Способ определения герметичности рабочих объемов поршневой машины

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11 01 М 15/00 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ тания да ий мгнов кривая 3 измене ом тра рокручивания;ентальные завиения давления,корость,натека к неплотностя ущность способ следующе Приперекрытии впускног акта и прокручивани н ого вала ним источником энерги устроиством - и пусковым дв работает в ре евого вакуумн".ло цил ров) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Государственный всесоюзный научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ РАБОЧИХ ОБЪЕМОВ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниюпоршневых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано дляпроверки герметичности камер сгорания, впускного воздушного тракта исуммарной герметичности этих объемов поршневых двигателей тракторов,автомобилей, тепловозов, морских иречных судов, а также компрессорныхустановок.Цель изобретения - снижение трудоемкости проверки герметичностивпускного воздушного тракта и камерсгорания цилиндров двигателя,На фиг,1 показаны зависимость падения среднего вакуумметрического давления (кривая 1) в перекрытом впускном тракте при прокручивании коленчатого вала внешним источником энергии; кривая изменения скорости нара(57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет снизить трудоемкость операций, При прокручиваниивала двигателя измеряют давл.ние вдиагностируемом объеме, минимальныйуровень которого сравнивают с эталоном. Перед прокручиваем вала перекрывают впускной тракт и измеряютскорость изменения давления, которую сравнивают с эталоном. Способпрост и позволяет проверить поэлементно и суммарно герметичность рабочих объемов без разборно-сборочных работ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. ения (кривая 2) и колеба-. ных значений давления на фиг.2 - зависимость авления в перекрытом впуе дизеля Дв режимена фиг.3 - эксперисимости среднего знапродолжительность иния воздуха при раз-,х впускного тракта.а заключается вз1455откачивая воздух из впускного тракта:и создавая разрежение в нем (в дальнейшем - давление), При этом на неустановившемся скоростном режиме(при разгоне) давление во впускномтракте постепенно уменьшается и достигает наименьшего среднего значе"ния на установившемся режиме прокручивания (на стационарном участке).,Величина этого среднего давления припрочих равных условиях зависит отгерметичности впускного тракта и камер сгорания всех цилиндров. Чембольше неплотности в этих объемахили одном из них, тем больше среднее; значение давления во впускном тракте,и наоборот.фактическое (текущее мгновенное)значение давления во впускном трактена установившемся режиме прокручиващь,ния колеблется относительно среднего,увеличиваясь в моменты перекрытияклапанов (впускного и выпускного) иуменьшаясь на тактах впуска цилинд ров, т.е. в течение рабочего циклакаждого цилиндра имеют место нарастание давления во впускном тракте ипоследующее уменьшение его на величину, зависящую от неплотностей камерысгорания данного цилиндра, Амплитудаа;, равная разнице наибольшего инаименьшего текущих значений давления во впускном тракте на такте впус, ка -го,цилиндра, характеризует припрочих равных условиях герметичностькамеры сгорания этого цилиндра, Сопоставляя значения пульсаций давле-:.ний на тактах впуска каждого цилиндра, можно определить неравномерностьполицилиндровых амплитудмаксмкиА . -- (1)а максгде а ,а- максимальная и ми 1 макс фмиИнимальная амплитуды давлений в 1-ми 1-м цилиндрах настационарном участке прокручиваниядвигателя, характеризующие неравномерность герметичностикамер сгорания цилиндров дви"гателя.