Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в способах диагностирования поршневых двигателей и их систем. Сущность изобретения состоит в диагностировании различных по принципу работы и назначению элементов ДВС на основе измерения одного параметра - скорости вращения коленчатого вала. Неисправный элемент локализуют путем создания равновесия между индикаторной мощностью и мощностью механических потерь, отключая полностью часть цилиндров и частично один из оставшихся в работе и воздействуя на органы топливоподачи. Затем на диагностируемый элемент оказывают тестового воздействие и по изменению скорости вращения коленчатого вала оценивают техническое состояние.

Изобретение относится к диагностированию технического состояния поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Уже известен способ диагностирования технического состояния цилиндров ДВС с числом цилиндров 4,6 и 8, известный из технического описания и инструкции по эксплуатации "Измерителя эффективности работы цилиндров" модели 3216М, изданный опытно-экспериментальным заводом Новгородского производственного объединения "Автоспецоборудование", N Э216М.00.00.000.ТО. 1982 г. с. 4, 15.17 (см. приложение 1).

Способ заключается в измерении уменьшения частоты вращения двигателя при поочередном отключении каждого цилиндра при помощи электронного выключателя зажигания, которым прекращают искрообразование в выбранном цилиндре в необходимые моменты времени. Способ предусматривает предварительный прогрев двигателя и установку заданной частоты вращения коленчатого вала в пределах 1000.1500 мин^-1. Отсчет снижения частоты вращения производят в течение 10.15 сек. после стабилизации вращения коленчатого вала. Согласно способу принято считать, что техническое состояние ДВС удовлетворительно, если снижение частоты вращения при поочередном выключении каждого цилиндра находится в пределах 25% от наибольшей величины.

При повышении этого предела считать, что двигатель неисправен и указывают набор возможных причин неисправностей, которые следует определять дополнительно.

К недостаткам известного способа следует отнести низкую точность и информативность. Перечень возможных неисправностей ограничен (5-6 неисправностей). Способ определения конкретных неисправностей сложен, т.к. он дает только предварительный результат, а для конкретного определения неисправности отправляет к другим методикам.

По технической сущности к патентируемому изобретению наиболее близок другой способ, описанный в инструкции по диагностированию карбюраторных четырехцилиндровых двигателей мотор-диагностиком Палтест (Paltest) JT-300 (см. приложении 2).

Диагностирование в соответствии со способом-прототипом осуществляет в следующей последовательности.

1. Прогревают двигатель до рабочей температуры (80^oC).

2. Разгоняют двигатель, увеличивая подачу топлива и при достижении определенного числа оборотов коленчатого вала Например, 2500 мин^-1 выключают зажигание одновременно во всех цилиндрах.

3. Замеряют замедление вращения коленчатого вала и по нему оценивают тормозной момент двигателя (момент трения).

4. Повторяют операцию по п. 3 для обработки n=3500 мин.^-1 и снова определяют момент трения.

5. Затем плавно увеличивают частоту вращения коленвала двигателя, увеличивая степень открытия дроссельной заслонки. При достижении частоты вращения 2500 мин.^-1 и при полном открытии дроссельной заслонки определяют максимальную частоту вращения при работе двигателя на одном цилиндре.

6. Затем оценивают максимальную индикаторную мощность, а, следовательно, и факторы на нее влияющие.

Однако, как и аналог-прототип имеет практически те же недостатки: он не локализует неисправности (хотя перечень возможных неисправностей, которые необходимы определять другими методами, отличается от аналога) поэтому о достоверности состояния элементов и составных частей сказать ничего нельзя. Получение же необходимой информации о техническом состоянии двигателя с применением других методов связано с высокой трудоемкостью диагностирования и суммарной стоимостью используемых средств.

Задачей настоящего изобретения являлось устранение перечисленных недостатков, а именно цель состояла в расширении диапазона диагностируемых элементов одним способом при одновременном снижении трудоемкости, упрощении аппаратурного оформления и в повышении точности диагностирования.

Эта цель достигнута патентуемым изобретением, которое, как и прототип, основано на измерении изменения частоты вращения коленчатого вала поршневого двигателя внутреннего сгорания при полном отключении части цилиндров и одновременном воздействии на топливоподачу. Отличие же от прототипа состоит в том, что неисправные элементы локализуют путем создания равновесия (баланса) между индикаторной мощностью и мощностью механических потерь при фиксированном положении органов управления подачей топлива и частоте вращения коленчатого вала двигателя, соответствующей режиму диагностирования, обеспечивая равновесие подбором комбинации полного отключения целого числа цилиндров и различной степени отключения одного из цилиндров. Затем на диагностируемый элемент ДВС или его систему осуществляют тестовое воздействие и по степени нарушения установленного ранее равновесия, которое оценивают по изменению частоты вращения коленчатого вала двигателя, определяют техническое состояние диагностируемой составной части.

Выполнив патентные исследования, заявитель и авторы не обнаружили другого технического решения, содержащего совокупность существенных признаков патентируемого изобретения. Вследствие этого заявитель пришел к выводу о соответствии изобретения критерию охраноспособности "новизна". Изобретение не вытекает также явным образом из уровня развития техники.

