Способ диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипношатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания(варианты)
Изобретение может быть использовано для диагностики двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Способ заключается в записи шумов в цилиндре ДВС. Запись осуществляется при прокручивании вала ДВС в течение 1-2 секунд от постороннего источника с выключенной топливоподачей. Датчик рабочих шумов (микрофон) размещается в цилиндре ДВС и измеряет девять известных составляющих. Способ основан на сравнении формы импульса спектра рабочих шумов диагностируемого ДВС и формы эталона импульса спектра рабочих шумов. Приведена последовательность операций диагностирования для двухтактного и четырехтактного ДВС. Технический результат заключается в повышении достоверности диагностических данных. 2 н.п. ф-лы, 17 ил.
Изобретение относится к области технической диагностики, в частности к измерительной технике, основанной на сравнении формы импульса спектра рабочих шумов, измеренной датчиком рабочих шумов, и формы эталона импульса спектра рабочих шумов, в рабочем объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Шум, беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры, в предлагаемом изобретении рассматриваются стационарные шумы, характеризующиеся постоянством средних параметров; интенсивности (мощности), распределения интенсивности по спектру (спектральной плотности).
Под выражением шумы надо понимать шумы различной физической природы происхождения, исходящие от источников в местах износа деталей, узлов механизмов двигателя внутреннего сгорания и проходящие до измерительного датчика шумов, установленного в рабочем объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала.
Известен способ диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, описанный в авторском свидетельстве СССР №1467423, опубликованном 23.03.1989 г.
При осуществлении способа прокручивают коленчатый вал, изолируя надпоршневое пространство от атмосферы на такте сжатия, а на такте расширения измеряют новое разрежение в надпоршневом пространстве, причем техническое состояние определяют по отношению измеренных разрежений.
Разрежение (вакуумметрическое давление) в надпоршневых пространствах отдельных цилиндров измеряли с помощью вакууманализатора КИ-5315-ГОСНИТИ, вход которого герметично закрепляют в форсуночных отверстиях.
Недостаток описанного способа заключается в том, что диагностика производится, только цилиндропоршневой группы механизма двигателя
внутреннего сгорания, которая является одной из трех механизмов, участвующих в технологии преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию вращения коленчатого вала, без учета газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов, следовательно, возникает ошибка прогнозирования остаточного рабочего моторесурса.
Известно устройство для определения износа цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, описанное в патенте на полезную модель №95827, опубликованном 10.07.2007 г.
Устройство включает блок регистрации и обработки информации, связанный с термопарой, закрепленной на корпусе с возможностью размещения термопары в камере сгорания двигателя, при этом соединение корпуса устройства с камерой сгорания двигателя выполнено герметичным, корпус может быть корпусом форсунки или корпусом свечи зажигания двигателя.
Недостатком данного устройства является то, что оно может быть использовано для определения только температуры в камере сгорания, по которой производится оценка степени износа деталей цилиндропоршневой группы.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является авторское свидетельство СССР №1778584, опубликованное 30.11.92 г.
В авторском свидетельстве описывают способ измерения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания с помощью устройства, которое содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда в виде операционного усилителя с измерительным конденсатором.
Любой пьезоэлектрический датчик естественного или искусственного происхождения преобразует энергию действующего значения механических сил (то же, что и шумов) в электрическую энергию.
Недостаток описанного в патенте способа диагностики заключается в том, что с помощью устройства, которое содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда в виде операционного усилителя, измерительного конденсатора, измеряется и формируется только 1 из 9 физических составляющих сил, по природе происхождения измеряемых в предлагаемом способе диагностики, это только импульс сжатия воздуха (компрессия) в рабочем объеме цилиндра.
В предлагаемом способе производится оценка износа деталей цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного, газораспределительного и других механизмов двигателя внутреннего сгорания по энергии шумов, всех известных девяти составляющих действующих сил по природе происхождения, разделенных по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы, проходящие в рабочий объем цилиндра двухтактного двигателя или четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.
Технической задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности диагностических данных.
Технический результат достигается тем, что для двухтактного двигателя в способе диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания, заключающемся в измерении измерительным устройством по крайней мере одной действующей силы в рабочем объеме цилиндра, обусловленной перемещением воздуха прокручиванием коленчатого вала двигателя, согласно изобретению в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять составляющих действующих сил по природе происхождения, разделенных по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы, проходящие в рабочий объем цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала для измерения действующих сил, преобразованных в виде электрической энергии формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового двухтактного двигателя или двухтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за один оборот вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой от -180° до +180°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, амплитуды шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для двухтактного двигателя - нижняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного окна, верхняя мертвая точка положения поршня, открытие выпускного окна, открытие перепускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов.
Технический результат достигается тем, что для четырехтактного двигателя в способе диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания, заключающемся в измерении измерительным устройством по крайней мере одной действующей силы в рабочем объеме цилиндра, обусловленной перемещением воздуха прокручиванием коленчатого вала двигателя, согласно изобретению в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять составляющих действующих сил по природе происхождения, разделенных по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы, проходящие в рабочий объем цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала, в виде механических сил, преобразованных в электрическую энергию формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового четырехтактного двигателя или четырехтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за два оборота вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой -360° до +360°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов рабочих шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, закрытие впускного клапана, открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов.
За счет того, что для двухтактного двигателя в способе диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять известных составляющих действующих сил по природе происхождения, и разделения их по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы в рабочем объеме цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала, в виде механических сил, преобразованных в электрическую энергию формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового четырехтактного двигателя или четырехтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за один оборот вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой -160° до +160°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов рабочих шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, закрытие впускного клапана, открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов, расширяются функциональные возможности и повышается достоверность диагностических данных.
За счет того, что для четырехтактного двигателя в способе диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять известных составляющих действующих сил по природе происхождения, и разделения их по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы в рабочем объеме цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала, в виде механических сил, преобразованных в электрическую энергию формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового четырехтактного двигателя или четырехтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за два оборота вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой -360° до +360°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов рабочих шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, закрытие впускного клапана, открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов, расширяются функциональные возможности и повышается достоверность диагностических данных.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет расширить функциональные возможности и повысить достоверность диагностических данных.
