Способ определения герметичности рабочих объемов поршневой машины

 

Изобретение относится к машиностроению и.позволяет снизить трудоемкость операций. При прокручивании вала двигателя измеряют давление в диагностир1уемом объеме, минимальный уровень которого сравнивают с эталоном Перед прокручиваем вала перекрьтают впускной тракт и измеряют скорость изменения давления, которую сравнивают с эталоном. Способ прост и позволяет проверить поэлементно и суммарно герметичность рабочих объемов без разборно-сборочных работ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„1455254 А1 (51) 4 С Ol М 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ стания давления (кривая 2) и колеба-. ний мгновенных значений давления (кривая 3); на фиг.2 — зависимость изменения давления в перекрытом впускном тракте дизеля Д-240 в режиме прокручивания; на фиг.3 — - экспериментальные зависимости среднего значения давления, продолжительность и скорость .натекания воздуха при раз-, личных неплотностях впускного тракта.

Сущность способа заключается в следующем.

При перекрытии впускного воздушного тракта и прокручивании коленчатого вала внешним источником энергии (например пусковым устройством— электростартером или пусковым двигателем) двигатель работает в режиме

N-плунжерного поршневого вакуумного насоса (где N — число цилиндров), ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР (21) 3944921!25-06 (22) 19.08.85 (46) 30.01.89. Бюл. У 4 (71) Государственный всесоюзный научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (72) К.Ю.Скибневский (53) 621.436 ° 001.5(088.8) (56) Бельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1980, с.292-293. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ РАБОЧИХ ОБЪЕМОВ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытанию поршневых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для проверки герметичности камер сгорания, впускного воздушного тракта и суммарной герметичности этих объемов поршневых двигателей тракторов, автомобилей, тепловозов, морских и речных судов, а также компрессорных установок.

Цель изобретения — снижение трудоемкости проверки герметичности впускного воздушного тракта и камер сгорания цилиндров двигателя.

На фиг.1 показаны зависимость падения среднего вакуумметрического давления (кривая 1) в перекрытом впуск ном тракте при прокручивании коленчатого вала внешним источником энергии; кривая изменения скорости нара(57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет снизить трудоемкость операций, При прокручивании вала двигателя измеряют давление в диагностируемом объеме, минимальный уровень которого сравнивают с эталоном. Перед прокручиваем вала перекрывают впускной тракт и измеряют скорость изменения давления, которую сравнивают с эталоном. Способ прост и позволяет проверить поэлементно и суммарно герметичность рабочих объемов без разборно-сборочных работ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

254

55 з

1455 откачивая воздух из впускного тракта

: и создавая разрежение в нем (в дальнейшем — давление). При этом на неустановившемся скоростном режиме (при разгоне) давление во впускном тракте постепенно уменьшается и достигает наименьшего среднего значе" ния на установившемся режиме прокручивания (на стационарном участке). ,Величина этого среднего давления при прочих равных условиях зависит от герметичности впускного тракта и камер сгорания всех цилиндров. Чем больше неплотности в этих объемах или одном из них, тем больше среднее

; значение давления во впускном тракте, и наоборот.

Фактическое (текущее мгновенное) значение давления во впускном тракте на установившемся режиме прокручиваЬ, ния колеблется относительно среднего, . увеличиваясь в моменты перекрыт ия, клапанов (впускного и выпускного) и ! уменьшаясь на тактах впуска цилинд ров, т.е. в течение рабочего цикла каждого цилиндра имеют место нарастание давления во впускном тракте и . последующее уменьшение его на величи-! ну, зависящую от неплотностей камеры сгорания данного цилиндра. Амплитуда а;, равная разнице наибольшего и наименьшего текущих значений давления so впускном тракте на такте впус, ка 1-го,цилиндра, характеризует при прочих равных условиях герметичность

: камеры сгорания этого цилиндра. Сопоставляя значения пульсаций давле-:. ний на тактах впуска каждого цилиндра, можно определить неравномерность полицилиндровых амплитуд макс мки

А --- —— (1) а макс где а,а „„„- максимальная и ми1макс J м нимальная амплитуды давлений в i-м и j-м цилиндрах на стационарном участке прокручивания двигателя, характеризующие неравномерность герметич.ности камер сгора-. ния цилиндров дви" гателя.

