СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в эксплуатационных условиях.

Известен способ определения технического состояния ДВС путем нахождения зависимости индикаторного давления в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала (см. патент РФ 2078324, кл. G 01 M 15/00, 1997), основанный на непрерывном измерении в фазе текущих значений угловых ускорений коленчатого вала двигателя, генерировании функции инерционной составляющей ускорения, а также связывающей активные силы в цилиндре с крутящим моментом, выделении составляющей ускорения, отражающей рабочие процессы в цилиндре, вычисления индикаторной диаграммы цилиндра.

Недостатком известного способа является необходимость установки сложных устройств для измерения неравномерности частоты вращения коленчатого вала и, следовательно, его дороговизна. Кроме того, данный способ не обладает высокой точностью, так как индикаторная диаграмма получается расчетным путем.

Наиболее близким по технической сущности является известный способ косвенного определения давления в цилиндре (см. Sensor for indirect pressure measuring in a cylinder/ Bizjan Francisek, Pavletic Radislav//Strojn. vestn. - 1995, 41; 7-8, с. 211-218, словен. , англ. ), основанный на измерении сигналов с тензодатчиков, установленных на уплотнительную прокладку газового стыка. По показаниям датчиков определяется действующее в цилиндре давление.

Недостатком известного способа является его невысокая точность при малых давлениях, а также его ограниченная унификация, так как уплотнительная прокладка заменяется при каждом демонтаже головки блока.

Задача заявляемого технического решения - разработка способа диагностики ДВС, позволяющего упростить ее проведение и снизить трудоемкость, а также повысить точность определения технического состояния ДВС в эксплуатационных условиях.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет в эксплуатационных условиях упростить и значительно снизить трудоемкость экспертизы технического состояния двигателя путем косвенного индицирования цилиндров двигателя за счет исключения необходимости применения специальной уплотнительной прокладки газового стыка с установленными на ней тензодатчиками, сложных устройств для измерения неравномерности частоты вращения коленчатого вала, специальных датчиков давлений, работающих при высокой температуре, и специальной головки блока цилиндров. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет повысить достоверность определения технического состояния ДВС за счет более точной идентификации данных.

Поставленная задача в способе достигается тем, что специальный датчик напряжений в виде стальной шайбы с закрепленными на ней тензорезисторами устанавливается под гайку или болт, крепящий головку блока. Датчики для разных типов двигателей изготавливаются индивидуально исходя из условия обеспечения работы материала, из которого изготовлен датчик, в зоне упругих деформаций. На стальной шайбе установлено четыре тензорезистора, которые образуют полную мостовую измерительную схему, из них два тензорезистора установлены для восприятия осевых деформаций, а два других тензорезистора для продольных деформаций.

Усилия, возникающие от действия сил давления газов в цилиндре ДВС, передаются шпилькам или болтам крепления головки блока цилиндров. При этом датчик напряжений воспринимает те же самые усилия, преобразуя их в электрический сигнал, который усиливается в усилителе сигнала с коррекцией нулевой линии и через аналого-цифровой преобразователь передается и обрабатывается в ЭВМ. Процесс обработки сводится к выделению из полученной кривой напряжений составляющих инерционных сил, а также внутренних сил и моментов, действующих в остове двигателя. Результирующая зависимость принимается за индикаторную диаграмму. Алгоритм обработки для различных двигателей отличен и зависит от конструктивных особенностей двигателя и места установки датчика.

На фиг. 1 приведены диаграммы рабочего процесса четырехтактного трех цилиндрового ДВС: а - индикаторная диаграмма, полученная при помощи датчика давления газов в цилиндре двигателя; б - индикаторная диаграмма, полученная заявляемым способом при помощи датчика напряжений.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема, реализующая заявляемый способ диагностики ДВС.

На фиг. 3 изображен разрез узла крепления датчика напряжений.

На фиг. 4 изображена схема крепления тензорезисторов на стальной шайбе.

Заявляемый способ осуществляется в следующей последовательности. Специальный датчик напряжений 1 в виде стальной шайбы 2 с закрепленными на ней тензорезисторами 3, предназначенный для измерения напряжений, действующих в шпильках 4 или болтах, крепящих головку 5 блока цилиндров, устанавливается под гайку 6 или болт, крепящий головку 5 блока цилиндров. Датчики 1 для разных типов двигателей изготавливаются индивидуально. Внутренний диаметр стальной шайбы 2 больше наружного диаметра резьбы шпильки 4 или болта, обеспечивая установку датчика 1 без натяга, наружный диаметр шайбы 2 выбирается для обеспечения условий работы материала датчика 1 в зоне упругих деформаций и нахождения наружной поверхности датчика 1 под действием осевых сил, действующих на шпильку 4 или болт, высота шайбы 2 выбирается для обеспечения условия нахождения рабочей части тензорезистора 3 в зоне с пропорциональной зависимостью между усилием, воздействующим на шайбу 2, и ее деформацией. На наружной поверхности шайбы 2 закреплено четыре тензорезистора 3 (Rl, R2, R3, R4), которые образуют полную мостовую измерительную схему, из них два тензорезистора Rl и R3 установлены для восприятия осевых деформаций, а два других - R2 и R4 для восприятия продольных деформаций, таким образом повышая чувствительность датчика 1.

Во время работы двигателя 7 усилия, возникающие от действия сил давления газов в цилиндре ДВС, через головку 5 блока цилиндров передаются шпилькам 4 или болтам крепления головки. При этом датчик напряжений 1 воспринимает те же самые усилия, преобразуя их в электрический сигнал, который усиливается в усилителе сигнала 8 с коррекцией нулевой линии. Одновременно с этим производится измерение сигнала с датчика угловых меток 9 с отметчиком оборотов. В дальнейшем сигналы через аналого-цифровой преобразователь 10 передаются и обрабатываются в ЭВМ 11. Процесс обработки полученных кривых напряжений, действующих в шпильках 4 или болтах, крепящих головку 5 блока, сводится к выделению составляющих инерционных сил и моментов, действующих в остове двигателя 7. Результирующая зависимость принимается за индикаторную диаграмму цилиндра двигателя. Затем сравнивают измеренную индикаторную диаграмму и ее числовые показатели с эталонными и определяют техническое состояние двигателя. Алгоритм обработки диаграмм напряжений для различных двигателей отличен и зависит от конструктивных особенностей двигателя и места установки датчика.

Таким образом, предлагаемый способ диагностики двигателей внутреннего сгорания методом косвенного индицирования может использоваться для исследования рабочего процесса двигателя, автоматизации управления рабочим процессом и режимом работы двигателя, для проведения экспертизы технического состояния ДВС в стендовых и эксплуатационных условиях. Способ позволяет оперативно и точно получать информацию о техническом состоянии двигателя.