УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к технике диагностирования двигателей внутреннего сгорания и предназначена для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя по времени нарастания заданной величины давления отработавших газов (ОГ) в картере и определения технического состояния цилиндропоршневой группы диагностируемого двигателя без его пуска.
Известно устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания (патент на изобретение РФ №2224988 МПК G01M 15/00 (2000.01) от 15.04.2003 г., бюл. №6) [1], содержащее полый корпус, в котором выполнены нижнее входное отверстие для сообщения полости корпуса с полостью картера испытываемого двигателя и вышерасположенное выходное отверстие для обеспечения возможности вывода отработавших газов, поступающих в полость корпуса из указанного картера через входное отверстие, а также измерительное средство, реагирующее на изменение давления отработавших газов в полости корпуса, которое сочетает в себе измеритель времени с клапанной системой, включающей в себя расположенный в корпусе клапан вертикального хода, клапанное седло, установленное в корпусе ниже клапана на пути движения потока отработавших газов от входного отверстия к выходному отверстию с возможностью полного перекрытия этого потока, и фиксатор открытого положения клапана, причем масса клапана рассчитана из условия его открытия при заданной величине давления отработавших газов, а измеритель времени связан с клапаном с возможностью включения измерителя в момент закрытия клапана в результате его освобождения от фиксатора и выключения измерителя в момент открытия клапана под действием заданной величины давления отработавших газов для определения за счет этого времени нарастания давления отработавших газов до заданной величины.
Недостатком данного устройства является необходимость обязательного пуска диагностируемого двигателя, его прогрев и работа на холостом ходу (номинальные обороты холостого хода). Однако, в случае, если двигатель не пускается из-за неисправности, либо по другим причинам, то определение технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя не представляется возможным. Кроме того, диагностирование без пуска двигателя экономически выгоднее, так как не расходуется топливо на пуск и прогрев двигателя, уменьшаются временные затраты, диагностирование неисправного двигателя при обязательном его пуске неизбежно приведет к выбросу в атмосферу экологически вредных примесей.
Технический результат направлен на расширение диапазона использования устройства для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, а именно на достижение возможности его эксплуатации при диагностировании двигателя без его пуска.
Технический результат достигается тем, что в устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее полый корпус, в котором выполнены нижнее входное отверстие для сообщения полости корпуса с полостью картера испытываемого двигателя и вышерасположенное выходное отверстие для обеспечения возможности вывода отработавших газов, поступающих в полость корпуса из указанного картера через входное отверстие, а также измерительное средство, реагирующее на изменение давления отработавших газов в полости корпуса, которое сочетает в себе измеритель времени с клапанной системой, включающей в себя расположенный в корпусе клапан вертикального хода, клапанное седло, установленное в корпусе ниже клапана на пути движения потока отработавших газов от входного отверстия к выходному отверстию с возможностью полного перекрытия этого потока, и фиксатор открытого положения клапана, причем масса клапана рассчитана из условия его открытия при заданной величине давления отработавших газов, а измеритель времени связан с клапаном с возможностью включения измерителя в момент закрытия клапана в результате его освобождения от фиксатора и выключения измерителя в момент открытия клапана под действием заданной величины давления отработавших газов, для определения за счет этого времени нарастания давления отработавших газов до заданной величины дополнительно введены осциллограф и вольтметр, подключаемые к аккумуляторной батарее системы электрооборудования диагностируемого двигателя, и расположенные в одном корпусе с измерителем времени, и соединенные между собой и измерителем времени сборочными операциями.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается введением в него дополнительных элементов и различными способами подключения к системам диагностируемого двигателя, а именно: осциллограф и вольтметр, подключаемые к аккумуляторной батарее системы электрооборудования диагностируемого двигателя, и расположенные в одном корпусе с измерителем времени, и соединенные между собой и измерителем времени сборочными операциями.
Введение указанных элементов позволяет дополнительно диагностировать состояние цилиндропоршневой группы двигателя без его пуска, что расширяет диапазон использования устройства для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания и позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию: «Существенные отличия».