Способ диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый способ диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания явным образом не следует из уровня техники и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достигнуть указанный технический результат, то есть изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".
Изобретение может найти широкое применение в области диагностики, в частности в измерительной технике, основанной на сравнении формы импульса спектра шумов, измеренных датчиком шумов, и формы эталона импульса спектра шумов, в рабочем объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания, следовательно, обладает «промышленной применимостью».
Сущность предлагаемого способа диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания поясняется чертежами для двухтактных двигателей и четырехтактных двигателей, где представлены:
на фиг.1 - функциональная схема технологического процесса исследования (диагностирования) степени износа деталей по механической энергии шумов, происходящих от взаимодействия деталей в узлах и соединениях в рабочем объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.2 - функциональная схема технологического процесса исследования (диагностирования) степени износа деталей по механической энергии шумов, происходящих от взаимодействия деталей в узлах и соединениях в рабочем объеме цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.3 - функциональная схема технологического процесса исследования (диагностирования) степени износа деталей по механической энергии шумов, происходящих от взаимодействия деталей в узлах и соединениях в рабочем объеме цилиндра четырехтактного двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.4 - датчик шумов;
на фиг.5 - график сканирования спектра шумов нового одноцилиндрового двухтактного рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.6 - график сканирования спектра шумов рабочего одноцилиндрового двухтактного рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.7 - график сканирования шумов нового четырехтактного рабочего объема цилиндра в четырехцилиндровом двигателе внутреннего сгорания,
на фиг.8 - график сканирования спектра шумов рабочего объема цилиндра четырехцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, рабочего (недопустимого к эксплуатации);
на фиг.9 - технология создания на компьютере с помощью программного продукта Corel Draw формы эталона двухтактного рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.10 - форма эталона импульса спектра шумов двухтактных рабочих объемов цилиндров нового или после капитального ремонта двигателя внутреннего сгорания с измерительной линейкой угла поворота коленчатого вала и графиком возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре;
на фиг.11 - технология создания на компьютере с помощью программного продукта Corel Draw формы эталона четырехтактного рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания;
на фиг.12 - форма эталона импульса спектра шумов четырехтактных рабочих объемов цилиндров нового или после капитального ремонта двигателя внутреннего сгорания с измерительной линейкой угла поворота коленчатого вала и графиком возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре;
на Фиг.13 - график диагностики двухтактного рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания, рабочего по форме эталона;
на Фиг.14 - график диагностики четырехтактного рабочего объема цилиндра, рабочего, по форме эталона;
на Фиг.15 - график диагностики четырехтактного рабочего объема цилиндра с износом деталей узла кривошипно-шатунного механизма;
на Фиг.16 - график диагностики четырехтактного рабочего объема цилиндра с биением коленчатого вала в коренных подшипниках для его установки по причине их износа во время эксплуатации;
на Фиг.17 - график диагностики четырехтактного рабочего объема цилиндра с шумом цепи газораспределительного механизма, биение ее о корпус двигателя внутреннего сгорания по причине ее растяжения во время эксплуатации.
Способ диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания осуществляется при помощи устройства, представленного на фиг.1. Устройство содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, компьютер 2 - блок регистрации и обработки информации, в качестве которого используют звуковую карту 3, кабель 4 для соединения измерительного устройства с датчиком 5 шумов в корпусе 6, отверстие 7 прямого доступа в рабочий объем 8 цилиндра 9 двухтактного или четырехтактного двигателя 1 внутреннего сгорания.
Далее на Фиг.2 показана функциональная схема технологического процесса исследования (диагностирования) степени износа деталей по механической энергии шумов, происходящих от взаимодействия деталей в узлах и соединениях в рабочем объеме 8 цилиндра 9 двухтактного двигателя 1 внутреннего сгорания, на которой отмечены позиции: компьютер 2, вход звуковой 3 карты, кабель 4 соединения звуковой карты с датчиком 5 шумов, размещенным в корпусе 6, цилиндр 9 рабочего объема 8, поршень 10, выпускное окно 11, перепускной канал 12, шатун 13, узел 14 соединения поршня 10 с шатуном 13, клапан 15 перепуска воздуха из картерного объема 16 в рабочий объем 8 цилиндра 9, кривошип 17, узел 18 соединения шатуна 13 с кривошипом 17, коленчатый вал 19, устройство 20 запуска двигателя 1 внутреннего сгорания в работу.
На Фиг.3 показана функциональная схема технологического процесса исследования (диагностирования) степени износа деталей по механической энергии шумов, происходящих от взаимодействия деталей в узлах и соединениях в рабочем объеме 8 цилиндра 9 четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, на которой отмечены позиции: компьютер 2, вход звуковой 3 карты, кабель 4 соединения звуковой карты 3 с датчиком 5 шумов, размещенным в корпусе 6, цилиндр 9 рабочего объема 8, поршень 10, шатун 13, узел 14 соединения поршня 10 с шатуном 13, кривошип 17, узел 18 соединения шатуна 13 с кривошипом 17, коленчатый вал 19, устройство 20 запуска двигателя внутреннего сгорания в работу.
На фиг.4 представлен датчик 5 шумов, преобразователь механической энергии в электрическую энергию, всех девяти основных составляющих шумов в звуковом диапазоне частот от 10 герц до 20 килогерц, может быть пьезоэлектрического, магнитоэлектрического, электромагнитного или др. типа, расположенного в конструкции корпуса 6, устанавливаемой герметично в технологическое отверстие 7 прямого доступа в рабочий объем 8 цилиндра 9 двигателей 1 внутреннего сгорания.
В примере исполнения датчик 5 шумов размещен в корпусе 6 свечи зажигания для автотранспорта и механизмов массового потребления и выполнен в виде пьезакселерометра.
Конструкция датчика 5 шумов герметично разделяет полость рабочего объема 8 цилиндра 7 с окружающей средой.