По мнению заявителя впервые предложена следующая совокупность отличительных признаков: 1. создание равновесию (баланса) между индикаторной мощностью и мощностью механических потерь при фиксированном положении органов управления топливоподачи. Это обеспечивается при любой допустимой для двигателя частоту вращения; 2. данное равновесие сопровождается установлением определенной частоты вращения коленчатого вала, соответствующей необходимому режиму диагностирования; 3. указанное в пп. 1, 2 возможно осуществить только впервые предлагаемым приемом в виде полного отключения некоторой части цилиндров (2,3 и т.д.) с одновременным обеспечением неполной (частичной) работы одного из цилиндров; 4. при вышеуказанных условиях становится возможным локализовать при диагностировании практически любую составную часть ДВС (карбюратор, воздушный фильтр, прерыватель, поршневые кольца и другие элементы цилиндро-поршневой группы, свечи и т.д.); 5. осуществляя затем тестовое воздействие на диагностируемый элемент используют только контроль за частотой вращения коленчатого вала, которая наиболее чувствительная к нарушению равновесия между индикаторной мощностью и мощностью механических потерь. Контроль степени изменения частоты вращения коленчатого вала точно оценивает техническое состояние диагностируемой составной части ДВС или его систем.

Таким образом, удалось решить поставленную задачу. На основании вышеизложенного заявитель пришел к выводу соответствии технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Использование заявляемого способа позволяет расширить количество диагностируемых элементов двигателя за счет увеличения чувствительности и информативности выходных параметров измеряемых процессов и состояний элементов. Это достигается следующим образом: 1. Равновесие между индикаторной мощностью и механическими потерями в двигателе является неустойчивым равновесием. Малейшее изменение индикаторной мощности вызывает нарушение равновесия и, как следствие, изменение частоты вращения. Так, для двигателя М-412, изменение мощности цилиндра, работающего на номинальном режиме, на 8% вызывает изменение частоты вращения на 400 мин^-1. Таким образом при наличии тахометра (индикатора изменения числа оборотов) измеряющего частоту вращения с точностью до 40 мин^-1, можно зафиксировать изменение индикаторной мощности с точностью не менее чем на 1% Существующие же диагностические средства для оценки мощности измеряют ее с точностью более чем 5% 2. Вывод различных цилиндров двигателя и его систем на любые режимы работы расширил возможность выбора режимов диагностирования, а следовательно и количество информации.

В результате авторами разработано более 20 тестов по диагностированию двигателя и его систем.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить достоверность диагностической информации за счет учета совместного влияния элементов на функционирование любого рассматриваемого процесса.

Например, исправное техническое состояние пары воздушного и топливного жиклеров главной дозирующей системы карбюратора еще не гарантирует качество приготовления) топливно-воздушной смеси, т.к. на последнее (качество) оказывают влияние состояние распылителя и другие факторы. Поэтому, техническому состоянию карбюратора, имеющему определенный ресурс работы, должна соответствовать другая пара жиклеров, отличающихся от требований нормативно-технической документации.

Предлагаемый способ также снижает трудоемкость и стоимость диагностирования за счет четкого определения направления поиска отказов и неисправностей и оценки работоспособности двигателя на различных уровнях его составных частей, т.е. систем, механизмов, узлов и элементов.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Диагностирование высоковольтной цепи первого цилиндра системы зажигания автомобиля "Москвич-412".

Операция 1. К проводу прерывателя, клеммам бортовой сети, высоковольтному проводу первого цилиндра подключаем прибор для полного и частичного отключения цилиндров, известный из описания к а.с. N 1698477 (см. приложение 3) и используемый в технике под названием "Догружатель".

Операция 2. Прогревает двигатель до рабочей температуры воды 80.90^oC, которую контролируют штатным бортовым термометром.

Операция 3. Выводят двигатель на режим диагностирования высоковольтной цепи первого цилиндра. Для этого "Догружателем" выключают все цилиндры, кроме первого. Одновременные открывают дроссельную заслонку на угол, при котором коленчатый вал вращается с частотой 2500 мин^-1 от одного работающего цилиндра.

Операция 4. Сохраняя положение дроссельной заслонки, частично выключают из работы каждый 10-й рабочий такт первого цилиндра, затем каждый 9-й такт и т. д. достижения частоты вращения коленчатого вала до 1500.1600 мин^-1. Затем создают наихудшие условия для искрообразования в первом цилиндре: напряжение в цепи питания этого цилиндра возрастает практически до предельной величины, а изоляция цепи находится под максимально возможным напряжением.

Операция 5. Затем производят тестовое воздействие, обеспечивающее выход системы зажигания на экстремальные условия ее работы. Для этого полностью открывают дроссельную заслонку, вследствие чего топливо-воздушная смесь резко обогащается, а наполнение цилиндра достигает максимально возможного значения. Для поджига такой смеси при полном наполнении камеры сгорания цилиндра необходима максимальная энергия искрового разряда на свече. Если изоляция цепи питания первого цилиндра повреждена или элементы, составляющие эту цепь, имеют повышенное сопротивление, то двигатель резко останавливается после тестового воздействия.

