RU2484440C1

RU2484440C1 - Diagnostics method of gas distributing mechanism of internal combustion engine, and device for method's implementation

Info

Publication number: RU2484440C1
Application number: RU2011150453/06A
Authority: RU
Inventors: Василий Андреевич Борисенко; Павел Андреевич Борисенко
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: diagnostics method of a gas distributing mechanism of an internal combustion engine consists in measurement of an angular movement of a crankshaft of the engine till the moment of opening of an inlet valve of the first support cylinder till the moment of the shaft position corresponding to upper dead point of a piston of the support cylinder. Measurement of angular movement of the crankshaft is carried out by means of an angular movement sensor converting an angular movement of the shaft to electric signals transmitted through a selection unit and a commutator to a digital counter. The valve opening moment and the shaft position corresponding to upper dead point of the cylinder piston are determined by means of sensors, the electric signals of which are also supplied to the selection unit and the commutator controlling the beginning and the end of measurement of angular movement of the crankshaft. As per readings of the counter, a digital value of turning angle of the crankshaft is determined, and by comparing that value to the digital value of the requirement of the design documentation for the gas distributing mechanism, its state is determined. Device for the method's implementation has been described.

EFFECT: higher measurement accuracy.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретения относятся к машиностроению и могут быть использованы для диагностирования газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при его эксплуатации, для измерения угловых параметров газораспределительного механизма (ГРМ) после сборки двигателя на ремонтном или машиностроительном предприятии с целью итогового контроля технологического процесса ремонта или изготовления двигателя.The invention relates to mechanical engineering and can be used to diagnose the gas distribution mechanism of an internal combustion engine (ICE) during its operation, to measure the angular parameters of the gas distribution mechanism (timing) after assembling the engine at a repair or engineering enterprise for the purpose of final control of the engine repair or manufacturing process.

Одним из важнейших параметров диагностирования ГРМ является величина угла поворота коленчатого вала ДВС от момента начала или окончания движения клапана до момента положения коленчатого вала, соответствующего положению поршня первого (опорного) цилиндра в верхней мертвой точке (ВМТ) или в нижней мертвой точки (НМТ). Числовое значение этих углов является характерным для каждой марки двигателя и устанавливается разработчиком при доводке новой конструкции двигателя, но в процессе эксплуатации двигателя вследствие износа звеньев кинематической цепи «коленчатый вал - клапан» изменяется, что приводит к снижению эффективных показателей работы двигателя.One of the most important parameters for diagnosing timing is the value of the angle of rotation of the engine's crankshaft from the moment the valve starts or ends to the position of the crankshaft corresponding to the position of the piston of the first (supporting) cylinder at top dead center (TDC) or at bottom dead center (BDC). The numerical value of these angles is characteristic for each brand of engine and is set by the developer when fine-tuning the new engine design, but during the operation of the engine due to wear of the links of the kinematic chain “crankshaft - valve” changes, which leads to a decrease in the effective performance of the engine.

Известен способ диагностирования ГРМ, включающий измерение фаз открытия (закрытия) клапана в зависимости от поворота коленчатого вала ДВС (http://injectorservice.com.ua/phase_plugin.php), при котором получают график изменения давления в цилиндре с помощью осциллографа при работе двигателя на холостом ходу. По положению характерных точек и участков графика давления в цилиндре судят о правильности взаимного положения коленчатого и кулачкового (газораспределительного) валов. Данный способ определяет скорее качественную, а не количественную характеристику фаз газораспределения, т.к. давление в цилиндре определяется не только состоянием ГРМ, но состоянием цилиндро-поршневой группы, состоянием сопряжения «клапан - гнездо клапана» и др. Способ предусматривает использование сложного и дорогостоящего оборудования (специальный осциллограф со встроенным модулем и программой «USB - осциллограф»).A known method for diagnosing timing, including measuring the valve's opening (closing) phases depending on the rotation of the ICE crankshaft (http://injectorservice.com.ua/phase_plugin.php), in which a graph of the pressure in the cylinder is obtained using an oscilloscope when the engine is running idling. By the position of characteristic points and sections of the pressure graph in the cylinder, the correct position of the crankshaft and cam (gas distribution) shafts is judged. This method determines the qualitative rather than quantitative characteristics of the valve timing, because the pressure in the cylinder is determined not only by the state of the timing, but by the state of the cylinder-piston group, the state of coupling “valve - valve socket”, etc. The method involves the use of complex and expensive equipment (a special oscilloscope with a built-in module and the program “USB - oscilloscope”).

Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является способ (ГОСНИТИ) проверки фаз газораспределения двигателя «в статике», (Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве. Под ред. Черноиванова В.И. М., 2003), заключающийся в том, что с помощью шаблона-угломера (например КИ - 13902) измеряют угол поворота коленчатого вала от момента начала открытия впускного клапана первого цилиндра до положения вала соответствующего ВМТ поршня первого цилиндра; измеренную с помощью шаблона величину угла сравнивают с эталонным значением (заданным конструкторской документацией) и делают вывод о состоянии газораспределительного механизма. Данный способ трудоемок (операция выполняется двумя исполнителями), велика погрешность измерения вследствие применения несовершенного средства измерения и отсутствия учета динамического фактора на передачу движения от коленчатого вала к клапану.The closest in technical essence and in the achieved result is the method (GOSNITI) for checking the engine timing "in statics", (Maintenance and repair of machinery in agriculture. Edited by V. Chernoivanov, 2003), which consists in that using a protractor template (for example, KI - 13902) measure the angle of rotation of the crankshaft from the moment the intake valve of the first cylinder begins to open to the shaft position of the corresponding TDC of the piston of the first cylinder; the angle measured using the template is compared with a reference value (specified by the design documentation) and a conclusion is made about the state of the gas distribution mechanism. This method is time-consuming (the operation is performed by two performers), the measurement error is large due to the use of an imperfect means of measurement and the lack of taking into account the dynamic factor for the transmission of movement from the crankshaft to the valve.

Известно устройство для диагностирования газораспределительного механизма ДВС (G01M 15/00, авторское свидетельство СССР №1686332, А1), содержащее датчик усилия и величины линейного перемещения клапанов, потенциометр для преобразования величины угла поворота коленчатого вала в электрический сигнал, двухкоординатный самописец, на который подаются сигналы датчиков и потенциометра через трехпозиционный выключатель. Полученные графики аналоговых сигналов сравнивают с эталонными графиками и делают выводы о состоянии ГРМ. Основными недостатками устройства является его ограниченность получением информации о ГРМ в виде аналогового сигнала, последующего измерения линейных величин сигналов и пересчета линейных значений в угловые.A device for diagnosing the gas distribution mechanism of the internal combustion engine (G01M 15/00, USSR author's certificate No. 1686332, A1), containing a force sensor and linear valve displacement, a potentiometer for converting the crankshaft angle into an electrical signal, a two-coordinate recorder, to which the signals are sent sensors and potentiometer through a three-position switch. The obtained graphs of analog signals are compared with the reference graphs and draw conclusions about the state of the timing. The main disadvantages of the device is its limited availability of information about the timing in the form of an analog signal, the subsequent measurement of linear values of the signals and conversion of linear values into angular.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство (Патент Российской Федерации N 2042125 кл. G01M 15/00, прототип), содержащее электроизолированное от головки седло клапана и клапан, соединенные последовательно проводами с осциллографом, образуя электрическую цепь; с осциллографом соединен и датчик ВМТ. Момент разрыва цепи (начало подъема клапана) и отметка сигнала датчика ВМТ фиксируются осциллографом, и по длине линии развертки между двумя отметками судят о величине угла поворота коленчатого вала.The closest in technical essence and the achieved effect is a device (Patent of the Russian Federation N 2042125 class G01M 15/00, prototype), containing a valve seat electrically insulated from the head and a valve connected in series with wires to an oscilloscope, forming an electric circuit; The TDC sensor is also connected to the oscilloscope. The moment of breaking the circuit (the beginning of the valve lift) and the mark of the TDC sensor signal are recorded by the oscilloscope, and the length of the scan line between the two marks is used to judge the value of the crankshaft rotation angle.