С верхнего торца корпуса 6 установлен двухконтактный разъем 21, наружный контакт 22 разъема 21 соединен с корпусом 6 свечи зажигания, центральный контакт 23 соединен с выводом 24 пьезакселерометра (датчика 5 рабочих шумов).
В нижнем торце корпуса 6 свечи зажигания сделана выточка диаметра 10+0,1 мм, глубиной 0,5 мм, куда впаяна конструкция пьезакселерометра, состоящая из резонатора 25 и пьезкерамики 26, припаянной к резонатору 25 по центру плоскости.
Вывод 23 припаян к верхней плоскости пьезкерамики 26 и к центральному контакту 23 разъема 21.
Наружный контакт 22 разъема 21 припаян к корпусу 6 свечи зажигания.
Техническое применение диагностики по энергии присутствующих всех девяти составляющих шумов в рабочих объемах 8 цилиндров 9 двигателей 1 внутреннего сгорания, их разделение по физическим свойствам и месту происхождения является основным отличием от аналогов известных способов диагностики.
Энергия шумов, ее механические силы в полости рабочего объема 8 цилиндра 9 создают форму импульса спектра шумов полного цикла преобразования энергии.
Диагностика рабочего состояния двигателя 1 внутреннего сгорания производится по изменению формы импульса спектра шумов в рабочих объемах 8 цилиндров 9 в результате износа деталей механизмов, а в результате и энергии шумов, действующих на датчик 5 шумов, преобразуемые в электрическую энергию.
В качестве блока регистрации и обработки информации используют компьютер 2, имеющий звуковую карту 3.
В компьютере 2 установлено программное обеспечение, необходимое для записи и воспроизведения шумов, звуковой редактор - Sound Forge или аналогичный для исследования формы импульсов спектра шумов в рабочих объемах 8 цилиндров 9 двигателя 1 внутреннего сгорания.
В заявленном изобретении все шумы двигателя 1 внутреннего сгорания в рабочем объеме 8 цилиндра 9 разделяются по месту происхождения на собственные, общие и внешние.
Экспериментально выявлено, что затухание энергии общих и внешних шумов, проходящих в каждый из рабочих объемов 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, нового или рабочего, диагностируемого рабочего объема, составляет более 12 децибел.
Собственные шумы происходят от взаимодействия деталей в собственных узлах механизмов конструкции переменных рабочих объемов 8, показанных на фиг.2, 3, для двухтактного и четырехтактного двигателя 1 кривошипно-шатунного узла 18 соединения шатуна 14 с кривошипом 17, цилиндропоршневого узла 14 соединения поршня 10 с шатуном 13, несмотря на принципиальную разницу конструкций газораспределительных механизмов для двухтактных рабочих объемов 8 - перепускного канала 12, клапана 15 перепуска воздуха, выпускного окна 11 или для четырехтактных рабочих объемов - выпускного клапана 27, впускного клапана 28, энергетические свойства преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию в рабочих объемах 8 цилиндров 9, при износе деталей механизмов адекватные.
Энергия собственных шумов имеет незначительное затухание в диагностируемом рабочем объеме 8 цилиндра 9, она распространяется к датчику 5 шумов, вместе с фоном общего спектра шумов состоящего из общих, внешних и собственных шумов других рабочих объемов 8 цилиндров 9 и других шумов от механизмов, кинематически связанных с коленчатым валом 19.
Собственные шумы каждого рабочего объема 8, проходящие в диагностируемый рабочий объем 8, являются внешними шумами.
Общие шумы происходят и в равной степени передаются во все рабочие объемы 8 цилиндров 9 от общих деталей, например коленчатый вал 19.
Синхронизируются (определяются) общие шумы углом поворота коленчатого вала 19.
Энергия общих шумов имеет затухание в диагностируемом рабочем объеме 8 цилиндра 9, она распространяется к датчику 5 шумов, вместе с фоном спектра шумов, состоящего из внешних шумов.
Внешние шумы происходят от взаимодействия деталей в узлах механизмов, кинематически связанных с коленчатым валом 19 и конструктивно жестко связанных с корпусом двигателей 1 внутреннего сгорания.
Синхронизируются (определяются) внешние шумы как вращением коленчатого вала 19, так и формой их собственных спектров шумов.
Энергия внешних шумов имеет затухание в диагностируемый рабочий объем 8 цилиндра 9, она распространяется к датчику 5 шумов с затуханием 12÷15 децибел.
Шум любой физической природы и в любом месте происхождения двигателя внутреннего сгорания значительного уровня, обнаруженный во время диагностики, может стать причиной выхода его из строя.
Значительный - Значимости уровень статистического критерия, вероятность ошибочно отвергнуть основную проверяемую гипотезу, когда она верна (Большая советская энциклопедия, электронная версия, ЗАО "Гласнет", г. Москва, Издание 2002 г. V-1.0.0.28).
В теории статистической проверки гипотез З. у. (величины уровень) называется вероятностью ошибки первого рода. Понятие З. у. возникло в связи с задачей проверки согласованности теории с опытными данными.
В заявляемом изобретении представлен перечень всех известных девяти составляющих действующих сил шумов по природе происхождения, проходящих в рабочий объем 8 двухтактных и четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, измеряемых и исследуемых в предлагаемом способе диагностики:
1) Импульс силы впуска воздуха в рабочий объем 8 цилиндра 9 через впускной 27 клапан в четырехтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9.
2) Импульс силы сжатия воздуха в рабочих объемах 8 цилиндров 9.
3) Акустический импульс силы, возникающий в результате экзотермической химической реакции нагрева массы сжимаемого воздуха, сопровождаемого повышением давления, происходит он во время открытия поршнем 10 выпускного окна 11 в двухтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9.
4) Импульс силы впуска воздуха в рабочий объем 8 цилиндра 9 через выпускной 28 клапан в четырехтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9.
5) Импульс силы перепуска воздуха из картерного объема 16 в рабочий объем 8 цилиндра 9 в двухтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9.
6) Импульсы сил от соударений между деталями.
7) Силы трения, возникающие между поверхностями соприкасающихся деталей.