Устройство поясняется чертежами:
на фиг. 1 представлено устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 2 - фигуры, фиксируемые осциллографом.
Заявленное устройство содержит полый корпус 1 (фиг. 1) с установленным в нем клапанным седлом 2, выполненным в виде кольцевого выступа, верхний торец которого имеет толщину 1 мм и обработан по 12-му классу чистоты. Внутри корпуса 1 также расположен уплотненный с цилиндрической боковой стенкой 3 корпуса клапан 4 в виде поршня, который имеет на своем нижнем торце цилиндрическое углубление с уплотнительной шайбой 13, предназначенной для сопряжения с верхним торцом седла 2. Сопрягаемая поверхность шайбы также обработана по 12-му классу чистоты. Клапан 4 размещается в цилиндре 3 корпуса 1 со скользящей посадкой и перемещается свободно внутри него в вертикальном направлении, закрывая и открывая проходное сечение А седла 2. Сечение А имеет определенную площадь, по которой определяется масса клапана 4 при заданной величине давления ОГ, прорывающихся в картер ДВС. Выше седла 2 в стенке 3 корпуса 1 выполнено выходное отверстие 5, а в нижней части корпуса 1 имеется входное отверстие 18.
Снаружи корпуса 1 закреплен секундомер 6. К нижнему входному отверстию 18 присоединяется один конец пластмассовой гофрированной трубки 7, которая другим своим концом соединяется с пробкой 8, плотно закрывающей маслозаливное отверстие картера ДВС. На верхнем торце пробки 8 сделано резьбовое отверстие 17 для установки датчика давления, например манометра, во время определения технического состояния ЦПГ. Когда устройство не эксплуатируется, в это отверстие вворачивают пробку. Устройство имеет также указатель 14 вертикального положения корпуса 1.
В комплект устройства входит стробоскоп 9 с датчиком (преобразователем) 10, который устанавливается на штуцер или топливопровод топливного насоса высокого давления (ТНВД) двигателя, ЦПГ которого контролируется. Стержень 11 может быть выполнен со стрелкой 15, положение которой при работе определяется шкалой. Стрелка может быть закреплена на вертикальном стержне, установленном на верху клапана 4 и жестко с ним соединенном, а шкала 16 - на корпусе 1 так, чтобы при установившейся в целом заданной величине давления ОГ в картере стрелка указывала по шкале величину подъема (вертикального хода) клапана 4.
Для фиксации открытого положения клапана 4 в заявленном устройстве предусмотрен соответствующий фиксатор 19, который может быть выполнен, например, в виде установленного в клапане 4 стопора.
Клапан 4 при перемещении внутри корпуса 1 управляет электрическим контактом 12, который запускает секундомер 6 в момент закрытия клапаном 4 сечения А и отключает секундомер 6 в момент открытия этого сечения в результате подъема клапана 4 под действием заданной величины давления ОГ.
Осциллограф 20 и вольтметр 21, подключаемые к аккумуляторной батарее 22 системы электрооборудования диагностируемого двигателя, расположены в едином корпусе с секундомером 6 и закреплены снаружи полого корпуса 1.
Устройство работает в двух режимах: режиме определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя по времени нарастания заданной величины давления отработавших газов (ОГ) в картере и режиме определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя без его пуска.
На первом режиме работы проверяют уровень масла в картере двигателя. Если уровень масла меньше или больше нормы, то доводят его до нормы по показанию масломерной линейки (щупа). Запускают и прогревают контролируемый двигатель, открывают маслозаливное отверстие и герметизируют картерное пространство ДВС, закрывая пробками отверстие сапуна и отверстие под масломерную линейку (щуп). Устанавливают пробку 8 устройства на маслозаливную горловину ДВС, предварительно зафиксировав клапан 4 в открытом положении.