Это устройство сложно в осуществлении: электрическая изоляция седла даже одного клапана технологически сложна и трудоемка, измерение угла по длине линии развертки осциллографа не обеспечивает достаточной точности.This device is difficult to implement: the electrical insulation of the seat of even one valve is technologically complicated and time-consuming, measuring the angle along the length of the scan line of the oscilloscope does not provide sufficient accuracy.

Задача технического решения - повышение точности измерения фаз при диагностирования ГРМ двигателя при его работе на холостом ходу или при вращении его стартером, снижение трудоемкости проведения операции диагностирования, расширение номенклатуры проверяемых двигателей.The task of the technical solution is to increase the accuracy of phase measurement when diagnosing the engine timing when it is idling or when it is rotated by the starter, reducing the complexity of the diagnostic operation, expanding the range of engines being tested.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе диагностирования газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в измерении углового перемещения коленчатого вала двигателя с момента открытия впускного клапана первого опорного цилиндра до момента положения вала, соответствующего верхней мертвой точке поршня опорного цилиндра, в отличие от прототипа измерение углового перемещения коленчатого вала осуществляют при помощи датчика углового перемещения, преобразующего угловое перемещение вала в электрические сигналы, передаваемые через блок селекции и коммутатор на цифровой счетчик, момент открытия клапана и положение вала, соответствующее верхней мертвой точке поршня цилиндра, определяют с помощью датчиков, электрические сигналы которых также поступают на блок селекции и коммутатор, управляющий началом и окончанием измерения углового перемещения коленчатого вала, по показаниям счетчика определяют цифровое значение угла поворота коленчатого вала и, сравнивая это значение с цифровым значением требования конструкторской документации к газораспределительному механизму, определяют его состояние.The problem is solved in that in the proposed method for diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine, which consists in measuring the angular displacement of the crankshaft of the engine from the moment of opening the intake valve of the first support cylinder to the moment of the shaft position corresponding to the top dead center of the support cylinder piston, in contrast to the prototype measurement angular displacement of the crankshaft is carried out using an angular displacement sensor that converts angular displacement shaft into the electrical signals transmitted through the selection block and the switch to a digital counter, the valve opening time and the shaft position corresponding to the top dead center of the cylinder piston are determined using sensors, the electrical signals of which are also fed to the selection block and the switch that controls the start and end of the measurement angular displacement of the crankshaft, according to the readings of the counter determine the digital value of the angle of rotation of the crankshaft and, comparing this value with the digital value of the requirements of the designers documentation to the gas distribution mechanism, determine its condition.

Через каждый полный цикл работы цилиндра показания цифрового счетчика предварительно заносят в базу данных компьютера, а затем с помощью датчика положения выпускного клапана, блока селекции и коммутатора показания счетчика обнуляют и процесс измерения повторяют.After each full cycle of the cylinder, the readings of the digital counter are pre-recorded in the computer database, and then, using the position valve of the exhaust valve, the selection unit and the switch, the counter readings are reset and the measurement process is repeated.

Устройство для диагностирования газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик положения коленчатого вала, соответствующего верхней мертвой точке поршня опорного цилиндра, в отличие от прототипа на коленчатом валу для измерения угла его перемещения установлен датчик углового перемещения, соединенный с блоком селекции и коммутатором, установленным вне двигателя, к которому подсоединены датчик положения впускного клапана, размещенный на съемной технологической крышке клапанного механизма, устанавливаемой на диагностируемый двигатель, блок селекции и коммутатор подсоединены к блоку питания и цифровому счетчику, также соединенному с блоком питания. Устройство дополнительно содержит датчик положения выпускного клапана, размещенный на съемной технологической крышке клапанного механизма и соединенный с блоком селекции и коммутатором, а также компьютер, подсоединенный к цифровому счетчику. Использование датчика-энкодера для измерения углового перемещения коленчатого вала позволяет в сочетании с цифровым счетчиком повысить точность измерения, представить результаты измерения в виде числовых значений на дисплее счетчика или, при необходимости, передать их в базу данных компьютера для хранения и последующей статистической обработки, а использование технологических крышек клапанного механизма, соответствующих маркам проверяемых двигателей, снижает трудозатраты диагностирования двигателей и расширяет их номенклатуру.A device for diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine, comprising a crankshaft position sensor corresponding to the top dead center of the piston of the support cylinder, in contrast to the prototype, an angular displacement sensor is mounted on the crankshaft for measuring the angle of its movement, connected to the selection block and a switch mounted outside the engine to which the intake valve position sensor connected to the removable valve cover of the valve mechanism is connected is installed infused diagnosed on the engine block and the selection switch connected to the power supply unit and a digital counter, also connected to the power supply. The device further comprises an outlet valve position sensor located on a removable valve cover of the valve mechanism and connected to the selection unit and the switch, as well as a computer connected to the digital counter. The use of an encoder sensor for measuring the angular displacement of the crankshaft allows in combination with a digital counter to increase the measurement accuracy, present the measurement results as numerical values on the counter display or, if necessary, transfer them to a computer database for storage and subsequent statistical processing, and use technological valve cover, corresponding to the brands of the engines being tested, reduces the labor costs of diagnosing engines and expands their nomenclature.