8) Силы звукового давления, излучаемые поверхностью деталей, образующих полость рабочих объемов 8 цилиндров 9.
9) Силы вибрации тела в месте установки датчика 5 рабочих шумов.
Силы звукового давления, излучаемые поверхностью деталей, образующих переменную полость рабочего объема 8 цилиндра 9, совместно с вибрацией тела, в месте установки датчика 5 шумов в корпусе 6, создают специфические формы импульсов спектра шумов в двухтактных и четырехтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9.
Датчик 5 в корпусе 6 предназначен для преобразования механической энергии импульса спектра шумов в двухтактных и четырехтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9 в электрическую энергию всех девяти основных составляющих шумов.
Форма импульса технологического процесса преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию вращения коленчатого вала 19 в рабочем объеме 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, называемого циклом преобразования, аналогична форме импульса спектра шумов в рабочем объеме 8 цилиндра 9 при сканировании шумов, прокручиванием коленчатого вала 19 двигателя 1 внутреннего сгорания, при условии измерения всех девяти составляющих действующих сил шумов, рассмотренных выше.
Измерение шумов осуществляют сканированием шумов в двухтактных и четырехтактных рабочих объемах 8 цилиндров 9 двигателя 1 внутреннего сгорания.
Сканирование - это последовательное возбуждение источников шума во время вращения коленчатого вала 19 двигателя 1 внутреннего сгорания с целью измерения интенсивности энергии проходящих шумов в рабочий объем 8 цилиндра 9 для преобразования их в электрическую энергию и проведения диагностики степени износа деталей двигателя 1 внутреннего сгорания.
Сканирование шумов осуществляется механизмом 20, предоставленным заводом-изготовителем для запуска двигателя внутреннего сгорания в работу, они подразделяются на типы; ручные, ножные, электрические и др.
В независимости от типа все механизмы 20 должны обеспечивать скорость вращения коленчатого вала 19 для запуска двигателя 1 внутреннего сгорания в работу, при которой в рабочем объеме 8 цилиндра 9 создается необходимая степень сжатия продукта преобразования, а при диагностике степени износа деталей механизмов, необходимая скорость, для возбуждения механической энергии шумов, проходящих в рабочий объем 8 цилиндра 9.
Для характеристики звука применяется уровень звукового давления, выраженный в децибелах (db), отношения величины измеряемого звука к пороговому значению, слышимому человеком, po=2·10-5 н/м2, при этом число db, N=20 lg (p/po), где p - звуковое давление в воздухе изменяется в широких пределах - от 10-5 н/м2 вблизи порога слышимости до 100 и выше н/м2.
Интенсивность, энергия шума, преобразованная датчиком рабочих шумов, средняя во времени энергия, измеряется в системе единиц СИ в Вт.
В используемом программном продукте, звуковом редакторе Sound Forge, за пороговое значение принимается барометрическое давление окружающей среды, и применяются две шкалы измерения интенсивности, энергии звука:
1) Шкала для измерения силы звука в db, положительного или отрицательного значения оценивается от информационной линии давления окружающего пространства, поскольку величина порогового значения барометрического давления может изменяться от уровня океанов до стратосферы.
2) Шкала для измерения силы звука в db, положительного или отрицательного значения, оценивается от нулевого значения, выражается в процентном отношении силы звука в db, поскольку за пороговое значение принимается барометрическое давление, на средней высоте равнинной поверхности суши Земли объявляемое по радио, а это удобно для проведения диагностики двигателей внутреннего сгорания.
Измерение энергии шумов в рабочем объеме 8 цилиндра 9, от взаимодействия деталей цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного, газораспределительного и других механизмов, кинематически связанных с коленчатым валом двигателя 1 внутреннего сгорания, в примере исполнения производится с помощью звукового редактора Sound Forge.
Для подготовки к сканированию шумов производятся следующие работы в двигателе 1 внутреннего сгорания:
1) Отключается система зажигания и система питания.
3) Демонтируется элемент прямого доступа в рабочий объем 8 цилиндра 9, например свеча зажигания, и устанавливается датчик 5 рабочих шумов в корпусе 6 свечи зажигания.
4) Порядок установки датчика 5 рабочих шумов в корпусе 6, в рабочие объемы 8 цилиндров 9 любой, но измерения необходимо производить во всех рабочих объемах 8.
5) Специальным кабелем 4 датчик 5 шумов в корпусе 6 соединяется со входом звуковой карты 3 компьютера 2.
6) Включается компьютер 2 и загружается программа Sound Forge 9.0 или аналогичная.
7) Настраивается программа на запись шумов (звуков).
8) Включается запись и тут же включается механизм 20 (стартер) на 1-2 секунды или производится запуск двигателя 1 внутреннего сгорания ручным, ножным, ручным или др. приводом, выключается механизм 20 (стартер), выключается запись шумов.
9) После проведенного сканирования сохраняется записанный файл на жестком диске компьютера 2.
На фиг.5 по представленному выше перечню работ, проводимых перед сканированием, представлен график сканирования спектра шумов нового одноцилиндрового двухтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, которое производилось механическим ручным приводом 20, предусмотренным заводом-изготовителем для запуска в работу - механизм запуска предусматривает пять оборотов коленчатого вала.
График сканирования шумов представляет цикличное повторение импульсов спектра шумов, каждый из которых составляет 2Тсн - полный цикл импульса спектра шумов двухтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, по которому создают форму эталона, за угол поворота коленчатого вала, равный 360°.
На фиг.5 по оси X расположена шкала времени в секундах, по оси Y расположена шкала амплитуды энергии шумов в % децибел. По оси X обозначены позиции времени сканирования: 2Трквсн - время разгона коленчатого вала; 2Токвсн - время остановки коленчатого вала; 2Тсн (от 1 до 4) - время полных циклов преобразования энергии шумов в двухтактном рабочем объеме 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания. По оси Y обозначены позиции амплитуды шумов: 2Аовшсн - амплитуда общих и внешних шумов; 2 Апсн (от 1 до 4) - амплитуда импульсов перепуска воздуха из картерного объема 16 в рабочий объем 8; 2Аисн (от 1 до 4) - амплитуда акустических импульсов, 2Аксн (от 1 до 4) - амплитуда импульсов компрессии воздуха. В обозначениях буквы «сн» - сканирование нового.