Далее устанавливают требуемый скоростной режим работы ДВС (номинальные обороты холостого хода) и выдерживают его постоянным на время измерений. При заданном постоянном режиме работы двигателя освобождают клапан 4 от фиксированного верхнего открытого положения, клапан за счет своей массы опускается на седло 2 и закрывает герметично сечение А. Одновременно клапан 4 замыкает электрический контакт 12, и секундомер 6 запускается. Как только давление ОГ в картере поднимается до определенной заданной величины (например, 32 кПа), клапан 4 открывается, нажимает на электрический контакт 12, и секундомер 6 отключается. По показанию секундомера 6 определяют время нарастания давления прорывающихся газов в картер ДВС.
Если есть необходимость, определяют техническое состояние отдельного цилиндра. Для этого датчик стробоскопа 9 последовательно соединяют со штуцерами или топливопроводами ТНВД проверяемых цилиндров и по шкале 16 определяют вертикальный ход клапана 4, освещая при этом стрелку 15 и шкалу 16 стробоскопом 9. Ход клапана 4 соответствует импульсу давления газов, создаваемого в картере при каждом рабочем ходе поршня, т.е. прорыву газов в отдельных цилиндрах. По величинам хода клапана оценивают техническое состояние цилиндров двигателя. При этом можно определить неравномерность Н прорыва газов в картер по следующей зависимости:
max
min
где h+h - соответственно максимальный и минимальный ходы клапана по цилиндрам, мм.
б
Исходным фактором определения технического состояния цилиндропоршневой группы при втором режиме работы устройства является то, что ток стартера, который прокручивает маховик, а, следовательно, и коленчатый вал диагностируемого двигателя, меняется синусоидально, причем максимумы тока соответствуют очередным приходам поршней двигателя в верхнюю мертвую точку. При этом напряжение U на аккумуляторной батарее 22 будет изменяться в противофазе току, минимумы значений напряжений будут соответствовать приходу поршней в верхнюю мертвую точку:
б
где Е - ЭДС батареи;
- ток, потребляемый стартером
б
r - внутреннее сопротивление батареи.
При втором режиме работы устройства для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, как и при первом режиме проверяют уровень масла в картере двигателя. Если уровень масла меньше или больше нормы, то доводят его до нормы по показанию масломерной линейки (щупа). Отключают подачу топлива в цилиндры. Осциллограф 20 и вольтметр 21 устройства для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания подключают к аккумуляторной батарее 22 системы электрооборудования диагностируемого двигателя. Стартером прокручивают коленчатый вал диагностируемого двигателя без его пуска в течении определенного времени, но не более допустимого, указанного в руководстве по эксплуатации диагностируемого двигателя (например, для автомобилей семейства «Мустанг» продолжительность непрерывной работы стартера не должна превышать 15 секунд) для чего включают секундомер 6, на экране осциллографического устройства 20 будут появляться и фиксироваться фигуры (фиг. 2) (синусоида, максимумы которой соответствуют приходу поршней в верхнюю мертвую точку), вольтметр 21 будет фиксировать напряжение аккумуляторной батарее 22 в момент прокручивания коленчатого вала диагностируемого двигателя. Максимумы синусоиды, фиксируемые осциллографом 20, и минимальные значения напряжения, фиксируемые вольтметром 21, сравниваются с эталонными значениями. В случае появления разности напряжений, фиксируемых вольтметром 21 при нахождении поршней диагностируемого двигателя в верхних мертвых точках с эталонным значением, которая превышала бы допустимую величину, а так же несовпадения максимумов синусоиды на экране осциллографа 20 при диагностировании двигателя с максимумами эталонной синусоиды в определенном процентном соотношении делается заключение о наличии неисправности (износе) цилиндропоршневой группы двигателя. При достижении максимально допустимого значения временного показателя прокручивания коленчатого вала диагностируемого двигателя фиксируемого секундомером 6 прокручивание коленчатого вала и работа осциллографа 20 и вольтметра 21 прекращается.
Таким образом, устройство при работе в двух режимах позволяет определять техническое состояние цилиндропоршневой группы двигателя по времени нарастания заданной величины давления отработавших газов в картере и режиме определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя без его пуска.