Проведенный поиск по патентной и научно-технической литературе показал, что новая совокупность признаков и в способе, и в устройстве, позволяющая повысить точность измерения фаз газораспределения ДВС при его работе на холостом ходу и снизить трудоемкость диагностирования не известна из уровня техники, что доказывает соответствие технического решения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».A search in the patent and scientific and technical literature showed that a new set of features in the method and in the device, which allows to increase the accuracy of measuring the gas distribution phases of the internal combustion engine when it is idling and reduce the complexity of the diagnosis, is not known from the prior art, which proves the technical solutions to the criterion of "novelty" and "inventive step".

Для осуществления заявляемого способа используют устройство для диагностирования газораспределительного механизма ДВС путем измерения, цифровой визуализации и сохранения данных результатов измерения, блок-схема которого представлена на чертеже.To implement the proposed method using a device for diagnosing the gas distribution mechanism of the internal combustion engine by measuring, digital visualization and saving data of the measurement results, a block diagram of which is shown in the drawing.

Устройство содержит датчик 1 (энкодер), преобразующий угловое перемещение коленчатого вала в электрические сигналы; смонтированные на технологической крышке два и более датчика 2 положения впускного и выпускного клапанов (например, два датчика на первом (опорном) цилиндре ДВС); датчик 3 положения коленчатого вала, соответствующего ВМТ поршня опорного цилиндра, установленный на коленчатом валу, блок 4 селекции и коммутатор для подключения датчиков 2 и 3 подачи на цифровой счетчик 6 сигналов - команд «счет», «стоп», «обнуление»; блок 7 питания с выходными характеристиками, соответствующими требованиям энергообеспечения цифрового счетчика и блока 4 селекции, персональный компьютер 5 (при необходимости).The device comprises a sensor 1 (encoder) that converts the angular movement of the crankshaft into electrical signals; two or more sensors 2 of the position of the intake and exhaust valves mounted on the technological cover (for example, two sensors on the first (supporting) cylinder of the internal combustion engine); a sensor 3 of the position of the crankshaft corresponding to the TDC of the piston of the support cylinder mounted on the crankshaft, a selection unit 4 and a switch for connecting sensors 2 and 3 of the supply to the digital counter 6 signals — commands “count”, “stop”, “zeroing”; a power supply unit 7 with output characteristics corresponding to the energy requirements of a digital counter and a selection unit 4, a personal computer 5 (if necessary).