После остановки двигателя в положении, соответствующем сообщениювпускного тракта с цилиндром, имею 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 щим наименьшую неплотность камеры сгорания (что соответствует условию а = а; , ), во впускной тракт натекает воздух через неплотности самого тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания (например первого цилиндра). Очевидно, скорость натекания воздуха тем больше, чем больше неплотности в сообщающихся рабочих объемах, Поэтому по скорости натекания воздуха при прочих равных условиях можно судить о герметичности впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания. Если при сопоставлении этой скорости Ч(1) с эталоном она оказывается неудовлетворительной, то тре" буется провести углубленную (поэлементную) проверку герметичности впускного тракта (без камеры сгорания) и каждой отдельной камеры сгорания.Для этого проводят дополнительную проверку, при.которой остановку двигателя осуществляют в положении сообщения впускного тракта с удвоенным наименьшим числом цилиндров (например, с двумя камерами сгорания четырехцилиндрового двигателя - первой и.второй), Снова определяют скорость натекания воздуха Ч(1,2), которая уже больше на величину дЧ(2), характеризующую неплотности только второй камеры сгорания. Сообщая теперь впускной тракт. только со второй камерой, получают значение Ч(2), характеризующее неплотность впускного тракта и этой камеры, Разница дЧ(Т)щ =Ч(2)-дУ(2) характеризует собственную герметичность впускного тракта. Зная последнюю, определяют герметич. ность 1-й камеры сгорания по значе" нию дЧ(1) Ч(1)-ЬЧ(Т). Аналогично определяют герметичность остальных камер сгорания, сообщая их поочередно с впускным трактом. Выполнив указанный комплекс проверок, определяют показатели, характеризующие герметичность отдельных рабочих объемов и суммарную, Сопоставляя их с эталонными значениями, получают оценки указанных герметичностей. Оценка считается удовлетворительной, если значения всех членов матрицы соответвующего рабочего объема находятся в допускаемых пределах (без дополнительных ограничений или, как минимум, при выполнении/мин Выбирается из условия наименьшего влияния ее на давление и умень 5щения за счет этого погрешности проверки, Дополнительное уменьшение погрешности проверки от различной частоты прокручивания в указанном диапазоне (обусловленном различным состоянием пускового устройства и т,д.) иобеспечение сопоставимости проверокоднотипных двигателей (путем исключения Влияния состояния их пусковьгх 15устройств) достигается путем оценкигерметичности по среднему значениюприведенного давленияХ, Р+С(п-п,Ц ехр(Кй), (2)где Рг,Р- давление во впУскном 20тракте; фактически измеренное, приведенное к частоте и вращения коленчатого вала кПа;и ,и - частота прокручивания 25коленчатого вала: фактическая и Взятая в качестве режима приведения,об/мин;С - показатель скорости изме- З 0Рнения давления от частоты вращения, кПа/об/мин;й - эквивалентный диаметрразгерметизирующего отверстия впускного трактаи камер сгорания, мм;К - показатель скорости на"растания давления отразмера неплотности,1/мм.40Диапазон давлений менее 80 кПа,в котором предлагается измерять скорость натекания воздуха.во впускнойтракт, выбран с учетом обеспечениянаименьшей погрешности определения 45скорости натекания, которая в данном диапазоне наибольшая и примернопостоянная для конкретного состояния рабочих объемов. Скорость натекания воздуха в этом диапазоне подчиняется зависимостиРк -Ро Рк -Росс,-ЬС;где Р.,Р - давление во впускномтракте в конце и начале 55определения скорости натекания воздуха, кПа;л л,1- продолжительность увеличения давления от начального Р, до Р конечного: фактическая, номинальная (при отсутствиинеплотностей во впускномтракте и номинальной неплотности камеры сгорания), с",6 " эквивалентный диаметр1разгерметиэирующего отверстия впускного тракта и сообщаемой с нимкамеры сгорания 1-го цилиндра, мм;Ь - показатель скорости натекания воздуха (нарастания давления) от раз.мера неплотности, с,/мм.