Характеристика графика сканированных шумов в рабочем объеме 8 цилиндра 9
Количество импульсов, в которых наблюдаются полные циклы, равно 4.
Величина затухания собственных шумов в других цилиндрах 9 (общих и внешних), относительно собственных шумов в диагностируемом, составляет примерно (10÷15) децибел.
Следует отметить, такое затухание существует как в новых, так и в изношенных механизмах двигателей 1 внутреннего сгорания любых типов и конструкций.
Несмотря на неравномерную скорость вращения коленчатого вала 19 механизмом 20 запуска двигателя 1 внутреннего сгорания в качестве эталона для оценки износа деталей в диагностируемом рабочем объеме 8 цилиндре 9 можно использовать любой импульс полного цикла преобразования энергии шумов.
На фиг.6 по представленному выше перечню работ, проводимых перед сканированием, представлен график сканирования спектра шумов одноцилиндрового двухтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания рабочего в обозначениях - «ср», то есть отработавшего какой-то ресурс и недопустимого к эксплуатации вследствие сбоев в работе, которое производилось механическим ручным приводом 20, предусмотренным заводом-изготовителем для запуска в работу - механизм запуска предусматривает три оборота коленчатого вала.
График сканирования шумов представляет цикличное повторение импульсов спектра шумов, каждый из которых составляет 2Т - полный цикл импульса спектра шумов двухтактного рабочего объема 8 цилиндра 7 двигателя 1 внутреннего сгорания, по которому определяют форму эталона, полный цикл импульса спектра шумов происходит за угол поворота коленчатого вала, равный 360°.
На фиг.6 по оси X расположена шкала времени в секундах, по оси Y расположена шкала амплитуды энергии шумов в % децибел, где обозначены позиции времени сканирования. По оси X: Трквср - время разгона коленчатого вала; 2Токвср - время остановки коленчатого вала; 2Тср (от 1 до 2) - время полных циклов преобразования энергии шумов двухтактных рабочих объемов 8 цилиндров 9. По оси Y позиции амплитуды шумов: 2Асср от (1 до 3) - амплитуда импульса стука в узле 14 соединения поршня 10 с шатуном 13; 2Аовшср - амплитуда общих и внешних шумов; 2Апср - амплитуда импульсов перепуска воздуха из картерного объема 16 в рабочий объем 8, отсутствует из-за потери компрессии в рабочем объеме 8, в картерном объеме 16; 2Аи1ср - амплитуда акустических импульсов отсутствует в 2Т1 ср по причине наложения шума кривошипно-шатунного узла, находящегося в противофазе с акустическим импульсом; 2Асср - амплитуда импульсов сжатия воздуха, 2Аи2 ср составляет примерно 25% децибел, количество импульсов, в которых наблюдаются полные циклы, равно двум, но только 2Т2 ср может быть использован для диагностики, т.к. в этом цикле наблюдается 2Аи2 ср, в 2Т1 ср, 2Аи1 ср искажен шумами кривошипно-шатунного механизма.
На фиг.7 по представленному выше перечню работ, проводимых перед сканированием, представлен график сканирования шумов четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 в четырехцилиндровом двигателе 1 внутреннего сгорания, после капитального ремонта (можно его допустить в качестве нового), в обозначениях «сн» стартером 20 для запуска двигателя 1 внутреннего сгорания в работу.
График сканирования шумов представляет цикличное повторение импульсов спектра шумов, каждый из которых составляет 4Тсн - полный цикл импульса спектра шумов четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, по которому создают форму эталона, полного цикла импульса спектра шумов, который происходит за 720° поворота коленчатого вала.
На графике фиг.7 по оси X расположена шкала времени в секундах, по оси Y расположена шкала амплитуды энергии шумов в % децибел. Позиции времени сканирования по оси X: 4Трквсн - время разгона коленчатого вала, 4Токвсн - время остановки коленчатого вала, 4Тсн (от 1 до 7) - время полных циклов преобразования энергии шумов в четырехтактном рабочем объеме 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, 4Тссн (от 1 до 6) - время скважности возникает только в двигателях 1 внутреннего сгорания, содержащих более одного рабочего объема 8 цилиндра 9. Позиции амплитуды шумов по оси Y: 4Авшсн - амплитуда внешних шумов следующего по порядку работы рабочего объема 8 цилиндра 9, т.к. в нем происходит фаза сжатия воздуха и уровень шума значительный, относится к внешним шумам и совершенно не мешает проведению исследования диагностируемого рабочего объема 8 цилиндра 9, т.к. разделен временем происхождения всех 4Тсн, 4Аовшсн - амплитуда общих и внешних шумов, 4Аксн от (1 до 7) - амплитуда импульсов компрессии воздуха.
Характеристика сканированных шумов в рабочем объеме цилиндра 7: количество импульсов, в которых наблюдаются 4Тсн, равно семи, величина затухания уровня 4Аовшсн относительно уровня 4Тсн составляет примерно (10÷15) децибел.
На фиг.8 по представленному выше перечню работ, проводимых перед сканированием, представлен график сканирования спектра шумов рабочего объема 8 цилиндра 7 четырехцилиндрового четырехтактного двигателя 1 внутреннего сгорания, рабочего (недопустимого к эксплуатации), которое производилось механическим стартером 20, предусмотренным заводом-изготовителем для запуска в работу.
График сканирования шумов представляет цикличное повторение импульсов спектра шумов, каждый из которых составляет 4Тср - полный цикл импульса спектра шумов четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, происходит за 720° поворота коленчатого вала.
