Проверка состояния двигателя устройством СИФД-1

Система измерения дискретных значений фазовых диаграмм периодических процессов СИФД-1 предназначена для диагностики технического состояния двигателей внутреннего сгорания по способу, пред* ложенному сотрудниками ГОСНИТИ С. М. Франкштейном и Ю. К. Бобковым. Эта система позволяет определять техническое состояние цилиндро-поршневой группы, механизма газораспределения, воздухоочистителя, топливной аппаратуры и муфты сцепления, а также частоту вращения коленчатого вала двигателя.

Сущность способа оценки технического состояния перечисленных узлов и механизмов двигателя при помощи данного устройства заключается в следующем.

Рабочие процессы, протекающие в камере сгорания, а также в системах газообмена и топливоподачи, при установившемся скоростном и нагрузочном режиме двигателя имеют характер импульсов, периодически повторяющихся от цикла к циклу и возникающих в строго определенной фазе по углу поворота коленчатого вала относительно в. м. т. При этом количество импульсов, создаваемых рабочим телом (газ, топливо и т. д.) во впускных и выпускных трактах двигателя, определяется числом цилиндров и тактностью работы двигателя. Так, в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе во впускном и выпускном коллекторах, картере двигателя и топливопроводах высокого давления возникают 4 импульса. Следовательно, техническое состояние какого-либо цилиндра и насосного элемента в данном случае можно оценить по результатам анализа импульса, создаваемого соответствующим цилиндром или насосным элементом.

Устройством СИФД-1 измеряют давление, фазовый сдвиг и продолжительность впрыска топлива и пульсаций газов, создаваемых каждым цилиндром на впуске, выпуске и в картере двигателя. Кроме того, при помощи этого прибора определяют степень пробуксовки муфты сцепления трактора.

Техническое состояние топливной аппаратуры оценивают по следующим показателям: давление затяжки пружины форсунки — по максимальному давлению, создаваемому плунжерной парой в топливопроводе; момент начала впрыска топлива — по фазовому сдвигу между в. м. т. поршня и первым максимумом амплитуды на кривой давления впрыска; продолжительность впрыска — по разности между углами начала и конца впрыска, определяемой по характеру изменения давления топлива в трубопроводе высокого давления; состояние плунжерных пар топливного насоса — по продолжительности нарастания давления в трубопроводе от момента начала подачи до момента начала впрыска топлива; частоту вращения коленчатого вала двигателя (кулачкового вала насоса) — по количеству импульсов, получаемых вследствие колебания давления в топливопроводе высокого давления.

Состояние клапанов газораспределения оценивают по величине амплитуды, продолжительности и фазовому сдвигу (относительно в. м. т, поршня) пульсаций газов во впускном и выпускном коллекторах.

Состояние цилиндро-поршневой группы оценивают по величине амплитуды пульсации потока газов в картере двигателя, создаваемой каждым цилиндром в отдельности.

Степень загрязненности воздухоочистителя оценивают по величине амплитуды импульсов, создаваемых во впускном воздушном тракте.

Степень пробуксовки муфты сцепления определяют по времени скольжения (пробуксовки) ведомого диска относительно ведущего на 360°.

Для фиксации соответствующих диагностических сигналов и преобразования их в электрические импульсы устройство СИФД-1 снабжено следующими элементами:

1) датчиками 22 давления впрыска (рис. 163), устанавливаемыми между насосными элементами и топливопроводами высокого давления или между этими же топливопроводами и форсунками;

2) датчиками 17, 19 и 20 давления газов, устанавливаемыми на впускном и выпускном трубопроводах и маслозаливной горловине;

3) датчиком 16 в. м. т., закрепляемым в отверстии для установочной шпильки.

