Спосіб діагностування двигунів внутрішнього згоряння за температурою відпрацьованих газів

Реферат: Спосіб діагностування двигунів внутрішнього згоряння за температурою відпрацьованих газів (ВГ), в якому двигун виводять на номінальний тепловий режим, за допомогою тепловізора вимірюють температурне поле на поверхні випускного колектора, визначають конфігурацію випускного колектора і коефіцієнт, що враховує особливості руху ВГ у випускному колекторі, розраховують фактичну температуру відпрацьованих газів для кожного циліндра, та встановлюють конкретне місце або кілька місць несправностей в двигуні. У режимах холостого ходу проводиться діагностування ДВЗ за миттєвими значеннями температурних імпульсів кожного циліндра, які визначаються на виході із випускної труби за допомогою фазоакустичного датчика температури, миттєві значення температурних імпульсів порівнюються з еталонними значеннями, і за їх різницею визначають технічний стан двигуна як в цілому, так і кожного циліндра окремо. UA 117911 U (12) UA 117911 U UA 117911 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до випробовування двигунів, а саме діагностичних випробовувань поршневих двигунів. Корисна модель може знайти застосування в автотранспортних підприємствах при технічному контролі транспортних засобів, що виїжджають на лінію, у станціях технічного обслуговування при діагностуванні та ремонті двигунів транспортних засобів, науково-дослідних організаціях, що досліджують робочі процеси ДВЗ та проводять випробування транспортних засобів та їх двигунів. Існують способи діагностування поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) за рівномірністю роботи циліндрів. Стандартизованим є спосіб визначення рівномірності роботи циліндрів ДВЗ шляхом відключення окремих циліндрів при роботі двигуна в режимі максимального крутного моменту [1]. При цьому визначають відхилення умовної індикаторної потужності кожного циліндра від середньої індикаторної потужності двигуна в цілому, та коефіцієнт рівномірності роботи циліндрів. Недоліками цього способу є необхідність проведення стендового випробовування двигуна із застосуванням складних і дорогих навантажувальних стендів, висока трудомісткість та вартість діагностування, складність реалізації в умовах експлуатації. Відомий спосіб визначення нерівномірності розподілу горючої суміші за складом між циліндрами двигунів з карбюраторною системою живлення шляхом вимірювання температури відпрацьованих газів (ВГ) у випускних патрубках. Для вимірювання миттєвих температур ВГ використовуються без інерційні термопари або термометри опору, що складаються з дротів дуже малих діаметрів (5-10 мк), інерційні вимірювачі температури з використанням поправок на інерційність та трьохдротові термометри опору тощо [2]. Недоліками цього способу є значна похибка визначення миттєвих значень температури ВГ, що обумовлена наявністю певної інерційності засобів вимірювання температури та складністю розрахунків поправок на інерційність, незначний ресурс термометрів з дротами малих діаметрів, також, цей спосіб потребує внесення змін у будову системи випуску ВГ двигуна (свердлення отворів, встановлення фітингів або штуцерів для кріплення термометрів тощо) та значних втрат часу на встановлення засобів вимірювання температури у випускну систему двигуна, що робить використання цього методу в експлуатації недоцільним. Найближчим аналогом до запропонованого способу діагностування ДВЗ є спосіб, в якому двигун виводять на номінальний тепловий режим, за допомогою тепловізора вимірюють температурне поле на поверхні випускного колектора, визначають конфігурацію випускного колектора і коефіцієнт, який враховує особливості руху ВГ у випускному колекторі, розраховують фактичну температуру відпрацьованих газів для кожного циліндра, та встановлюють конкретне місце або кілька місць несправностей в двигуні [3]. Недоліками цього способу є: значна похибка визначення фактичної температури ВГ, що обумовлена складністю визначення впливу конфігурації випускного колектора на рух і розсіювання теплової енергії ВГ та інерційністю розігрівання випускного колектора; складність проведення розрахунків (які необхідно виконувати окремо для кожного типу двигуна); необхідність використання спеціальних навантажувальних стендів (без навантажувальних стендів можливе діагностування лише в усталених режимах холостого ходу, що є малоінформативним). Всі ці недоліки обмежують використання даного способу діагностування ДВЗ в умовах експлуатації. Основними недоліками зазначених способів діагностування ДВЗ є складність і дорожнеча застосовуваного устаткування, висока трудомісткість і вартість діагностування, складність розрахунків та необхідність використання спеціальних навантажувальних стендів, низька інформативність, а також, складність їх реалізації в умовах експлуатації. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомого способу шляхом спрощення процедури діагностування, використання відносно не складного та не дорогого діагностичного обладнання, зменшення трудомісткості та вартості діагностування, підвищення інформативності та розширення сфери його застосування. Поставлена задача вирішується тим, що застосування фазоакустичного датчику температури, який за рахунок високої швидкодії дозволяє забезпечити вимірювання миттєвих значень температурних імпульсів ВГ окремо кожного циліндра, що, в свою чергу, дає змогу визначати в умовах експлуатації технічний стан ДВЗ як в цілому, так і окремо кожного циліндра без використання навантажувальних стендів в режимах холостого ходу. Відомо, що струмінь відпрацьованих газів складається з дискретних імпульсів, які утворюються окремими циліндрами. Температурні імпульси зберігають свою форму та характер протікання вздовж системи випуску, послаблюються тільки амплітуда імпульсу та середнє значення температури ВГ [4]. Таким чином, діагностування ДВЗ за температурними імпульсами 1 UA 117911 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ВГ можливо здійснювати шляхом встановлення фазоакустичного датчика температури на виході випускної труби. Вимірювання температури кожного окремого імпульсу струменя газів дає інформацію о стані кожного циліндру двигуна, що забезпечує можливість виявлення та усунення несправностей в роботі кожного циліндра. Спосіб діагностування двигунів внутрішнього згоряння за температурою відпрацьованих газів, який наведено на кресленні, полягає у тому, що генератор електричних коливань 1 виробляє збуджуючі електричні коливання з частотою fЗб, які, через підсилювач коливань 2, подаються до фазоакустичного датчика температури 3 та фазового дискримінатора 5. У фазоакустичному датчику температури збуджуючі електричні коливання перетворюються в акустичні коливання, проходять через потік відпрацьованих газів та потрапляють до приймача акустичних коливань (на фіг. 1 не показано) фазоакустичного датчика 3, який перетворює їх у вимушені електричні коливання з частотою fв та подає далі через підсилювач 4 до фазового дискримінатора 5. Фазовий дискримінатор 5 порівнює фази 1 та 2 отриманих збуджуючих fзб (1) та вимушених fв (2) електричних коливань і виробляє сигнал, пропорційний зсуву фаз  між ними. Зсув фаз  та сигнал, що видає фазовий дискримінатор, змінюються пропорційно зміні температури ВГ, що ґрунтується на залежності частоти f0 власних коливань ВГ у фазоакустичному датчику від температури цих газів. При цьому, від співвідношення частот власних (f0) та збуджуючих (f3б) коливань змінюється зсув фаз () між вимушеними fв(2) та збуджуючими fзб (1) коливаннями. Таким чином, за зміною частоти збуджуючих акустичних коливань f36, при якій у фазоакустичному датчику утворюється резонанс, та зсувом фаз  між вимушеними fв (2) та збуджуючими fзб (1) коливаннями можна визначити миттєві значення температури відпрацьованих газів кожного циліндра. Для вимірювання температури ВГ при діагностуванні ДВЗ необхідно виконати налаштування фазоакустичного датчика температури 3 шляхом задавання генератором електричних коливань 1 такої частоти збуджуючих коливань (fзб), при якій для усередненого значення температурних імпульсів ВГ на даному режимі буде утворюватись резонанс (f0=f3б)- Для кожного значення температури ВГ відповідає своя певна (резонансна) частота збуджуючих звукових коливань (fзб). Спосіб діагностування двигунів внутрішнього згоряння за температурою відпрацьованих газів здійснюється наступним чином: Двигун прогрівають до робочої