Устройство работает следующим образом. На проверяемый двигатель с предварительно отрегулированными тепловыми зазорами клапанов устанавливается технологическая крышка со смонтированными на ней датчиками 2 положения клапанов. Поворачивая коленчатый вал двигателя («от руки» или стартером), устанавливают кулачковый вал в положение «оба клапана закрыты»; датчики 2 положения клапанов, соединенные проводниками с блоком 4 селекции и коммутации 4, регулируют так, чтобы при изменении положения клапана (при начале движения) происходила смена потенциала на датчике 2, которая используется для выработки команд счетчику, при этом датчик 2 положения впускного клапана формирует команду «счет», а датчик 2 положения выпускного клапана этого же цилиндра формирует команду «обнуление». К цифровому счетчику 6 и блоку 4 селекции подключают блок питания 7. Цифровой счетчик 6 и блок 4 селекции и коммутации располагают в положении, удобном для управления и визуального наблюдения. Для проведения измерения датчику 1 углового перемещения (энкодеру) сообщают синхронные с коленчатым валом обороты (например, вал датчика прижимают через удлиняющую штангу к торцу коленчатого вала). «Вырезанное» из непрерывного потока количество электрических сигналов, соответствующее измеряемому углу поворота коленчатого вала, высвечивается на цифровом табло счетчика и (или) вводится в базу данных персонального компьютера; после команды обнуления на каждом последующем цикле (через каждый полный цикл работы цилиндра, т.е. 720° поворота коленчатого вала) счет электрических сигналов и процесс измерения повторяется.The device operates as follows. On the engine under test with pre-adjusted thermal valve clearances, a technological cover is installed with sensors 2 of valve positions mounted on it. Turning the crankshaft of the engine ("by hand" or starter), set the cam shaft to the position "both valves are closed"; the valve position sensors 2, connected by conductors to the selection and switching unit 4, are controlled so that when the valve position changes (at the beginning of the movement), the potential changes on the sensor 2, which is used to generate counter commands, while the intake valve position sensor 2 generates the command "account", and the sensor 2 of the position of the exhaust valve of the same cylinder generates the command "zeroing". The power supply 7 is connected to the digital counter 6 and the selection unit 4. The digital counter 6 and the selection and switching unit 4 are placed in a position convenient for control and visual observation. For measurement, the angular displacement sensor 1 (encoder) is informed of revolutions synchronous with the crankshaft (for example, the sensor shaft is pressed through an extension rod to the end of the crankshaft). The number of electrical signals “cut out” from the continuous stream corresponding to the measured angle of rotation of the crankshaft is displayed on the digital display of the counter and (or) entered into the database of the personal computer; after the zeroing command on each subsequent cycle (after each full cycle of the cylinder, i.e. 720 ° rotation of the crankshaft), the electrical signals are counted and the measurement process is repeated.

Предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерения, снизить трудозатраты проведения операций диагностирования, увеличить номенклатуру проверяемых ДВС.The proposed method and device for its implementation can improve the accuracy of measurement, reduce the labor costs of conducting diagnostic operations, increase the range of tested ICE.

Claims

1. A method for diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine, which consists in measuring the angular displacement of the crankshaft of the engine from the moment the intake valve of the first support cylinder is opened to the moment of the shaft position corresponding to the top dead center of the piston of the support cylinder, characterized in that the measurement of the angular displacement of the crankshaft using an angular displacement sensor that converts the angular displacement of the shaft into electrical signals transmitted through the unit the selection and the switch to the digital counter, the valve opening moment and the shaft position corresponding to the top dead center of the piston of the cylinder are determined using sensors, the electrical signals of which are also fed to the selection block and switch, which controls the start and end of measuring the angular displacement of the crankshaft, according to the counter determine the digital value of the angle of rotation of the crankshaft and, comparing this value with the digital value of the requirements of the design documentation for the gas distribution mechanism, determine his condition.

2. The method according to claim 1, characterized in that after each full cycle of the cylinder, the readings of the digital counter are pre-recorded in the computer database, and then using the position valve of the exhaust valve, the selection unit and the switch, the meter readings are reset and the measurement process is repeated.

3. A device for diagnosing a gas distribution mechanism of an internal combustion engine, comprising a crankshaft position sensor corresponding to a top dead center point of a piston of a support cylinder, characterized in that an angular displacement sensor is mounted on the crankshaft to measure its angle of movement, connected to a selection unit and a switch installed outside the engine to which the intake valve position sensor is connected, located on a removable diagnostic cover that is installed for diagnosis The engine, the selection unit, and the switch are connected to the power supply and a digital counter, also connected to the power supply.

4. The device according to claim 3, characterized in that it further comprises an outlet valve position sensor located on a removable technological cover connected to the selection unit and the switch, as well as a computer connected to a digital counter.