После остановки двигателя в положении, соответствующем сообщению впускного тракта с цилиндром, имею5

10 15

45 щим н аиме ньшую нелло т но с ть к амеры сгорания (что соответствует условию а = а;, ), во впускной тракт натекает воздух через неплотности самого тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания (например первого цилиндра).

Очевидно, скорость натекания воздуха тем больше, чем больше неплотности в сообщающихся рабочих объемах. Поэтому по скорости натекания воздуха при прочих равных условиях можно судить о герметичности впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания. Если при сопоставлении этой скорости V(1) с эталоном она оказывается неудовлетворительной, то тре" буется провести углубленную (поэлементную) проверку герметичности впускного тракта (без камеры сгорания) и каждой отдельной камеры сгорания.

Для этого проводят дополнительную проверку, при.которой остановку двигателя осуществляют в положении сообщения впускного тракта с удвоенным наименьшим числом цилиндров (например, с двумя камерами сгорания четырехцилиндрового двигателя — первой и.второй). Снова определяют скорость натекания воздуха V(1 2), которая уже больше на величину дЧ(2), характеризующую неплотности только второй камеры сгорания. Сообщая теперь впускной тракт. только со второй камерой, получают значение Ч(2), характеризующее неплотность впускного тракта и этой камеры. Разница дЧ(Т)

=V(2)-дУ(2) характеризует собственную герметичность впускного тракта.

Зная последнюю, определяют герметичность 1-й камеры сгорания по значению дЧ(1) Ч(1)-дЧ(Т). Аналогично определяют герметичность остальных камер сгорания, сообщая их поочередно с впускным трактом.

Выполнив указанный комплекс проверок, определяют показатели, характеризующие герметичность отдельных рабочих объемов и суммарную. Сопоставляя их с эталонными значениями, получают оценки указанных герметичностей. Оценка считается удовлетворительной, если значения всех членов матрицы соответвующего рабочего объема находятся в допускаемых пределах (без дополнительных ограничений или, как минимум, при выполнении

254

5 1455 условий, оговоренных в соответствуюших матрицах).

Частота прокручивания пь 200 об/

/мин выбирается из условия наименьmего влияния ее на давление и умень5 шения за счет этого погрешности проверки. Дополнительное уменьшение погрешности проверки от различной часто-. ты прокручивания в указанном диапа- 10 зоне (обусловленном различным состоянием пускового устройства и т.д.) и обеспечение сопоставимости проверок

Однотипных двигателей (путем исключения влияния сОстОяния их пусковьгх 15 устройств) достигается путем оценки герметичности по среднему значению приведенного давления

P„(P>+C» п,)) ехр (Kd), (2) где Рг,Р„- давление во впускном 20 тракте: фактически измеренное, приведенное к частоте и вращения коленМ чато го вала „кПа;

n,n „- частота прокручивания 29 коленчатого вала. фактическая и взятая в качестве режима приведения, об/мин;

С вЂ” показатель скорости изме- ч0

Р нения давления от частоты вращения, кПа/об/мин;

d - эквивалентный диаметр разгерметизирующего отверстия впускного тракта и камер сгорания, мм;

К вЂ” показатель скорости нарастания давления от размера неплотности, 1/мм.

Диапазон давлений менее 80 кПа, в котором предлагается измерять скорость натекания воздуха.во впускной тракт, выбран с учетом обеспечения наименьшей погрешности определения 45 скорости натекания, которая в данном диапазоне наибольшая и примерно постоянная для конкретного состояния рабочих объемов. Скорость натекания воздуха в этом диапазоне подчиняется зависимости

Рк =Pо Рк -Ро

С „-bd; где Р„.,P — давление во впускном тракте в конце и начале определения скорости натекания воздуха, кПа; л A

,1 „ — продолжительность увеличения давления от начального Р, до Р конечного: фактическая, номинальная (при отсутствии неплотностей во впускном тракте и номинальной неплогности камеры сгорания), с;

6 " эквивалентный диаметр !

1 разгерметиэирующего отверстия впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания i-го цилиндра, мм; — показатель скорости натекания воздуха (нарастания давления) от раз. мера неплотности, с/мм.

