5 Диагностирование дизельных двс по составу картерных газов

Метод газового анализа позволяет определять отдельные неисправности или нарушение регулировок дизеля и поэтому, наряду с другими методами может быть принят для целей диагностирования рабочего процесса форсированных высокооборотных двухтактных дизелей.

Наличие данных о составе газов в любой момент времени процесса в цилиндре дизеля позволяет осуществить более глубокий в сравнении с традиционными методами анализ конструктивных элементов, образующих камеру сгорания по показателям внутрицилиндровых процессов.

Применение новых методик анализа опытных данных исключает погрешности, связанные с неизбежными допущениями, принимаемыми для получения важнейших показателей коэффициента полного тепловыделения, коэффициента индикаторного тепловыделения, которые дают возможность расчета относительных потерь теплоты в стенки цилиндра. Предложенные показатели более точно характеризуют процесс сгорания. Так, например коэффициент полного тепловыделения, идентифицируемый с характеристикой сгорания, на самом деле им не является.

Наличие данных о составе газа позволяет установить не только закон сгорания, но и закон топливоподачи и, следовательно, период запаздывания самовоспламенения.

Эти показатели являются важнейшими характеристиками конструктивных решений топливной аппаратуры и определяют взаимосвязь топливоподачи с конструкцией камеры сгорания и режимом работы дизеля. Кроме того, отбор пробы из зон распространения единичного факела способствует установлению неравномерности распространения факела топлива во времени и в пространстве камеры сгорания.

Таким образом, создаются предпосылки для конструирования камеры сгорания с целью обеспечения более равномерного распределения топлива, его лучшего перемешивания с воздухом и на этой основе создания двигателя с улучшенными характеристиками и технико-экономическими показателями.

Для реализации рассмотренного способа анализа показателей при создании и доводке двигателей, набора информативных параметров с целью диагностирования необходимы быстродействующие управляемые устройства отбора проб газа из цилиндров дизелей.

Несмотря на некоторое усложнение исследовательской аппаратуры, применение такого анализа состава газа обеспечит очевидное преимущество.

Для получения достаточной информации при осуществлении диагностирования двигателя с помощью газового анализа, пробы газа на анализ необходимо отбирать из общего выпускного коллектора, картера, цилиндров, в зоне выпускных органов газораспределения.

Для выполнения этих отборов двигатель должен быть подготовлен соответствующим образом. Наибольшие трудности при этом возникают в организации отбора проб газа из цилиндра по углу поворота коленчатого вала. Эти трудности связаны, прежде всего, с необходимостью установки устройства отбора газа в цилиндре и с управлением работой этого устройства. Выбор и подготовка мест отбора проб газов из картера, выхлопного трубопровода и зоны выпускных органов особых затруднений не вызывает. Для отбора проб газа из цилиндра газо-отборное устройство может быть установлено на место пускового клапана.

Таким образом, специальной организации газо-отборного отверстия из цилиндра не потребовалось, что также предопределило приоритетность метода газового анализа при выборе методов диагностирования двигателей. В качестве газо-отборного устройства для отбора проб газа из цилиндров дизелей предпочтение следует отдать клапану с электромагнитным приводом, достоинством которого является возможность осуществления гибкого дистанционного управления процессом отбора газа по заданной программе.

С этой целью создан электронный блок управления клапаном. Для проведения газового анализа в настоящее время применяется непрерывно действующая автоматическая аппаратура.

Такая аппаратура позволяет не только быстро и надёжно оценивать техническое состояние двигателя по результатам газового анализа, но и осуществлять постоянный контроль режимов работы двигателя в процессе стендовых испытаний.

Она позволяет делать дальнейший шаг в проведении диагностирования двигателя – создание автоматизированной СТД ДВС, включающей мини-ПВМ. В то же время необходимо отметить, что выпускаемая отечественная газоаналитическая аппаратура пока громоздка. Это затрудняет создание малогабаритного комплекса.

