Способ диагностирования цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения технического состояния цилиндро-поршневой группы отдельных цилиндров в двигателе внутреннего сгорания путем индицирования давления внутри отключенного цилиндра и вычисления скорости его изменения при работе двигателя на минимальной частоте вращения холостого хода. Предлагаемый способ заключается в том, что давление внутри отключенного цилиндра измеряют датчиком давления на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе, при этом для оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы измерение давления в цилиндре двигателя и вычисление по нему скорости его изменения осуществляют по углу поворота коленчатого вала при помощи датчика углового перемещения, который устанавливают напротив зубчатого венца маховика. Предложенный способ позволяет проводить оценку состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы двигателя по всей рабочей поверхности цилиндра, выявлять различные неисправности и прогнозировать остаточный ресурс двигателя. 2 ил.

 

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения технического состояния цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) отдельных цилиндров в двигателе внутреннего сгорания путем индицирования давления внутри цилиндра и вычисления скорости его изменения при работе двигателя на минимальной частоте вращения холостого хода.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, опубликованный в Интернет 29.10.2009 г. (Анализ осциллограммы давления в цилиндре http://old.quantexlab.ru).

Известный способ основан на получении осциллограммы давления в отключенном цилиндре при помощи установки в него датчика давления на работающем двигателе и анализе давлений в ее характерных точках.

Недостатком указанного способа является невозможность оценки сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра из за отсутствия привязки к угловому перемещению коленчатого вала при измерении давлений внутри цилиндра, а также вычислению скорости его изменения.

Таким образом, для оценки сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ по всей рабочей поверхности цилиндра помимо измерения давлений по углу поворота коленчатого вала необходимо учитывать скорость его изменения.

Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в качественной оценке сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков:

- в способе диагностирования ЦПГ, так же как и в прототипе, измерение давлений в отключенном цилиндре работающего двигателя осуществляется при помощи установки в него датчика давления;

- измерение давлений внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала осуществляется при помощи датчика углового перемещения;

- вычисление по осциллограмме скорости изменения давления осуществляется при помощи дифференцирования функции изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала.

Сущность способа заключается в том, что измерение давления внутри отключенного цилиндра на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе и вычисление скорости его изменения осуществляют при помощи датчика давления, при этом для увеличения точности и достоверности оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ измерение давления в цилиндре двигателя осуществляют по углу поворота коленчатого вала при помощи датчика углового перемещения, который устанавливают напротив зубчатого венца маховика.

На фиг.1 представлена структурная схема измерительного устройства.

На фиг.2 представлен график изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала.

Структурная схема измерительного устройства состоит из датчика давления 1, устанавливающемого на место свечи зажигания для бензиновых двигателей или на место форсунок у дизелей, датчика углового перемещения 2 коленчатого вала, устанавливаемого напротив зубчатого венца маховика, измерительного прибора 3, регистрирующего давление внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала и вычисляющего скорость изменения давления по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра.

Измерительный прибор 3 снабжен индикатором, на котором отражается график изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала. На маховике рядом с зубчатым венцом устанавливается маркер, соответствующий положению поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке (ВМТ) в момент, когда датчик углового перемещения находится напротив этого маркера. Датчик формирует сигнал ВМТ, который является синхронизирующим для отсчета давления в цилиндре по углу поворота коленчатого вала. На фиг.2 показан график изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала.

На графике отчетливо видно изменение давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала. Здесь можно выделить характерные точки оценки состояния ЦПГ. P1 - давление на впуске. У бензиновых двигателей при закрытой дроссельной заслонке давление на впуске ниже атмосферного. Оно характеризует герметичность впускного тракта и состояние гильзы цилиндра. У дизелей этот параметр несколько выше, то есть давление ближе к атмосферному из-за отсутствия дроссельной заслонки, однако даже по нему можно оценить герметичность впускного тракта.