Показатели С, К и Ь зависят при прочих равных условиях от типа двигателя и поэтому устанавливаются экспериментально .

Функции (матрицы) герметичности рабочих объемов установлены as следующих соображений. Суммарная герметичность рабочих объемов зависит от герметичности каждого из них. Поэтому значение матрицы

Г = (Р„,АV l, (43 где Р01,А1, V1 — допускаемые значения соответственно давления во впускном тракте, неравномерности поцилнндровых амплитуд давления и скорости поступления воздуха в рабочий объем является единственным условием ропу скаемой (удовлетворительной) суммарной герметичности рабочих объемов.

Все остальные возможные значения этой матрицы характеризуют неудовлетворительную суммарную герметичность рабочих объемов. Герметичность, камер сгорания может быть однозначно оценена по значениям показателей

P„ V, полученных при герметичном впускном тракте (условие V Vt), так как неплотности последнего оказывают влияние на значения Р„ и А. Поэтому значение матрицы

Г„(Р А, (5)

I является единственным однозначным условием допускаемой герметичности всех камер сгорания. Все остальные возможные значения этой матрицы ха1455254 рактериэуют неудовлетворительное значение Г„°

Герметичность впускного тракта может быть однозначно оценена по показателям Р„ и V при условии сообщения впускного тракта в момент проверки с герметичной камерой (условие а; а„ „ ), так как неплотности последней оказывают влияние на значение Р„ в режиме прокрутки и Ч - в статике. Поэтому значение матрицы - мс1КС является условием допускаемой герметичности впускного тракта. Остальные возможные значения этой матрицы характеризуют конкретную областЬ (диапазон значен1!й) неплотностей впускного тракта.

Отрезок О...t (фиг.1) характеризует неустановившийся режим (разгон) t (° ° t стационарный участок режима прокручивания, на котором среднее значение давления стабилизировалось на уровне Р = 10 кПа (при увеличени неплотности это значение будет больше). После фиксации этого значения давления и амплитуд а коле1 баний мгновенных значений давления (кривая 3) осуществляют остановку двигателя в момент t . При этом за счет неплотностей впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания происходит натекание воздуха, характеризующееся нарастанием давления на участке t ....t.. Причем скорость нарастания давления (кривая 2) максимальная и примерно постоянная на участке и ...t, соответствующем изменению давления в диапазоне 10 "

S0 кПа, т.е. показатель скорости в этом диапазоне наиболее информативный и обеспечивает наименьшую погрешность оценки неплотности.

Из фиг.2 видно, что изменение давления от частоты прокручивания наименьшее в диапазоне п 200 об/мин.

Следовательно, в этом диапазоне погрешность измерения давления, обусловленная ошибками определения частоты прокручивания, наименьшая. Для учета различной частоты прокручивания, обусловленной разным состоянием пусковых устройств, и приведения ее к частоте n„ можно,пользоваться зависимостью (2), что подтверждается линейной связью Р (n) в диапазоне п 200 об/мин.

Зависимости фиг.3 характеризуют чувствительность параметров P, V u

0 (IIPopoJIRHTelIbHoCTb H T(K H BO3 духа, пропорциональная величине V) при различных неплотностях впускного тракта. Из этих зависимостей следует„ что параметр (или Ч) обеспечивает надежную количественную оценку не" плотности в диапазоне О й. d < 2 мм, а параметр Р - в диапазоне Й 2 мм, т.е. располагая значениями параметра

Р, можно определить область значений неплотности рабочих объемов; 0 и d 2 при P (25 кПа, d 0 2 при Р о 25 кПа; количественное значение неплотности при Р о 25 кПа по формуле (2). Располагая значениями параметра с (или

Ч), можно определить количественное значение неплотностей в диапазоне

О аЬ d 2 мм.

Пример конкретной реализации способа и результать! его испь(таний на тракториь!х дизелях.