Показатели С , К и Ь зависят припрочих равных условиях от типа двигателя и поэтому устанавливаютсяэкспериментально,Функции (матрицы) герметичностирабочих объемов установлены из следующих соображений. Суммарная герметичность рабочих объемов зависитот герметичности каждого из них. По"этому значение матрицыГ =Р, А,Ч (4)где Р 01 ФА 1971 - допускаемые значениясоответственно давления во впускномтракте, неравномерности поцилнндровыхамплитуд давления искорости поступления воздуха в рабочий объем является единственным условием допускаемой (удовлетворительной) суммарной герметичности рабочих объемов.Все остальные возможные значенияэтой матрицы характеризуют неудовлетворительную суммарную герметичность рабочих объемов. Герметичность,камер сгорания может быть однозначно оценена по значениям показателейР и Ч, полученных при герметичномвпускном тракте (условие 7 Ъ), таккак неплотности последнего оказывают влияние на значения Р и А. Поэтому значение матрицы Гк- р (5)является единственным однозначнымусловием допускаемой герметичностивсех камер сгорания, Все остальныевозможные значения этой матрицы ха 1455254рактериэуют неудовлетворительное значение ГГерметичность впускного тракта может быть однозначно оценена по показателям Р и Ч при условии сообщения впускного тракта в момент проверки с герметичной камерой (условие а, " а), так как неплотности последней оказывают влияние на значение Р в режиме прокрутки и Ч - в статике. Поэтому значение матрицыфмяКСявляется условием допускаемой герметичности впускного тракта, Остальные возможные значения этой матрицы характеризуют конкретную областЬ (диапазон значений) неплотностей впускного тракта.Отрезок Ой, (фиг.1) характеризует неустановившийся режим (разгон), С,- стационарный участок режима прокручивания, на котором среднее значение давления стабилизировалось на уровне Рт = 10 кПа (при увеличени неплотности это значение будет больше), После фиксации этого значения давления и амплитуд а коле 1 баний мгновенных значений давления (кривая Э) осуществляют остановку двигателя в момент. При этом за счет неплотностей впускного тракта и сообщаемой с ним камеры сгорания происходит натекание воздуха, характеризующееся нарастанием давления на участке й й., Причем ско" рость нарастания давления (кривая 2) максимальная и примерно постоянная на участке С й , соответствующем изменению давления в диапазоне 10 " 80 кПа, т.е. показатель скорости в этом диапазоне наиболее информатив" ный и обеспечивает наименьшую погрешность оценки неплотности.Из фиг,2 видно, что изменение давления от частоты прокручивания наименьшее в диапазоне п 200 об/мин. Следовательно, в этом диапазоне погрешность измерения давления, обусловленная ошибками определения час" тоты прокручивания, наименьшая, Для учета различной частоты прокручивания, обусловленной разным состоянием пусковых устройств, и приведения ее к частоте и можно ,пользоваться зависимостью (2), что подтверждается линейной связью Р (п) в диапазоне и200 об/мин, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Зависимости фиг.3 характеризуют чувствительность параметров Р, Ч и о (продолжительность натекания воздуха, пропорциональная величине Ч) при различных неплотностях впускного тракта. Из этих зависимостей следует что параметр(или Ч) обеспечивает надежную количественную оценку не" плотности в диапазоне 0 й. йй 2 мм, а параметр Р - в диапазоне Й В 2 мм, т.е, располагая значениями параметра Р, можно определить область значений неплотности рабочих объемов; 0 й йй 2 при Р(25 кПа, й 2 при Р 25 кПа; количественное значение неплотности при Р25 кПа по формуле (2). Распо" лагая значениями параметра с, (или Ч), можно определить количественное значение неплотностей в диапазоне Ойй 2 мм. Пример конкретной реализации способа и результать его испытаний натракторных дизелях.