На графике фиг.8 по оси X расположена шкала времени в секундах, по оси Y расположена шкала амплитуды энергии шумов в % децибел. Позиции времени сканирования: 4Тср (от 1 до 6) - время полных циклов преобразования энергии шумов четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, шумов в четырехтактном рабочем объеме 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, 4Тсср (от 1 до 5) - время скважности. Позиции амплитуды шумов: 4Анцср - амплитуда импульса в начале каждого цикла спектра шумов 4Тср, 4Акцср - импульс в конце каждого 4Тср (более детально эти дефекты рассмотрены в диагностике фиг.14), 4Аовшср - амплитуда общих и внешних шумов, 4Акср (от 1 до 6) - амплитуда импульсов компрессии воздуха.
На основе графиков сканирования спектра шумов нового одноцилиндрового или после капитального ремонта двухтактного рабочего объема (фиг.5) и нового или после капитального ремонта четырехцилиндрового четырехтактного рабочего объема (фиг.7) двигателей 1 внутреннего сгорания можно создать эталоны форм импульсов спектра шумов в рабочем объеме 8 цилиндра 9.
На Фиг.9 показана технология создания на компьютере с помощью программного продукта (в примере исполнения Corel Draw) формы эталона двухтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания. С графика фиг.5 выбрана часть графика в четвертом интервале времени 2Т4сн - полный цикл спектра шумов, на котором обозначены позиции: ЛБ - линия Безье (малых участков), построенная по форме спектра шумов 2Аовшсн, 2ХП - ход возвратно-поступательного движения поршня, Луп - линейка угла поворота коленчатого вала 19, 2Аи4сн - амплитуда акустического импульса, на ЛБ показан полочкой угол начала открытия выпускного окна, определяемого по нулевой линии амплитуды положительного и отрицательного полупериода равнозначного затухающего синусоидального колебания акустического импульса по интервалу 4Тсн.
Заканчивается этап создания графика эталона формы импульса спектра рабочих шумов совмещением измерительной линейки Луп угла поворота коленчатого вала 19 от -180° до +180° с нулевой отметкой в середине шкалы с графиком - 2ХП возвратно-поступательного движения поршня 10 в цилиндре 9, происходящего по синусоидальному закону изменения угла поворота коленчатого вала 19, нулевых линий, верхних мертвых точек импульса сжатия и возвратно-поступательного движения поршня 10, начала и окончания полного цикла преобразования с отметками -180° и +180°.
На фиг.10 показана ФЭ2т - форма эталона импульса спектра шумов двухтактных рабочих объемов 8 цилиндров 9 нового или после капитального ремонта двигателя 1 внутреннего сгорания с измерительной линейкой угла поворота коленчатого вала 19 и графиком возвратно-поступательного движения поршня 10 в цилиндре 9, где обозначены позиции: 2φ1 - угол поворота коленчатого вала 19 первой фазы - продувка цилиндра, 2φ2 - угол поворота коленчатого вала 19 второй фазы - сжатие воздуха, 2φ3 - угол поворота коленчатого вала 19 третьей фазы - рабочий ход, 2φ4 - угол поворота коленчатого вала 19 четвертой фазы - перепуск воздуха из картерного 16 в рабочий объем 8, Зво - угол закрытия поршнем выпускного окна, определено по физическому смыслу второй производной величины, изменение направления графика силы от касательной линии измерительной линейки Луп, перпендикуляр, построенный из точки отрыва, является углом закрытия выпускного окна, окончанием 2φ1 и началом 2φ2, Ово - открытие выпускного окна, угол открытия определяется по пересечению горизонтальной линии от полочки Ово с линией 2ХП, в этой точке заканчивается 2φ3 и начинается 2φ4, Опк - угол открытия перепускного клапана угол определяется по перпендикуляру, построенному в точке касания горизонтальной линии к 2Ап4сн и пересечения им линии 2ХП.
Свойства ФЭ2т заключаются в том, что по ней можно производить оценку степени износа деталей газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов, кинематически связанных с коленчатым 19 валом двухтактных рабочих объемов 8 цилиндров 9 двигателей 1 внутреннего сгорания.
Износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталона формы импульса, для двухтактного двигателя - нижняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного окна, верхняя мертвая точка положения поршня, открытие выпускного окна, открытие перепускного клапана (НМТ, ВМТ, Зво, Ово, Опк).
Оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов, отличающихся от формы амплитуды эталона.
На фиг.11 показана технология создания на компьютере с помощью программного продукта (в примере исполнения Corel Draw) формы эталона четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания. С графика Фиг.7 выбрана часть графика в интервале времени 4Т5сн, на которой обозначены позиции: ЛБ - линия Безье (малых участков), построенная по форме импульса спектра шумов 4Аовш, 4ХП - ход возвратно-поступательного движения поршня, Луп - линейка угла поворота коленчатого вала 19, заканчивается этап создания графика эталона формы импульса спектра шумов совмещением измерительной линейки Луп угла поворота коленчатого вала 19 от -360° до +360° с нулевой отметкой в середине шкалы с графиком - 4ХП возвратно-поступательного движения поршня 10 в цилиндре 9, происходящего по синусоидальному закону изменения угла поворота коленчатого вала 19, нулевых линий и верхних мертвых точек импульса сжатия и возвратно-поступательного движения поршня 10, начала и окончания полного цикла преобразования с отметками - 360° и +360°.
На фиг.12 показана ФЭ4т - форма эталона импульса спектра шумов четырехтактных рабочих объемов 8 цилиндров 9 нового или после капитального ремонта двигателя 1 внутреннего сгорания с измерительной линейкой угла поворота коленчатого вала 19 и графиком возвратно-поступательного движения поршня 10 в цилиндре 9, где обозначены позиции: 4ф1 - угол поворота коленчатого вала 19 первой фазы, впуск воздуха, 4φ2 - угол поворота коленчатого вала 19 второй фазы, сжатие воздуха, 4φ3 - угол поворота коленчатого вала 19 третьей фазы, рабочий ход, 4φ4 - угол поворота коленчатого вала 19 четвертой фазы, продувка, ОвпК - открытие впускного клапана в ВМТ, это технологическое состояние для четырехтактных двигателей 1, ЗвыпК - закрытие выпускного клапана в ВМТ, это технологическое состояние для четырехтактных двигателей 1, ЗвпК - закрытие впускного клапана определяется пересечением перпендикуляра, построенного в точке касания горизонтальной прямой к Э4т в конце 4φ1 и начале 4φ2 и пересечением графика 4ХП, ОвыпК - открытие выпускного клапана определяется пересечением перпендикуляра, построенного в точке касания горизонтальной прямой к Э4т в конце 4φ3 и начале 4φ4 и пересечением графика 4ХП.