температури. Фазоакустичний датчик температури 3 під'єднують до випускної труби ДВЗ на її виході. Виконують налаштування фазоакустичного датчика температури за сигналом фазового дискримінатора 5. Діагностування виконують в наступних режимах роботи двигуна: - мінімальної частоти обертання холостого ходу двигуна (дозволяє оцінювати нерівномірність подачі палива по циліндрах двигуна на холостому ходу); - максимальної частоти обертання холостого ходу двигуна (дозволяє оцінювати нерівномірність подачі палива по циліндрах двигуна, ступінь зношення циліндро-поршневої групи тощо); - вільного прискорення двигуна (збільшення частоти обертання холостого ходу двигуна від мінімальної до максимальної при положенні важеля (педалі) управління подачі палива, що відповідає максимальній подачі палива [5]. Дозволяє імітувати роботу двигуна під навантаженням (виникає внаслідок дії моменту інерції від інерційних мас ДВЗ). При роботі ДВЗ на кожному з режимів діагностування реєструють частоту збуджуючих коливань fзб та сигнал фазового дискримінатора 5. Миттєві значення температурних імпульсів ВГ кожного циліндра визначаються шляхом додавання чи віднімання (в залежності від напряму зсуву фаз) значень температур, отриманих відповідно до сигналу фазового дискримінатора 5, до (чи від) температури, яка відповідає заданій частоті збуджуючих коливань (fзб). Визначають сигнал від першого циліндра ДВЗ (за сигналом датчика фаз, імпульсом від форсунки або іншим доступним чином (на фіг. 1 не показано) та, згідно з порядком роботи циліндрів, співставляють отримані значення температур імпульсів ВГ з відповідними їм циліндрами. Аналізують відхилення отриманих значень температур імпульсів ВГ від еталонних, які отримано на технічно справному ДВЗ, та за величиною цих відхилень визначають технічний стан (працездатність) двигуна як в цілому, так і за окремими циліндрами. За запропонованими режимами діагностування, порівнюючи отримані миттєві значення температурних імпульсів ВГ окремо кожного циліндра з еталонними значеннями, можливо достатньо швидко в умовах експлуатації визначити не тільки технічний стан (працездатність) двигуна, а й, у разі наявної невідповідності, можливі відмови як двигуна в цілому, так і окремих його циліндрів (відхилення подачі палива відносно нормативного, закоксованість форсунок, 2 UA 117911 U 5 10 зношення циліндро-поршневої групи тощо) без використання навантажувальних стендів в режимах холостого ходу ДВЗ. Джерела інформації 1. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. - М., 1991. 56 с. 2. Стефановский Б.С, Скобцов Е.А., Кореи Е.К. и др. Испытание двигателей внутреннего сгорания. / М.: «Машиностроение», 1972. - 368 с. 3. Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания: авторське свідоцтво Російська Федерація № 2511801 С2; заявл. 26.04.2012; опубл. 10.04.2014, Бюл. № 10. 4. Исследование мгновенной температуры выпускных газов: Отчет / МВТУ им. Н.Э. Баумана. Тема 32-2/68; Рук. работы М.Г. Круглов. - № ГР 172000443; Инв. № 154344, 1972. 168 с. 5. ДСТУ 4276:2004. Атмосфера. Норми і методи вимірювання димності відпрацьованих газів автомобілів з дизелями або газодизелями. - К., 2005. - 14 с. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб діагностування двигунів внутрішнього згоряння за температурою відпрацьованих газів (ВГ) в якому двигун виводять на номінальний тепловий режим, за допомогою тепловізора вимірюють температурне поле на поверхні випускного колектора, визначають конфігурацію випускного колектора і коефіцієнт, що враховує особливості руху ВГ у випускному колекторі, розраховують фактичну температуру відпрацьованих газів для кожного циліндра, та встановлюють конкретне місце або кілька місць несправностей в двигуні, який відрізняється тим, що у режимах холостого ходу проводиться діагностування ДВЗ за миттєвими значеннями температурних імпульсів кожного циліндра, які визначаються на виході із випускної труби за допомогою фазоакустичного датчика температури, миттєві значення температурних імпульсів порівнюються з еталонними значеннями, і за їх різницею визначається технічний стан двигуна як в цілому, так і окремо кожного циліндра. 3 UA 117911 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4