Для реализации способа необходимо иметь частотомер (например приборИМД-Ц), датчик отметки ВМТ поршня1-го цилиндра, заслонку для герметич"ного перекрытия впускного тракта ивстроенный в нее первичный преобразователь (датчик) давления. Оба датчика должны быть соединены с вторичным преобразователем (показывающимприбором) и самописцем,Для проверкигерметичности рабочих объемов (например, дизеля Дсельскохозяйственного трактора МТЗ) с впускнойтрубы воздухоочистителя снимают колпак, перекрывают эту трубу заслонкойс датчиком-, подключают к двигателюприбор ИМД-Ц. Затем прокручиваютдвигатель пусковым устройством с частотой пз 200,Требуемый скоростной режимпрокру.чивания устанавливают изменением подачи топлива в пусковомдвигателе иконтролируют с помощью прибора ИМ-Ц.Через 10-20 с прокручивания среднеезначение давления воздуха во впускном тракте, фиксируемое показывающимприбором, достигает минимального значения, что свидетельствует о стационарном режиме прокручивания, фиксируют это значение давления (например, Р = 30 кПа при и =220 об/мин)и включают самописец, на ленте которого производят запись колебаний давчения относительно среднего значения, 9 1455делаются отметки ВИТ поршня на тактесжатия в первом цилиндре.По окончании записи диаграммы колебаний давления пусковое устройствовыключают. После остановки коленчатого вала давление воздуха во впускном тракте увеличивается эа счет поступления в него воздуха через неплотности. Измеряют продолжитель- Оность возрастания давления (например, с 50 до 80 кПа) и фиксируютего значение (например, ь = 15 с).Затем анализируют полученные данные и сопоставляют их с эталонными, ВДля дизеля ДРп, й 20 кПа, А,с 0,1,од = 55 с, с, = 25 с, п 200 об/мин,К=О,ЗЗ 1/мм, Ь = 2,25 с/мм, Ср =0,025 кПа/об/мин,Сначала по формуле (2) рассчитывают приведенное значение среднегодавления при значении й = О.Р=30+0,025 (200-220) =29,5 кПа.Сопоставляя его с допускаемым,видим, что Р ) Ро, т е Ро = Р.следовательно, рабочие объемы (впускной тракт камеры сгорания) имеют неплотность й2 мм. Из диаграммы колебаний давления получены значения а9 отн.ед а = а п=8 отн,ед., а= 30- 10 отн.ед. Согласно формуле (1)рассчитывается значение10-8А=- --- =0210 ф фкоторое больше А следовательно А ==А, И, наконец,Ф, (Ч Ч, ),С учетом этих данных матрицы герметичностей рабочих объемов (4)-(6).имеют значение Гс=Г=Гт=(РгАгЧг.) характеризующее неудовлетворительнуюгерметичность рабочих объемов. В первую очередь выясняют причину неудовлетворительной оценки герметичностивпускного тракта. Определяют (например, по положению клапанов газораспределения 1 положение остановки коленчатого вала. Устанавливают, чтовпускной тракт сообщен с 4-м цилиндром (лучшим по состоянию) за перио-дом перекрытия клапанов (выпускнойклапан этого цилиндра закрыт, впускной - открыт) . Отсюда делают вывод онегерметичности самого впускноготракта. Устраняют его неплотность(например, заменяют прокладку воздухоочистителя). Одновременно (с учетом А = А ) проверяют и при необходимости регулируют зазоры в клапанах 10254механизма газораспределения всех цилиндров (в первую очередь 2-го и 3-го цилиндров). После этого проводят повторную проверку, обработку и анализ показателей герметичности, на основе которых принимают окончательное решение о поэлементной и суммарной герметичности рабочих объемов,Рассмотрим пример реализации способа,в хозяйствах с небольшим парком обслуживаемых тракторов (например, в бригадах и отделениях колхозов и совхозов, где число тракторов составляет 10 - 20 шт). В этих случаях можно пользоваться упрощенными матрицами (4)-(6), исключив из них величину А (с учетом исходного предположения о равномерности неплотностей камер сго рания и необходимости проверки их). При этом в качестве средств для реализации способа достаточно иметь заслонку с вакуумметром и секундомер. Для центральных мастерских, хозяйств и станций технического обслуживания тракторов (число обслуживаемых тракторов для них 