Давление P2 характеризует герметичность цилиндра, состояние клапанов. У бензиновых двигателей оно бывает в пределах 10-14 кг/см2 в зависимости от степени сжатия, у дизелей - в пределах 24-28 кг/см2.

Давление P3 ниже атмосферного и характеризует состояние поршневых колец и гильзы цилиндра. При движении поршня к верхней мертвой точке на такте сжатия часть воздушного заряда уходит в поддон картера через кольцевые неплотности, поэтому на такте расширения при движении поршня вниз за счет этой утечки и масляного клина в нижней части поршневых колец создается кратковременное разрежение до момента открытия выпускного клапана. Это разрежение характеризует, насколько поршневые кольца хорошо уплотняют надпоршневое пространство. Если кольца изношены, закоксованы или поломаны вместе с перегородками на поршне, то разрежение Р3 будет увеличиваться за счет того, что утечки на такте сжатия будут увеличиваться, а при движении поршня вниз на такте расширения масляный клин внизу колец будет препятствовать перетеканию воздушного заряда из поддона в надпоршневое пространство и поэтому разрежение будет увеличиваться.

По графику изменения давления в цилиндре можно также вычислять скорость изменения давления по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра. Этот параметр позволяет оценивать состояние сопряжения “поршень-кольца-гильза” по углу поворота коленчатого вала от нижней до верхней мертвой точки движения поршня. В совокупности с давлением конца сжатия этот параметр увеличивает достоверность оценки состояния ЦПГ двигателя (может выявлять сколы, задиры на поверхности цилиндра). Для вычисления скорости изменения давления внутри цилиндра необходимо продифференцировать функцию изменения давления на индикаторной диаграмме.

где Vp(φ) - скорость изменения давления в цилиндре, МПа/град. п.к.в.;

P ϕ ' - производная функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала;

d p d ϕ - дифференциал функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала.

Для этого используются численные методы дифференцирования. Индикаторная диаграмма разбивается на малые промежутки (фиг.2), соответствующие угловому перемещению коленчатого вала, равные расстоянию между соседними зубьями маховика. На каждом таком участке вычисляется скорость изменения давления.

где Δ p Δ ϕ - отношение разности давлений P i-го и P i-1-го, МПа, к разности угловых перемещений φ i-го и φ i-1-го, угол п.к.в.

Зная эталонные диаграммы изменения давления по углу поворота коленчатого вала внутри цилиндра и вычисленную скорость изменения давления, можно с высокой точностью и достоверностью оценивать состояние ЦПГ, выявлять различные неисправности и прогнозировать остаточный ресурс двигателя.

Стремительный рост микроэлектроники позволяет в настоящее время отказаться от традиционных стрелочных манометрических приборов, позволяющих контролировать отдельные показатели в процессе диагностирования. Сегодня существует огромный перечень микроконтроллеров, позволяющих в реальном масштабе времени контролировать различные процессы, в том числе и измерение, и обработку индикаторных диаграмм давлений в цилиндре двигателя в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Низкая стоимость и малые габариты микроконтроллеров позволяют создавать миниатюрные диагностические приборы, имеющие цветной графический дисплей, кнопочное управление, возможность передачи диагностической информации на большие расстояния.

Способ диагностирования цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что давление внутри отключенного цилиндра измеряют датчиком давления на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе путем индицирования, отличающийся тем, что для увеличения точности и достоверности оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы измерение давления в цилиндре по углу поворота коленчатого вала и вычисление по нему скорости его изменения осуществляют путем дифференцирования функции изменения давления по формуле:
d p d φ = P φ ' = V p ( φ ) ,
где Vp(φ) - скорость изменения давления в цилиндре, МПа/град. п.к.в.;
P ϕ ' - производная функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала;
d p d ϕ - дифференциал функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала;
при помощи датчика углового перемещения, установленного напротив зубчатого венца маховика, который разбивает индикаторную диаграмму на промежутки, соответствующие угловому перемещению коленчатого вала, равные расстоянию между соседними зубьями маховика, и на каждом таком участке вычисляют скорость изменения давления по формуле:
Δ P Δ φ = P i P i 1 φ i φ i 1 = V p i ( φ i ) ,
где Δ P Δ ϕ - отношение разности давлений P i-го и P i-1-го, МПа, к разности угловых перемещений φ i-го и φ i-1-го, угол п.к.в.;
по результатам определения изменения давления и скорости его изменения судят о техническом состоянии цилиндро-поршневой группы двигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к техническому обслуживанию автотранспортных машин, в частности к способам определения технической безопасности технического обслуживания автомобилей, тракторов, комбайнов и других самоходных машин.