Надёжность системы диагностирования на основе газового анализа, прежде всего, определяется работоспособностью газо-отборного клапана, для которого характерны довольно тяжёлые условия работы (высокие температуры и давление газа в момент отбора пробы из цилиндра, особенно вблизи ВМТ). Поэтому требуется хорошее охлаждение клапана.

Потеря работоспособности клапана чаще всего связана с нарушением его плотности (коробление деталей клапана из-за плохого охлаждения, закоксовывание посадочного пояса клапана).

Однако эта неисправность клапана может быть легко обнаружена путём контроля её с помощью водяного затвора, к которому газоотборный тракт подключается в период отсутствия отбора проб.

При появлении пузырьков газа через затвор клапан должен быть подвергнут ревизии. Таким образом, состояние плотности газо-отборного клапана, которое во многом определяет надёжность работы клапана, можно легко контролировать. Это также следует отнести к достоинству рассматриваемой системы диагностирования.

Опыт создания системы технического диагностирования дизелей Опыт эксплуатации АСУ (автоматизированной системы управления), ТП (технического проектирования), ИД (инженерной диагностики) позволяет заимствовать многие положительные решения при создании СТД. При этом задачи, решаемые системами технического диагностирования, имеют свои особенности. Они связаны с тем, что испытуемый дизель не выводится из эксплуатации.

Структурная компоновка СТД определяется типом двигателя, возможностями или требованиями размещения СТД, широтой охвата диагностируемых узлов, агрегатов и систем дизеля и глубиной проникновения в них при оценке технического состояния.

Все эти и другие вопросы приводят к необходимости разработки требований к СТД дизелей.

Наиболее общие принципы, которым должны отвечать современные СТД, следующие:

Система функционального технического диагностирования должна представлять комплекс находящихся в структурной и функциональной взаимосвязи оборудования и приборов, предназначенных для приёма, обработки, хранения и выдачи информации о состоянии двигателя в любой момент без нарушения режима его эксплуатации.

Созданию СТД должно быть предварено техническое обоснование уровня структурных подразделений конструкции двигателя, подлежащих диагностированию (глубина диагностирования).

Выбор объёма и конкретизация контролируемых элементов конструкции (широта охвата), а также количество объединённых данной системой энергетических установок должны быть определены по результатам экономической оценки.

Выбор методов контроля для принятых к диагностированию структурных подразделений конструкции двигателя должны быть обоснованными. В соответствии с избранным методом должны быть проведены теоретические, расчётно-экспериментальные или опытные исследования по выбору количества информативных параметров, достаточных для формирования диагностического параметра и полного описания структурных параметров.

Комплекс методов и методик математического описания технического состояния элементов конструкции, должен быть представлен в виде локальных алгоритмов, объединённых в общий с полным охватом поступающей первичной информации.

При создании СТД должна быть предусмотрена возможность изменения объёма информации в сторону увеличения, уменьшения или замены. Это возможно в результате реализации принципа модульного (блочного) построения и унификации элементов СТД, измеряющих и обрабатывающих однотипные параметры.

Назначенный для диагностирования контрольный режим (режимы) должен быть технически обоснованным для получения наиболее полной и представительной информации в пределах принятого объёма контроля. При диагностировании должны быть приняты меры для сведения к минимуму флуктуации параметров контрольного режима.

При выборе методов для реализации в СТД, могут быть приняты любые физические, химические и т.д. методы, не нарушающие структурного и функционального взаимодействия комплекса СТД – двигатель – потребитель и его элементов.

Методы должны обеспечивать достоверность результатов при приемлемых быстродействии, сложности получения и обработки первичной информации. СТД должна предусматривать информацию о характере изменения структурных подразделений энергетической установки в их остаточном ресурсе, поиск и локализацию отказа на уровне, предусмотренном глубиной диагностирования.

В СТД должен быть реализован принцип периодического действия. Периодичность действия системы оценивается по результатам совместной работы СТД – двигатель в конкретных условиях эксплуатации и может изменяться с целью улучшения эффективности эксплуатации энергетической установки.