Если же двигатель начинает набирать обороты, то высоковольтная цепь питания первого цилиндра исправна и мощность искры на свече первого цилиндра достаточна для работы его на любых режимах.

Неисправные элементы цепи выявляют, заменяя из заведомо исправными элементами, прошедшими проверку данным способом. Следует отметить, что при проверке технического состояния изоляции элементов высоковольтных цепей их взаимное положение и положение по отношению к двигателю не изменяют и, следовательно, сохраняют цепи утечки тока.

Пример 2. Диагностирование технического состояния главной дозирующей системы первичной камеры карбюратора автомобиля "Москвич-412".

Операции 1 и 2 выполняются также, как и в примере 1.

Операция 3. Отключают "Догружателем" 1 цилиндр. Подбирая положение дроссельной заслонки, устанавливают частоту вращения коленчатого вала 2000 мин^-1 и фиксируют дроссельную заслонку в этом положении. При этом двигатель входит в режим баланса между мощностью механических потерь и индикаторной мощностью (при 3-х работающих цилиндрах), в качестве смеси определяется уровнем топлива в поплавковой камере, пропускной способностью распылителя и топливным жиклером главной дозирующей системы. Если техническое состояние карбюратора хорошее, то топливная смесь оптимизирована по расходу топлива, но обеднена для получения максимально возможной мощности.

Операции 4. После вывода двигателя на режим диагностирования пропускной способности главного топливного жиклера производят тестовое воздействие, изменяя качественный состав топливно-воздушной смеси. При этом для обогащения смеси плавно прикрывают воздушную заслонку, отсоединив ее от привода дроссельной заслонки. Если качество топливо-воздушной смеси, приготавливаемой карбюратором, является оптимальным, то баланс индикаторной мощности при данном положении дроссельной заслонки и мощностью механических потерь нарушается в сторону увеличения индикаторной мощности. Это вызывает увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя на 150-200 мин^-1, и данное изменение частоты свидетельствует о том, что пропускная способность топливного жиклера соответствует пропускной способности распылителя и смесь оптимально приготовлена для минимального расхода топлива.

При меньшей пропускной способности топливного жиклера на 10% частоте вращения возрастает на 500 мин^-1. В случае обогащенной смеси двигатель снижает частоту вращения после дальнейшего обогащения смеси.

Операция 5. Для проверки пропускной способности воздушного жиклера двигателю задают новый диагностический режим. Дроссельную заслонку первичной камеры открывают на угол, соответствующий началу открытия дроссельной заслонки вторичной камеры. Возросшую при этом индикаторную мощность работающих цилиндров уменьшают частичным и полным выключением цилиндров до прежнего скоростного режима 2000 мин.^-1. На этом режиме качество смеси определяется еще и пропускной способностью воздушного жиклера.

После аналогичного тестового воздействия (операция 4) на качество смеси при оптимальном ее приготовлении двигатель должен увеличить частоту вращения коленчатого вала на 1500.200 мин^-1.

Аналогичным образом диагностируют пропускную способность жиклеров отдельных систем карбюратора.

Пример 3. Диагностирование технического состояния регулятора опережения зажигания.

Операции 1 и 2 описаны в предыдущих примерах.

Операция 3. Плавно открываем дроссельную заслонку до полного ее открытия, одновременно увеличивая нагрузку на работающие цилиндры путем полного и частичного отключения цилиндров до тех пор, пока двигатель в установившемся режиме не выйдет на заданное число оборотов (при полном открытии дроссельной заслонки). Для двигателя автомобиля "Москвич-412" нагрузку увеличивают до момента, когда при скорости вращения коленчатого вала 2000 мин^-1 наступает баланс индикаторной мощности и мощности механических потерь.

Операция 4. Производят при достигнутом балансе мощностей тестовое воздействие на диагностируемый элемент. Для этого изменяют угол опережения зажигания поворотом корпуса прерывателя-распределителя до оптимального значения (для максимального увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя).

Затем увеличивают частоту вращения коленчатого вала до 4000 мин^-1, снижая нагрузку на один из работающих цилиндров, путем частичного его отключения.

Операция 5. При этом режиме работы двигателя проверяют оптимальность установки зажигания. Если до этого режима работы требуется изменить положение корпуса прерывателя-распределителя для получения большей мощности, то центробежный регулятор неисправен.

Формула изобретения

Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания путем контроля частоты вращения коленчатого вала двигателя при отключении части цилиндров и одновременном воздействии на топливоподачу, отличающийся тем, что неисправные элементы локализируют созданием равновесия между индикаторной мощностью и мощностью механических потерь при фиксированном положении органов управления подачей топлива и частоте вращения коленчатого вала, соответствующей режиму диагностирования, обеспечивая равновесие подбором комбинации отключения целого числа цилиндров и различной степени отключения одного из цилиндров, после чего на диагностируемый элемент производят тестовое воздействие и по степени нарушения установленного равновесия, которую оценивают по уменьшению частоты вращения, определяют техническое состояние диагностируемого элемента.