При термовакуумных испытаниях термокаталитических двигателей в составе космического аппарата на камеру термокаталитического разложения рабочего тела с соплом устанавливают герметичную заглушку, магистраль межблочного трубопровода через проверочную горловину и технологическую магистраль сообщают со стендовым средством вакуумирования, мановакуумметром и газовым пультом, между которыми установлен вентиль.
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным газотурбинным двигателям. В способе серийного производства ГТД изготавливают детали и комплектуют сборочные единицы, элементы и узлы модулей и систем двигателя.
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным турбореактивным двигателям. Турбореактивный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным и содержит реактивное сопло, прикрепленное к поворотному устройству с возможностью выполнения совместно с подвижным элементом последнего поворотов для изменения направления вектора тяги.

Изобретение относится к области контроля работы двигателей и касается способа мониторинга высокотемпературной области в газотурбинном двигателе. Для реализации способа в стационарной лопатке с внутренним охлаждением создают порты для мониторинга.

Изобретение относится к контролю и диагностике технического состояния подшипниковых опор роторов двухвальных газотурбинных авиационных и наземных газотурбинных двигателей и может быть использовано в авиадвигателестроении.

Способ автоматизированного обнаружения попадания, по меньшей мере, одного инородного тела в газотурбинный двигатель, содержащий ротор, согласно которому: измеряют мгновенный режим ротора (R(t)); фильтруют сигнал режима ротора R(t) для разделения его статической составляющей (Rs(t)) от его динамической составляющей (Rd(t)); сравнивают отфильтрованную динамическую составляющую (Rd(t)) с эталонной резонансной волной (e(t)) ротора для получения показателя попадания (TING), причем эталонная резонансная волна (e(t)) соответствует вибрационной импульсной реакции ротора; сравнивают полученный показатель попадания (TING) с порогом обнаружения (S); подают сигнал обнаружения попадания инородного тела, когда показатель попадания (TING) выше порога обнаружения (S).

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным турбореактивным двигателям. Доводке подвергают опытный ТРД, выполненный двухконтурным, двухвальным.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным турбореактивным двигателям. Доводке подвергают опытный ТРД, выполненный двухконтурным, двухвальным.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным турбореактивным двигателям. Турбореактивный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным.