СТД должна быть обеспечена устройствами контроля её функционирования. Восстановление работоспособности системы после её отказа не должно сопровождаться изменением режима работы двигателя или его остановкой. Для получения невысокой (построечной) стоимости изготовления СТД целесообразно применение вычислительной техники специального и специализированного типа.

Основные требования к СТД должны быть установлены организацией-разработчиком и создателем энергетической установки, определяющей сферу её применения.

В технической документации должны быть предусмотрены места под установку первичных устройств измерения.

СТД должна быть автоматической. Однако на первичных стадиях создания и развития СТД допустимо создание автоматизированных систем с наличием программ и устройств ручного ввода информации.

Уровень погрешности измерения диагностических параметров и результирующей выходной информации должен быть технически выполнимым и экономически оправданным.

Заключение

Диагностика по параметрам картерного масла даёт возможность определить темп изнашивания деталей двигателя, качество работы воздушных и масляных фильтров, герметичность системы охлаждения, а также годность самого масла. Для этого необходимо периодически отбирать из картера пробы масла, измерять концентрацию в нём продуктов износа и кремния, определять вязкость и содержание воды. Превышение допустимых норм по концентрации в масле металлов укажет на неисправную работу сопряжённых деталей, превышение нормы содержания кремния — на неисправность фильтров, присутствие воды — на неисправность системы охлаждения, а пониженная вязкость позволит судить о годности масла.

Возможность диагностики двигателя по концентрации продуктов износа (свинца, хрома, железа, алюминия и др.) в картерном масле обусловлена зависимостью её уровня только от интенсивности изнашивания соответствующих деталей (подшипников, колец, цилиндров) двигателя. Это означает, что по истечении некоторого времени работы масла в двигателе (при практическом постоянстве объёма масла, интенсивности очистки и угаре) концентрация каждого из продуктов износа в масле достигает определённого уровня и стабилизируется. Убыль и пополнение взвешенных в масле частиц уравновешивается. Этот уровень будет тем выше, чем больше скорость изнашивания деталей двигателя. Так как скорость изнашивания при исправных системах фильтрации и охлаждения характеризует исправность сопряжения трущихся пар механизма, то по уровню концентрации можно выявить скрытые и назревающие отказы.

Библиографический список

1. Круглов М.Г., Савенков А.М., Маслов Ю.Л. Устройство для отбора газовых проб в двигателях внутреннего сгорания. "Двигатели внутреннего сгорания". Республиканский межведомственный научно-технический сборник. 1976, с. 77, 120, 131-135, 167.

2. Методика оценки достоверности результатов при исследовании токсичности отработавших газов дизелей / Звонов В.А., Заиграев Л.С., Дядин А.П. и др. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Харьков: ХГУ, 1976, вып.23, с. 74, 102-106, 128-132.

3. Станиславский Л.В. Техническое диагностирование дизелей. - Киев: Донецк: Вища школа, 1983, с. 59, 136.

4. Фурса В.В. Исследование образования окислов азота в цилиндре дизеля: Дис. На соиск. учен. Степ. Канд. Техн. Наук. – Ворошиловград, 1975, с. 46, 11-112, 147, 163-169.

5. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. – Киев: Наукова думка, 1974, с. 61, 234-235, 992.

6. Лушпа А.И. основы химической термодинамики и кинетики химических реакций. М.: Машиностроение, 1981, с. 61-71, 240.

7. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины./ Н.М. Глаголев и др.-3-е изд., перераб. и доп.-М: Транспорт,1973.– 336с.

8. Иноземцев Н.В. Курс тепловых двигателей. М.: 1952, с. 32, 75, 92-93, 95, 101, 121, 223, 248.

9. Анализ путей уменьшения токсичности дизелей /В.А. Звонов, Е.И. Боженок, А.П Дядин и др. //Двигатели внутреннего сгорания. -1976 – Вып 24, с. 62, 93, 115-124, 147, 356, 420-422, 441.

26