У двигателей, не оборудованных установочной шпилькой, фазовый сдвиг пульсаций относительно в. м. т. определяют стробоскопом по моментам вспышек лампы 26. Для этого при неработающем двигателе устанавливают поршень первого цилиндра в в. м. т. и наносят риску на шкиве коленчатого вала против указателя, закрепляемого на крышке шестерен распределения. Чтобы определить фазовый сдвиг относительно в. м. т., освещают шкив лампой вспышки и поворотом ручки 27 потенциометра (переменного сопротивления) добиваются совмещения кажущегося изображения риски с указателем. Фазовый сдвиг определяют по показаниям индикатора 11 в градусах угла поворота коленчатого вала. На корпусе стробоскопа имеется тумблер, при переключении которого момент поджигания лампы вспышки дополнительно сдвигается на 180°.

Датчик давления впрыска, предназначенный для регистрации процессов впрыска в топливопроводе высокого давления, состоит из металлического корпуса, внутри которого помещен упругий мембранный элемент с наклеенными на него тензорезисторами. На корпусе датчика закреплена колодка с клеммами, к которым присоединены провода, идущие от тензорезисторов. При работе двигателя под действием порций топлива упругий элемент прогибается. Деформация мембраны воспринимается тензорезисторами, которые преобразуют механические колебания в электрические импульсы, пропорциональные величине давления топлива.

Внешний вид устройства СИФД-1: / — корпус измерительного прибора; 2 — ручка потенциометра «давление»; 3 — тумблер питания; 4 — сигнальная лампа; 5 — переключатель номера импульса; в — цифровой инднкатор; 7 — переключатель датчиков к каналу измерения; 8 — тумблер для включения начала и конца импульсов; 9 — тумблер для переключения диапазонов измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя; 10 — переключатель датчиков к опорному каналу; 11 — стрелочный индикатор «скорость», «фаза»; 12 — переключатель рода работы; 13 — соединительный кабель датчиков; 14 — шнур питания; 15 — штепсельный разъем для подключения кабеля с датчиками; 16 — датчик в. м. т.; 17, 19, 20 — датчики давления газов; 18 — штепсельный разъем для подключения прибора; 21 — штепсельный разъем для подключения стробоскопа; 22 — датчики давления впрыска; 23 — клеммы для подключения осциллографа; 24 — корпус стробоскопа; 25 — шнур; 26 — лампа' вспышки; 27 — ручка потенциометра.

Принцип измерения параметров впрыска заключается в рассечении импульсов впрыска установленным эталонным уровнем и измерении фазового сдвига между импульсами в. м. т. и моментом равенства давления впрыска величине эталонного уровня.

В корпусе датчика давления впрыска имеется перепускной канал с запорным устройством для выключения подачи топлива при проведении бестормозных испытаний двигателя.

Датчик давления газов, служащий для регистрации пульсаций во впускном или выпускном трубопроводах, а также в картере двигателя, включает в себя корпус с закрепленным внутри упругим мембранным элементом, на внутренней поверхности которого наклеены полупроводниковые преобразователи. Провода, идущие от преобразователей, присоединены к клеммам колодки, установленной на корпусе датчика. При работе двигателя мембрана под действием пульсирующего потока газов колеблется, вследствие чего изменяется сопротивление преобразователей, а значит, и величина напряжения на клеммах колодки.

Датчик в. м. т. состоит из катушки, намотанной на магнитный стержень и помещенной вблизи от торца полого корпуса-болта, залитого эпоксидной смолой. Другой конец корпуса-болта заканчивается разъемом для подключения датчика на вход измерительного прибора.

Датчики подключают к измерительному прибору при помощи кабелей 13 и штепсельного разъема 15 (Ш1), а стробоскоп — при помощи шнура 25 и штепсельного разъема 21 (ШЗ). Для подключения прибора к сети служат шнур 14 и штепсельный разъем 18 (Ш2).