Для реализации способа необходимо иметь частотомер (например прибор

ИМД-Ц), датчик отметки- BNT поршня

1-ro цилиндра, заслонку для герметичного перекрытия впускного тракта и встроенный в нее первичный преобразователь (датчик) давления. Оба датчика должны быть соединены с вторич ным преобразователем (показывающим прибором) и самописцем.Для проверки герметичности рабочих объемов (например, дизеля Д-240 сельскохозяйственного трактора МТ3-80) с впускной трубы воздухоочистителя снимают колпак, перекрывают эту трубу заслонкой с датчиком-, подключают к двигателю прибор ИМД-Ц. Затем прокручивают двигатель пусковым устройством с частотой из -200.

Требуемый скоростной режимпрокручивания устанавливают изменением пода. чи топлива в пусковомдвигателе иконтролируют с помощью прибора ИМД-Ц.

Через 10-20 с прокручивания среднее значение давления воздуха во впускном тракте, фиксируемое показывающим прибором, достигает минимального значения, что свидетельствует о стационарном режиме прокручивания. Фиксируют это значение давления (например, Р = 30 кПа при и =220 об/мин) и включают самописец, на ленте которого производят запись колебаний давчения относительно среднего значения, 9 1455 делаются отметки ВМТ поршня на такте сжатия в первом цилиндре.

По окончании записи диаграммы колебаний давления пусковое устройство выключают. После остановки коленчатого вала давление воздуха во впускном тракте увеличивается эа счет поступления в него воздуха через неплотности. Измеряют продолжитель- 10 ность возрастания давления (например, с 50 до 80 кПа) и фиксируют его значение (например, т = 15 с).

Затем анализируют полученные дан. ные и сопоставляют их с эталонными, :5

Для дизеля Д-240 Р„, и 20 кПа, А, О,1, î „ = 55 с, с, = 25 с, n„200 o6/ìèí, K=0 33 1/мм, Ь =. 2,25 с/мм, Ср = 0,025 кПа/об/мин.

Сначала по формуле (2) рассчиты- 20 вают приведенное значение среднего давления при значении d = О.

Р„=30+0,025 (200-220) =29,5 кПа.

Сопоставляя его с допускаемым, видим что Р + PA s T е Рn = Рfl2.t следовательно, рабочие объемы (впускной тракт камеры сгорания) имеют неплотность d 2 мм. Из диаграммы колебаний давления получены значения а

9 отн.ед., а = àп =8 отн.ед., а „ = ЗΠ— 10 отн.ед. Согласно формуле (1) рассчитывается значение

10-8

А=- — — — =02

10 которое больше А,, следовательно А =

=А . И, наконец, q V, ) ..

С учетом этих данных матрицы герметичностей рабочих объемов (4)-(6) имеют значение Гс=Г„=Г =(Рд А Ча), ха- 40 рактеризующее неудовлетворительную герметичность рабочих объемов. В первую очередь выясняют причину неудовлетворительной оценки герметичности впускного тракта. Определяют (напри- 4> мер, по положению клапанов газораспределения) положение остановки коленчатого вала. Устанавливают, что впускной тракт сообщен с 4-м цилиндром (лучшим по состоянию) за перио- дом перекрытия клапанов (выпускной клапан этого цилиндра закрыт, впускной — открыт) . Отсюда делают вывод о негерметичности самого впускного тракта. Устраняют его неплотность (например, заменяют прокладку воздухоочистителя). Одновременно (с учетом А = А ) проверяют и при необходимости регулируют зазоры в клапанах

254 механизма газораспределения всех цилиндров (в первую очередь 2-го и 3-го цилиндров). После этого проводят повторную проверку, обработку и анализ показателей герметичности, на основе которых принимают окончательное решение о поэлементной и суммарной rep метичности рабочих объемов.

Рассмотрим пример реализации способа.в хозяйствах с небольшим парком обслуживаемых тракторов (например, в бригадах и отделениях колхозов и совхозов, где число тракторов составляет 10 — 20 шт). В этих случаях можно пользоваться упрощенными матрицами (4}-(6), исключив из них величину А (с учетом исходного предположения о равномерности неплотностей камер сго рания и необходимости проверки их).

При этом в качестве средств для реализации способа достаточно иметь заслонку с вакуумметром и секундомер. Для центральных мастерских, хозяйств и станций технического обслуживания тракторов (число обслуживаемых тракторов для них 200-600) устройство для реализации способа можно снабдить механизмом отключения внешнего источника энергии (пускового устройства), срабатывающими от отметчика ВМТ с заданной задержкой, зави" сящей от типа двигателя. Такой меха". низм обеспечивает остановку коленчатого вала в заранее заданном положении и исключает необходимость повторных проверок.