200-600) устройство для реализации способа можно снабдить механизмом отключения внешнего источника энергии (пускового устройства), срабатывающими от отметчика ВМТ с заданной задержкой, зави"сящей от типа двигателя. Такой меха". низм обеспечивает остановку коленчатого вала в заранее заданном положении и исключает необходимость повторных проверок,Предлагаемый способ достаточно прост в реализации и обеспечивает возможность проверки поэлементной и суммарной герметичности рабочих объемов двигателя без снятия форсунок, свечей и других разборно-сборочных работ, Результаты испытаний и производственной проверки способа показывают, что 58% дизелей, эксплуатируемых в сельском хозяйстве, имеют негерметичный впускной тракт (в отдельных хозяйствах 70 - 80% дизелей) и до 10% дизелей - неудовлетворительную герметичность камер сгорания, Общая продолжительность проверки герметичности предлагаемым способом (с учетом подключения приборов) составляет О - 15 мин, что в 4 - 6 (для четырехцилиндровых), 12 18 раз (для двенадцатицилиндровых1 1 Ддизелей) меньше продолжительностиэтой проверки известными способами.формула изобретения1, Способ определения герметичности рабочих объемов поршневой маины, заключающийся в том, что проручивают коленчатый вал, измеряют авление в диагностируемом объеме пределяют уровень минимального давения Р, который сравнивают с этаном Ррц и при РццРуу устра яют дефекты, о т л и ч а ю щ и й -я тем, что, с целью снижения труоемкости, перед прокручиванием ваа перекрывают впускной тракт отк.поают привод двигателя от посторонего источника и после остановки двиателя устанавливают за минимально озможное время вал в положение, сответствующее сообщению впускного ракта с наименьшим конструктивно озможным числом цилиндров, и при авлении, меньше 80 кПа, измеряют корость изменения давления во времени, которую сравнивают с эталоном.2. Способ по п.1 о т л и ч а юи й с я тем, что после достижения ин поворачивают вал на угол не меее 4 Я, измеряют амплитуды изменения давления, сопоставляют с эталоном и определяют относительную неравномерность герметичностей камер сгорания.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю- М и й с я тем, что после определения параметров, зависящих от герметичности, проводят дополнительнуюпневматическую опрессовку впускноготракта для каждой отдельной группынаименьшего конструктивно возможно"го числа цилиндров прокручиваниемколенчатого вала с остановками его вположениях, соответствующих сообщению впускного тракта последовательно 3 О с каждой иэ укаэанных групп цилиндров, при этом значения неравномернос",ти герметичностей камер сгорания оп" -ределяют по .разности измеренных скоростей нарастания давления.154. Способ по пп.1 и 2 о т л ич а ю щ и й с я тек что после огределения значений неравномерности герметичностей камер сгорания проводяг 2 О повторную дополнительную опрессовкувпускного тракта прокручиванием коленчатого вала с остановкой его вположении, соответствующем сообщениювпускного тракта одновременно с дву" 25 мя группа 1 и наименьшего, конструктив-.но возможного числа цилиндров, измеряют скорость нарастания давления вовпускном тракте, при этом герметичность камер сгорания дсполнительной 3 О второй группы цилиндров оценивают поразности скоростей нарастания давле"ния, измеренных при сообщении впускчого тракта только с первой группойцилиндров и одновременно с двумягруппами, а герметичность впускноготракта - по разности полученного значения и скорости нарастания давленияпри сообщении впускного тракта с вто- рой группой цилиндров,.г оооо оапа, оОтн, анеар ногьюлюгли Составитель К,Скибневский Техред М.Моргентал Корректор С.Черни Каса дак Тираж 78ого комите ГКНТ ССС 35, Москва Заказ 7449 о-полиграфическое предприятие, г. Ужгор .я, ул. 11 роектная Производст ПИ Государстве 118 Подписноета по изооретенцям и открьгпям по 1Ж, Раущская наб л, 4/5