Свойства ФЭ4т заключаются в том, что по ней можно производить оценку степени износа деталей газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов, кинематически связанных с коленчатым валом 19 четырехтактных рабочих объемов 8 цилиндров 9 двигателей 1 внутреннего сгорания, т.к. имеются все необходимые реперные точки для диагностики; НМТ, ВМТ, ОвпК, ЗвпК, ОвыпК, ЗвыпК.
Износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, ЗвпК - закрытие впускного клапана, ОвыпК - открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана.
Оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов, отличающихся от формы амплитуды эталона.
Формы эталонов ФЭ2т и ФЭ4т предназначены для всех типов и конструкций двухтактных и четырехтактных рабочих объемов, они имеют все реперные точки, необходимые для точного определения (измерения) и оценки степени износа деталей в узлах газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного механизмов.
Наличие значительного уровня шумов других механизмов, кинематически связанных с коленчатым валом 19, действующих в рабочем объеме 8 цилиндра 9, недопустимо для эксплуатации двигателя 1 внутреннего сгорания.
Репер - в математике, совокупность линейно независимых векторов (см. Линейная зависимость), взятых в определенной точке кривой и отложенных из общего начала, например касательная к кривой и перпендикуляр, восстановленный в точке касания.
На Фиг.13 представлена диагностика двухтактного рабочего объема 8 цилиндра 9 двигателя 1 внутреннего сгорания, отработавшего какой-то срок по форме ФЭ2т (фиг.8).
Оценка износа деталей газораспределительного механизма: угол 2φгрмд - открытия выпускного окна 11 сместилось в сторону опережения, относительно реперной точки Ово, примерно на 30° (влево по шкале), определенное по углу происхождения 2Ааид, этот износ деталей привел к уменьшению времени 2φ3д - рабочего хода, что в целом означается как уменьшение КПД преобразования энергии и износ деталей цилиндропоршневого механизма; наблюдается значительный энергетический уровень 2Асцпмд - импульса стука в узле 14 соединения поршня 10 с шатуном 13 (см. Фиг.2), как правило этот дефект приводит к разрушению узла. Оценка износа деталей кривошипно-шатунного механизма: наблюдаются повышенная амплитуда трения в узле 18 кривошипа 17 с шатуном 14, полностью на всем графике импульса спектра шумов в виде неравномерных гармонических колебаний (2Акшмд), как правило этот дефект приводит к разрушению узла; амплитуда импульса сжатия воздуха, компрессия 2Акд уменьшилась с 40% db, нового рабочего объема цилиндра до 24% db, на 16% (в сравнении с фиг.9), в результате снижения компрессии не наблюдается 2Апд - импульс перепуска воздуха из картерного объема 16 в рабочий объем 8, общие шумы не наблюдаются, внешние шумы не наблюдаются и тем не менее двигатель не допустим к эксплуатации.
В процессе эксплуатации двухтактного двигателя 1 внутреннего сгорания все рассмотренные параметры изменяются равномерно по мере износа деталей газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного механизмов.
На Фиг.14 представлена диагностика четырехтактного рабочего объема 8 цилиндра 9, отработавшего определенный срок, по форме эталона ФЭ4т (фиг.12).
На фиг.14 видно, что во время 4Хп из НМТ в ВМТ до точки ОвпКд, начала цикла первой фазы 4φ 1, происходит увеличение давления, это означает, что в рабочем объеме 8 находится избыток массы воздуха при закрытых выпускных 28 и впускных 27 клапанах.
Открытие впускных 27 и выпускных клапанов 28 происходит по закону геометрии формы кулачка распределительного вала и вследствие износа поверхностей образующей форму кулачков образовалась полка, на форме графика импульса, это отражается прямым участком, когда выпуск массы воздуха, через площадь отверстия открывающегося впускного 27 клапана, равен массе сжимаемого воздуха, при этом давление в полости постоянное, а в целом произошел сдвиг первой фазы на угол 4φгрмд впуска воздуха в сторону опережения угла - ОвпКд относительно эталона формы на 40°, это определено по касательной, проведенной в точке изменения графика силы и перпендикуляру, построенному в точке касания, относительно перпендикуляра опущенного из реперной точки ВМТ, это износ деталей газораспределительного механизма, что привело к уменьшению массы впускаемого воздуха при работе и снижению КПД преобразования.
При современной технологии изготовления деталей, смазочных материалов, можно сделать допущение, что износ всех кулачков газораспределительного вала примерно одинаков, следовательно, и сдвиг всех фаз в полном цикле преобразования примерно одинаков.
В первой фазе 4φ1д и начале второй фазы 4φ2д, после смены направления движения поршня 10, происходит искажение формы импульса спектра рабочих шумов от импульсов стуков в узле 14 поршня 10 о шатун 13 - 4Асцпмд, это износ деталей цилиндропоршневого механизма.
Угол начала 4φ2д определяется по перпендикуляру, восстановленному из точки касания горизонтальной линии к Э4т в начале 4φ2д - 40°, на поверхность поршня 10, действуют значительные силы давления, сила давления настолько велика, что поршень 10 прижимается к шатуну 13 при движении к нижней мертвой точке, вплоть до открытия выпускных клапанов 28, и стуки в узле поршня 10 с шатуном 13 не замечаются.
Угол начала 4φ4д определяется по перпендикуляру, восстановленному из точки касания горизонтальной линии к Э4т в начале 4φ4д - 40°, тем самым уменьшилось время 4φ3д рабочего хода.
Заканчивается 4φ4д и соответственно 4Т4д на 40° градусов раньше ВМТ, чем и объясняется нахождение воздуха и происхождение 4Анцср в начале 4Т4д, см. Фиг.8.
