов ДВС: он предусматривает диагностику ДВС лишь с числом цилиндров 4, 6 и 8, имеющих 1-К2 варианта порядка работы, в то время как современные двигатели только легковых автомобилей содержат 3, 4, 5, 6, 8, 10 или 12 цилиндров, число вариантов порядка работы которых включает почти все возможные их комбинации. Кроме того, прототип предусматривает лишь последовательную нумерацию расположения цилиндров, начиная от носка коленчатого вала (КВ), а при двухрядном (V-образном или оппозитном) расположении цилиндров, начиная слева, если смотреть со стороны носка КВ (BOSCH. Автомобильный справочник. Пер. с англ. - 2-е изд.; М.: ЗАО «КЖИ «за рулем», 2004, с. 401). Однако, такая нумерация расположения не является стандартной или общепринятой; существует много двигателей с отличной от неб нумерацией, например, последовательной, но начиная с хвостовика КВ (Autodata 3.38, Citroen Xsara II 2,0 16V 2002-2005, Engine code: RFN, Firing order, Cylinder layout; Renault Laguna III (07-), 1,6 2007-11, Engine code: K4M824, Firing order, Cylinder layout. Изд-во Autodata limited, 2011 и мн. др.), а в двухрядных двигателях, кроме того, хоть нумерация и начинается с носка КВ, но при этом в левом ряду расположены цилиндры с нечетными номерами, а в правом ряду с четными (там же, Opel/Vauxhall Vectra С 3,2 2002/05, Engine code: Z32SE, Firing order, Cylinder layout).
Информацию по типам ДВС, не указанным в документации на ПТУ, порядку нумерации расположения и порядку работы их цилиндров можно найти в других источниках, однако, в этом случае диагност вынужден сам определять номера контрольных цилиндров, что требует сопоставления номеров расположения и порядковых номеров (в порядке работы в рабочем цикле ДВС) цилиндров, но это вызывает наибольшие затруднения, потери времени, путаницу и частые ошибочные диагнозы.
Указанные проблемы прототипа решены в изобретении. Предлагаемый способ не известен из уровня техники, он для специалиста не следует из уровня техники явным образом, он доступен, прост и может быть массово использован в отрасли автомобильного сервиса, в силу чего является новым, промышленно применимым изобретением, имеющим изобретательский уровень.
Раскрытие изобретения
Изобретение отличается от прототипа тем, что контрольные цилиндры ДВС определяют путем несложного универсального математического расчета.
Способ локализации негерметичных клапанов ГРМ включает: извлечение свечей зажигания из цилиндров; определение утечки оболочки КС цилиндров; назначение для диагностирования клапанов тех цилиндров, которые имеют утечки, превышающие допустимые значения; обращение номера расположения диагностируемого цилиндра Z в его порядковый номер z согласно порядку работы цилиндров в рабочем цикле ДВС; определение расчетным путем порядковых номеров х и у двух контрольных цилиндров соответственно для контроля утечки впускного и выпускного клапанов цилиндра Z; обращение полученных порядковых номеров контрольных цилиндров х и у в соответствующие номера их расположения X и Y; установку поршня цилиндра Z в верхнюю мертвую точку в конце такта сжатия; нагнетание дыма посредством ГД в КС цилиндра Z через свечное отверстие. При выходе дыма из свечного отверстия контрольного цилиндра X и/или Y определяют технический диагноз соответственно впускного и/или выпускного клапана цилиндра Z: техническое состояние клапана неработоспособное, вид дефекта - негерметичность сопряженных поверхностей клапан-седло, место дефекта - фаска, седло или деталь привода клапана, прогнозируемое техническое состояние при продолжении эксплуатации ДВС - развитие дефекта.
Диагностическая модель (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения, табл. 1, п. 20) изобретения включает таблицу соответствия номеров расположения цилиндров и их порядковых номеров согласно порядку работы цилиндров диагностируемого ДВС, а также расчетные формулы.
Например, для 12-цилиндрового ДВС таблица соответствия может иметь следующий вид (табл. 1):
Расчетные формулы универсальны для 4-тактного автомобильного ДВС любой рядности с числом цилиндров 3÷12, любым порядком нумерации расположения цилиндров и любым порядком их работы:
где х - порядковый номер контрольного цилиндра для контроля впускного клапана;
у - порядковый номер контрольного цилиндра для контроля выпускного клапана;
z - порядковый номер диагностируемого цилиндра;
i - количество цилиндров диагностируемого ДВС.
Например, если диагностируемый цилиндр указанного в табл. 1 ДВС имеет номер расположения Z=2, то при обращении его в порядковый номер согласно табл. 1 z=9. Из (1) следует:
Обращение порядковых номеров в номера расположения цилиндров согласно табл. 1:
т.е. выход дыма из цилиндров X=7 и/или Y=11 является признаком негерметичности соответственно впускного и/или выпускного клапанов цилиндра Z=2 (фиг. 4).
Достигнутый технический результат способа диагностики заключается в выявлении и локализации негерметичности клапанов ГРМ 4-тактного автомобильного ДВС любой рядности с числом цилиндров 3÷12, любым порядком нумерации расположения цилиндров и любым порядком их работы. Он находится в прямой причинно-следственной связи с такими существенными признаками изобретения, как новизна, простота, скорость, точность и универсальность, воплощенные в диагностической модели.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Пневмотестер утечек.
Фиг. 2. Пример диагностирования клапанов посредством генератора дыма.
Фиг. 3. Таблица проверки утечки воздуха через клапаны двигателя.
Фиг. 4. Результат определения цилиндров для контроля клапанов цилиндра №2 двигателя BMW N73 В60А.
Фиг. 5. Практическая локализация негерметичных клапанов ГРМ двигателя R4 2013.
Осуществление изобретения
Достигнутый технический результат изобретения подтвержден многочисленными экспериментальными данными, полученными при практическом диагностировании 4-тактных автомобильных рядных, V-образных и оппозитных бензиновых и дизельных ДВС отечественного и иностранного производства с числом цилиндров 3÷12, любым порядком нумерации расположения цилиндров и любым порядком их работы.
Практическая реализация способа локализации негерметичных клапанов ГРМ показана на примере 4-цилиндрового рядного ДВС Engine code: R4 1,51 автомобиля Geely MK 2013 г., имеющего нумерацию расположения цилиндров с носка коленчатого вала и порядок работы цилиндров 1-3-4-2.
Диагностируемый цилиндр ДВС имеет номер расположения Z=4, который согласно табл. 2 обращается в порядковый номер z=3.
Из (1) следует:
Обращение порядковых номеров х, у в номера расположения цилиндров X, Y согласно табл. 2:
т.е. выход дыма из цилиндров X=2 и/или Y=3 является признаком негерметичности соответственно впускного и/или выпускного клапанов цилиндра Z=4.
Поскольку дым при нагнетании в цилиндр 4 выходит из цилиндра 3 (фиг. 5), имеет место негерметичность выпускного клапана цилиндра 4.
Технический диагноз выпускного клапана диагностируемого цилиндра 4: техническое состояние клапана - неработоспособное; вид дефекта - негерметичность сопряженных поверхностей клапан-седло; место дефекта - фаска, седло или деталь привода клапана; прогнозируемое техническое состояние при продолжении эксплуатации ДВС - развитие дефекта.
Полученные многочисленные экспериментальные данные подтвердили соответствие технического результата заявленному назначению способа: он обеспечивает простую, быструю, точную и универсальную локализацию негерметичных клапанов ГРМ 4-тактного автомобильного ДВС любой рядности с числом цилиндров 3÷12, любым порядком нумерации расположения цилиндров и любым порядком их работы.