Датчики питаются от стабилизаторов тока 1 и 7. Для подключения требуемых датчиков к стабилизаторам 1 и 7 на передней панели корпуса прибора расположены переключатели П1 и П2. С выхода стабилизатора тока 1 импульс давления поступает на вход устройства 2, в котором сигнал усиливается и сравнивается с эталонным уровнем, задаваемым поворотом ручки 2 потенциометра с градуированной шкалой «давление». В этом же устройстве происходит формирование старт-импульсов, соответствующих моментам равенства давления впрыска величине эталонного уровня. Тумблером 8 (на рис. 164 он обозначен индексом ПЗ) осуществляется выборка старт-импульсов, соответствующих моментам сравнения восходящих (положение «—») и нисходящих (положение «+») ветвей импульса впрыска с эталонным уровнем. Для подсчета числа старт-импульсов за время одного впрыска (протекающего по весьма сложному закону с наличием на кривой давления впрыска нескольких выпуклостей, вогнутостей и пик) имеется счетчик 3 импульсов  с дешифратором (устройством для расшифровки сигналов, поступающих на вход счетчика импульсов). Число старт-импульсов показывает цифровой индикатор 6 (см. также рис. 163, поз. 6). Цифровой индикатор служит для обозначения числа выбросов (пик) импульса впрыска, превышающих по амплитуде установленный эталонный уровень и подсчитанных счетчиком 3.

Структурная схема устройства СИФД-1: jt 7 — стабилизаторы тока; 2 — устройство для усиления и сравнения сигнала с эталонным уровнем; 3 — счетчик импульсов с дешифратором; 4 — генератор эталонных импульсов и фазового сдвига; 5 — коммутатор для подключения осциллографа; 6 — цифровой индикатор; 8 — формирователь импульсов; 9 — преобразователь фазового сдвига и временных интервалов; И — стрелочный индикатор «скорость», «фаза»; /7/ —/75 — переключатели; 1111 — штепсельный разъем для подключения к прибору датчиков; Rl, R2 — потенциометры (переменные сопротивления).

Выбор требуемого старт-импульса, фазовый сдвиг которого необходимо измерить, осуществляется переключателем П4 (на рис. 163 он обозначен поз. 5). Старт-импульс через переключатель П4 далее поступает на генератор 4 эталонных импульсов и фазового сдвига. Переключателем рода работы П5 (на рис. 163 он обозначен поз. 12) задается один из режимов работы прибора: измерение частоты вращения, 1-й режим измерения фазового сдвига (с датчиком в. м. т.) или 2-й режим измерения фазового сдвига (со стробоскопом). С генератора эталонных импульсов сигнал поступает на преобразователь 9 фазового сдвига и временных интервалов. Одновременно с генератора 4 сигнал поступает на формирователь 8 импульсов, предназначенный для формирования стандартных импульсов положительной полярности из импульсов, поступающих от датчика в. м. т. Эти импульсы тоже подаются на преобразователь Я в котором преобразуются в постоянный ток, подводимый к стрелочному измерительному индикатору (микроамперметру) Я.

В тех случаях, когда импульсы впрыска не представляется возможным привязать к в. м. т. (при проверке двигателей, не оборудованных установочной шпилькой), к генератору 4 подключают стробоскоп.

Для подключения к прибору электронно-лучевого осциллографа (с целью визуального наблюдения импульсов впрыска и эталонного уровня) предназначен коммутатор 5. Применение осциллографа в значительной мере облегчает процесс снятия фазовых диаграмм.

На передней панели корпуса измерительного прибора, кроме перечисленных органов управления и индикации, расположены следующие элементы:

тумблер 3 для подключения прибора к источнику питания напряжением 12 В или 220 В;

тумблер 9 для переключения диапазонов измерения частоты вращения коленчатого вала;

сигнальная лампочка 4 для сигнализации о включении прибора в сеть;

клеммы 23 «осциллограф», «синхронизация», «земля» для подключения прибора к соответствующим клеммам осциллографа.

При подключении к измерительному прибору электронного осциллографа на его экране можно визуально наблюдать получаемые импульсы, а при подключении шлейфового осциллографа — записывать импульсы на пленку или фотобумагу.