На Фиг.15 представлена большая степень износа узла 18 кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя, этот случай получается от неправильного проведения капитальных ремонтов в течение эксплуатации.
Амплитуда сжатия воздуха - 4Акд, определена по нулевой (средней) линии синусоидального закона гармонического состава спектра шумов, происходящих при трении, хотя наблюдается присутствие коротких импульсов больших амплитуд при задирах, импульсов люфтов, шум кривошипно-шатунного механизма происходит в течение любого полного цикла импульса спектра шумов от -360° до +360°.
Вывод: Состояние износа деталей газораспределительного механизма - удовлетворительное, состояние деталей цилиндропоршневого механизма - удовлетворительное, состояние деталей кривошипно-шатунного механизма - опасное, недопустимое к эксплуатации двигателя 1 внутреннего сгорания.
На фиг.16-17 приведены примеры общих шумов, выявляемых при диагностике.
На Фиг.16 представлен график для четырехтактного двигателя - большой степени износа 4Ашквд - амплитуда шума биения коленчатого вала в коренных подшипниках для его установки по причине их износа во время эксплуатации.
На Фиг.17 представлен график для четырехтактного двигателя, где наблюдаются 4Ашцц - амплитуда шума цепи газораспределительного механизма, биение ее о корпус двигателя внутреннего сгорания по причине ее растяжения во время эксплуатации.
Шумы общие или внешние, заметные на форме графика сканирования, в рабочем объеме 8 цилиндра 9 двухтактного или четырехтактного двигателя 1, являются значительными по энергии и недопустимые, опасные дефекты для эксплуатации двигателя 1 внутреннего сгорания.
В заявляемом изобретении расширяются функциональные возможности и повышается достоверность диагностических данных за счет того, что для двухтактного двигателя в способе диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять известных составляющих действующих сил по природе происхождения, и разделения их по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы в рабочем объеме цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала, в виде механических сил, преобразованных в электрическую энергию формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового четырехтактного двигателя или четырехтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за два оборота вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой -160° до +160°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов рабочих шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, закрытие впускного клапана, открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов.
В заявляемом изобретении расширяются функциональные возможности и повышается достоверность диагностических данных за счет того, что для четырехтактного двигателя в способе диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять известных составляющих действующих сил по природе происхождения, и разделения их по месту происхождения на собственные, общие и внешние шумы в рабочем объеме цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала, в виде механических сил, преобразованных в электрическую энергию формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового четырехтактного двигателя или четырехтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за два оборота вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой -360° до +360°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов рабочих шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, закрытие впускного клапана, открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов, расширяются функциональные возможности и повышается достоверность диагностических данных.
1. Способ диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в измерении измерительным устройством по крайней мере одной действующей силы в рабочем объеме цилиндра, обусловленной перемещением воздуха прокручиванием коленчатого вала двигателя, отличающийся тем, что в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять известных по физическому происхождению действующих сил, разделенных также по происхождению на собственные, общие и внешние шумы, проходящие в рабочий объем цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала для измерения действующих сил, и преобразования их в виде электрической энергии формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового двухтактного двигателя или двухтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за один оборот вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой от -180° до +180°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, амплитуды шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для двухтактного двигателя - нижняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного окна, верхняя мертвая точка положения поршня, открытие выпускного окна, открытие перепускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов
2. Способ диагностики по энергии шумов в рабочем объеме цилиндра газораспределительного, цилиндропоршневого, кривошипно-шатунного и других механизмов двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в измерении измерительным устройством по крайней мере одной действующей силы в рабочем объеме цилиндра, обусловленной перемещением воздуха прокручиванием коленчатого вала двигателя, отличающийся тем, что в качестве измерительного устройства выбирают датчик шумов, измеряющий девять известных по физическому происхождению действующих сил, разделенных также по происхождению на собственные, общие и внешние шумы в рабочем объеме цилиндра, которые возникают при взаимодействии деталей между собой во время сканирования шумов, прокручиванием коленчатого вала для измерения действующих сил, и преобразования их в виде электрической энергии формы полного цикла импульса спектра шумов, размещают его в корпусе, установленном герметично в любое отверстие прямого доступа в рабочий объем цилиндра, с подключением к звуковой карте компьютера, для записи сканированных шумов нового четырехтактного двигателя или четырехтактного двигателя после капитального ремонта в пусковом режиме при отключенных системах подачи топлива и зажигания в течение 1-2 секунд осуществляют процесс измерения и записи графика импульсов шумов от действующих сил в рабочем объеме цилиндра этого двигателя, используют для создания эталона формы импульса спектра шумов один полный цикл преобразования энергии шумов за два оборота вращения коленчатого вала, с помощью компьютерной программы Corel Draw на экране компьютера создают измерительную линейку угла поворота коленчатого вала со шкалой -360° до +360°, накладывают на эту линейку синусоидальный график возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, совмещая со шкалой среднюю линию положительного и отрицательного движения поршня, накладывают на полученное изображение часть графика импульсов рабочих шумов - любой полный цикл преобразования энергии шумов, при помощи наложения малых участков линий Безье получают эталон формы импульса спектра шумов, при диагностике сканируют рабочий объем цилиндра двигателя, получают диагностируемую форму импульса спектра шумов за полный цикл преобразования энергии шумов, накладывают на нее эталон с линейкой угла поворота коленчатого вала и графика возвратно-поступательного хода поршня и производят сравнение форм, на основании чего оценивают техническое состояние механизмов двигателей внутреннего сгорания, износ деталей газораспределительного механизма определяют по реперным точкам эталонов формы импульса, для четырехтактного двигателя - верхняя мертвая точка положения поршня, открытие впускного клапана, закрытие впускного клапана, открытие выпускного клапана, верхняя мертвая точка положения поршня, закрытие выпускного клапана, оценка степени износа деталей в узле цилиндропоршневого механизма производится по амплитуде стука, после смены направления возвратно-поступательного движения поршня, оценка степени износа деталей в узле кривошипно-шатунного механизма производится по амплитуде шумов трения в течение полного цикла импульса спектра шумов.