Изобретение может быть использовано для проведения комплексных исследований и тестирования алгоритмов системы автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками (САУКиД СУ) в составе многодвигательной силовой установки. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности проведения комплексных испытаний САУКиД СУ в составе многодвигательной силовой установки, снижение затрат на проведение исследований, сохранение точностных характеристик, повышение информативности и достоверности исследований. В стенде используются информационная модель самолетных систем, цифровая система автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками, информационно-измерительная система, матрица моделей отказов, сервер многоканальных подключений, локальная вычислительная сеть и системы управления стендом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области испытаний ракетных двигателей, а именно к стапелям для измерения осевой силы тяги ракетных двигателей. Стапель для измерения осевой силы тяги ракетного двигателя содержит неподвижную раму, подвижную часть с узлами крепления двигателя, переходник и преобразователи силы. На переходнике установлен опорный полый стакан, внутри которого размещены один или несколько полых поршней, причем внутри каждого полого поршня на упругих мембранах установлена втулка. Преобразователи силы закреплены на втулке соосно. Изобретение позволяет повысить точность измерения осевой силы тяги при стендовых испытаниях ракетного двигателя твердого топлива. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта газотурбинного двигателя (ГТД), при котором создают ротационно обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также газотурбинный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества ГТД и достоверность экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта турбореактивного двигателя (ТРД), при котором создают ротационно обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также турбореактивный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества ТРД и достоверность экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Турбореактивный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным, при этом содержит не менее восьми модулей, смонтированных, предпочтительно, по модульно-узловой системе, включая компрессор высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, турбины высокого и низкого давления, смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и всережимное реактивное сопло. Двигатель испытан на стенде, который снабжен выдвижным интерцептором, пересекающим входной воздушный поток. Интерцептор включает отградуированную шкалу положений интерцептора, имеющую фиксированную критическую точку, отделяющую двигатель на 2-5% от перехода в помпаж. Изобретение позволяет обеспечить повышение объемности и надежности статически достоверных данных о допустимых границах частотных режимов вращения ротора с обеспечением газодинамической устойчивости двигателей с одновременным сокращением трудо- и энергоемкости процесса испытаний. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта турбореактивного двигателя (ТРД), при котором создают ротационно-обновляемый запас восстановленных деталей: модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также турбореактивный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества ТРД и достоверность экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Турбореактивный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным, при этом содержит не менее восьми модулей, смонтированных предпочтительно по модульно-узловой системе, включая компрессор высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, турбины высокого и низкого давления, смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и всережимное реактивное сопло. Двигатель содержит коробку приводов двигательных агрегатов. Смонтированный двигатель испытан на влияние климатических условий на основные характеристики работы компрессора. Испытания проведены с измерением параметров работы двигателя на различных режимах. Изобретение позволяет обеспечить улучшение тяги, а также позволяет повысить достоверность эксплуатационных характеристик для разных температурно-климатических условий и режимов эксплуатации двигателя, и при этом позволяет повысить репрезентативность результатов испытаний. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта газотурбинного двигателя (ГТД), при котором создают ротационно обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают на влияние климатических условий на основные характеристики работы компрессора. Испытания проводят с измерением параметров работы двигателя на различных режимах. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также газотурбинный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества и надежность определения влияния климатических условий, оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ГТД. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным, содержит не менее восьми модулей, включая компрессор высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, турбины высокого и низкого давления, смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и поворотное реактивное сопло, включающее поворотное устройство и регулируемое реактивное сопло. Ось вращения поворотного устройства относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30° по часовой стрелке для правого двигателя и на угол не менее 30° против часовой стрелки для левого двигателя. Стенд для испытания двигателя снабжен входным аэродинамическим устройством с дистанционно управляемым выдвижным интерцептором. Интерцептор включает отградуированную шкалу положений интерцептора с фиксированной критической точкой, отделяющей двигатель на 2-5% от перехода в помпаж. Изобретение позволяет повысить достоверность данных о допустимых границах частотных режимов вращения ротора с обеспечением газодинамической устойчивости двигателей. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта турбореактивного двигателя, при котором создают ротационно-обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают на влияние климатических условий на основные характеристики работы компрессора. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также турбореактивный двигатель, отремонтированный согласно способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества и надежность. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения технического состояния цилиндро-поршневой группы отдельных цилиндров в двигателе внутреннего сгорания путем индицирования давления внутри отключенного цилиндра и вычисления скорости его изменения при работе двигателя на минимальной частоте вращения холостого хода. Предлагаемый способ заключается в том, что давление внутри отключенного цилиндра измеряют датчиком давления на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе, при этом для оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы измерение давления в цилиндре двигателя и вычисление по нему скорости его изменения осуществляют по углу поворота коленчатого вала при помощи датчика углового перемещения, который устанавливают напротив зубчатого венца маховика. Предложенный способ позволяет проводить оценку состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы двигателя по всей рабочей поверхности цилиндра, выявлять различные неисправности и прогнозировать остаточный ресурс двигателя. 2 ил.

Наверх