Техническая характеристика СИФД-1

Пределы измерения частоты вращения валов, об/мин 0—5000

Количество диапазонов частоты вращения............5

Пределы измерения фазовых параметров, град:

грубая шкала....................................0—360

точная шкала....................................0—90

Диапазон измерения давления, кгс/см2................0—275

Источник питания — сеть 220 В или аккумуляторная батарея 12 В

Габаритные размеры, мм............ 499x315x279

Масса, кг.........................15,5

Наряду с достоинствами описанного устройства (универсальность, компактность, возможность определения большого количества параметров состояния элементов машины и др.) оно обладает рядом существенных недостатков. К ним прежде всего относится несовершенство методов определения технического состояния топливного насоса. Например, при помощи данного устройства состояние плунжерной пары определяют по продолжительности этапа нагнетания топлива насосным элементом до момента начала впрыска, которая зависит и от состояния нагнетательного клапана. По мере изнашивания плунжерной пары продолжительность нагнетания возрастает, а по мере изнашивания разгружающего пояска нагнетательного клапана она сокращается, что объясняется в первом случае утечкой части топлива через зазор между плунжером и втулкой, а во втором — повышением остаточного давления в топливопроводе. Отсюда следует, что при изношенных прецизионных парах продолжительность этапа нагнетания может не только не возрасти, но даже сократиться.

Как показывают исследования, вследствие отсутствия четко выраженного конца прекращения подачи (впрыска) топлива определить продолжительность подачи (впрыска) по характеру изменения давления в топливопроводе высокого давления с достаточной точностью нельзя. По мере изнашивания прецизионных пар ошибка в определении этого показателя возрастает.

Что касается способов оценки состояния цилиндро-поршневой группы, механизма газораспределения и других узлов по величине амплитуды, продолжительности и фазовому сдвигу пульсаций потока газов, то отсутствие каких-либо данных, характеризующих точность и достоверность предлагаемых методов, пока не позволяет судить об их эффективности. Вопрос о целесообразности широкого применения данных методов может быть решен после проведения соответствующих исследований и установления номинальных, предельных и допустимых значений указанных параметров состояния.

При помощи описанного устройства показатели технического состояния топливного насоса четырехцилиндрового двигателя определяют в следующем порядке.

Для определения частоты вращения коленчатого вала сначала устанавливают ручку 2  в нулевое положение, переключатель 5 в положение «1», тумблер 8 в положение «—», переключатель 10 в положение «9», переключатель 7 в одно из первых четырех положений, переключатель 12 в положение «скорость». По показанию индикатора 11 определяют частоту вращения коленчатого вала. При установке тумблера 9 в положение «О—1000» показания индикатора соответствуют действительной частоте вращения; при установке тумблера в положение «1000—2000» к показанию индикатора следует прибавить 1000 об/мин.

Максимальное давление в момент начала впрыска топлива находят в такой последовательности. Устанавливают ручку 2 в нулевое положение, переключатель 5 в положение «1», тумблер 8 в положение «—», переключатель 10 в положение «9», переключатель 7 в положение, соответствующее номеру проверяемого цилиндра, переключатель 12 в положение «фаза I—VII» или «фаза II—III» в зависимости от номера проверяемого цилиндра. Плавно поворачивая ручку 2 до момента прекращения мигания индикаторной лампы, по шкале потенциометра определяют величину давления, а по показанию индикатора 11 — момент начала впрыска топлива.

При нормальном состоянии форсунки замеренное давление, называемое динамическим, превышает статическое давление, определяемое прибором КИ-562, на 60—80 кгс/см2. По мере изнашивания распылителя разница между динамическим и статическим давлением впрыска уменьшается.

Для определения момента начала впрыска топлива с использованием стробоскопа переключатель 10 устанавливают в одно из первых четырех положений, переключатель 12 — в положение «фаза со стробоскопом I—IV» или «фаза со стробоскопом II—III», в зависимости от номера проверяемого цилиндра. Освещая лампой вспышки 26 шкив коленчатого вала, вращением ручки 27 потенциометра добиваются совмещения изображения риски на шкиве с указателем в. м .т., после чего по показанию индикатора определяют момент начала впрыска топлива.