Предлагаемый способ достаточно прост в реализации и обеспечивает возможность проверки поэлементной и суммарной герметичности рабочих объемов двигателя без снятия форсунок, свечей и других разборно-сборочных работ. Результаты испытаний и производственной проверки способа показывают, что 58Х дизелей, эксплуатируемых в сельском хозяйстве, имеют негерметичный впускной тракт (в отдельных хозяйствах 70 — 80 дизелей) и до 10Х дизелей — неудовлетворительную герметичность камер сгорания. Общая продолжительность проверки герметичности предлагаемым способом (с учетом подключения прибоpoB) составляет !Π— 15 MHH что в

4 — 6 (для четырехцилиндровых), 12

18 раз (для двенадцатицилиндровых

Il 1Д дизелей) меньше продолжительности этой проверки известными способами. формула изобретения

1. Способ определения герметичности рабочих объемов поршневой маины, заключающийся в том, что проручивают коленчатый вал, измеряют авление в диагностируемом объеме„ пределяют уровень минимального давения Р„, который сравнивают с этапри Рц„ > Р . Устра яют дефекты, о т л и ч а ю щ и й— я тем, что, с целью снижения труоемкости, перед прокручиванием ваа перекрывают впускной тракт„ отк .поают привод двигателя от посторонего источника и после ос" àíîâêè двиателя устанавливают за минимально озможное время вал в положение, сответствующее сообщению впускного ракта с наименьшим конструктивно озможным числом цилиндров, и при авлении, меньше 80 кйа, измеряют корость изменения давления во времени, которую сравнивают с эталоном.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юи и с я тем, что после достижения поворачивают вал на угол не меРее 4У, измеряют амплитуды изменения давления, сопоставляют с эталоном и определяют относительную неравномерность герметичностей камер сгорания.

3. Способ по п.i о т л и ч а юшийся тем, что после определения параметров, зависящих от герме- .

Р

ЮО

Ю ь36

IQ ф

%в

М

ЪФО

"20

Ъ

Мз Q тичиости, проводят дополнительную пневматическую опрессовку впускного тракта для каждой отдельной группы наименьшего„ конструктивно возможно"

ro числа цилиндров прокручиванием коленчатого вала с остановками его в положениях, соответствующих сообщению впускного тракта последовательно

Ю -...каждой иэ укаэанных групп цилиндров, при этом значения неравномернос-, ти герметичностей камер сгорания оп-.;— ределяют по .разности измеренных скоростей нарастания давления.

4. Способ по пп. и 2„ о т л ич а ю шийся тем„ что после огределения значений неравномерности герметичностей камер сгорания проводяг

gg повторную дополнительную опрессовку впускного тракта прокручиванием коленчатого вала с остановкой его в положении. соответствующем сообщению впускного тракта одновременно с дву"

25 мя группа1щ наименьшего, конструктив- но возможного числа цилиндров, измеряют скорость нарастания давления во впускном тракте, при этом герметичность камер сгорания дсполнительной

39 второй группы цилиндров оценивают по разности скоростей нарастания давле" ния, измеренных при сообщении впускного тракта -олько с первой группой цилиндров и одновременно с двумя группами, а герметичность впускного трак" а — по разности полученного síàчения и скорости нарастания давления при сообщении впускного тракта с вто рой группой цилиндров.!

455254

О 100 200 N0 400 ИО п

Чаетпта лрокру и1анця кааенча

4ие. г лтш 1апц оО(гян.

rz 4

r0y

4 в г 3 / Х диамеа и nwmreemu

ЭкВи8а л&нанми Р

Ьпускмоео аракаа, мм

Редактор И.Касарда

Заказ 7449/50 Тираж 788

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгп ям поп ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раулская нао., и. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор ..t, ул. 1!роектная, 4 ь м 6 О

ВЖ фм ЗО ф ф 20

Эц ь сm ь

У

Составитель К,Скибневский

Текред М ..Мopгeнтaл Корректор С.Черни