RU2034259C1

RU2034259C1 - Method of diagnosing internal combustion engine faults

Info

Publication number: RU2034259C1
Authority: RU
Inventors: Н.М. Громогласов; В.Г. Шолкин; М.Н. Громогласов
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1991-09-02
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: internal combustion engines; testing and diagnosing faults of cylinder-piston groups and engine assemblies. SUBSTANCE: method is based on registration of engine rpms depending on time with each cylinder cut in and out in turn. Engine rpms are recorded successively in steps set within range from minimum to maximum speed at fixed load at each speed and results obtained are compared with standard values. Technical condition of each cylinder and engine assembly is judged from results of comparing. EFFECT: higher information content and reliability of condition checking, accelerated diagnosing of engine. 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано для испытания и диагностики технического состояния каждой цилиндро- поршневой группы и двигателя в целом на этапах разработки, эксплуатации и предупредительного ремонта. The invention relates to internal combustion engines and can be used to test and diagnose the technical condition of each cylinder-piston group and the engine as a whole at the stages of development, operation and preventive maintenance.

Известен способ оценки технического состояния многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в выявлении разницы в мощностях, развиваемых всеми цилиндрами и основными цилиндрами двигателя при его работе на заданном скоростном и нагрузочном режимах [1]
Для оценки технического состояния двигателя по данному способу измеряют мощность двигателя при работе на всех цилиндрах, затем отключают выделяемый (проверяемый) цилиндр и дополнительным изменением внешней нагрузки при блокировке элементов регулирования основных цилиндров восстанавливают заданный скоростной режим двигателя. Далее измеряют мощность основных цилиндров и по разности мощностей, развиваемых всеми цилиндрами и основными, выявляют техническое состояние двигателя раздельно по цилиндрам.A known method for assessing the technical condition of a multi-cylinder internal combustion engine, which consists in identifying the difference in power developed by all cylinders and the main cylinders of the engine when it is running at a given speed and load conditions [1]
To assess the technical condition of the engine by this method, the engine power is measured when working on all cylinders, then the allocated (tested) cylinder is turned off and the specified engine speed is restored by blocking the control elements of the main cylinders. Next, measure the power of the main cylinders and the difference in power developed by all cylinders and the main, identify the technical condition of the engine separately for the cylinders.

Недостатком данного способа является низкая информативность при оценке технического состояния двигателя, так как способ позволяет измерить только один параметр мощность, т.е. энергетический вклад каждого цилиндра в общую мощность двигателя при дополнительном изменении внешней нагрузки. The disadvantage of this method is the low information content in assessing the technical condition of the engine, since the method allows you to measure only one parameter, power the energy contribution of each cylinder to the total engine power with an additional change in external load.

Кроме того, погрешность установки скоростных режимов для каждого цилиндра при его выключении, а также измерение мощностей на разных скоростных и нагрузочных режимах приводят к получению недостоверных результатов. In addition, the error in setting the speed conditions for each cylinder when it is turned off, as well as the measurement of power at different speed and load conditions, lead to unreliable results.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания, основанный на замере частоты вращения коленчатого вала при отключении цилиндров [2]
Данный способ реализуется следующими операциями: устанавливают максимальный скоростной режим на прогретом работающем двигателе, выключают один цилиндр, нагружают оставшиеся работающие цилиндры до максимальной мощности и замеряют при это частоту вращения коленчатого вала. Затем включают ранее выключенный цилиндр и после стабилизации режима работы двигателя вторично замеряют число оборотов коленчатого вала. Далее все операции повторяют для каждого цилиндра. По результатам вторичных замеров числа оборотов вала в зависимости от времени при поочередном отключении и включении каждого цилиндра расчетным путем определяют неравномерность их работы.Closest to the technical nature of the proposed is a method for determining the uneven operation of the cylinders of an internal combustion engine, based on measuring the speed of the crankshaft when the cylinders are turned off [2]
This method is implemented by the following operations: set the maximum speed mode on a warm running engine, turn off one cylinder, load the remaining working cylinders to maximum power and measure the speed of the crankshaft. Then, the previously turned off cylinder is turned on, and after stabilization of the engine operation mode, the number of revolutions of the crankshaft is measured a second time. Further, all operations are repeated for each cylinder. According to the results of secondary measurements of the number of revolutions of the shaft, depending on the time, when each cylinder is switched off and turned on alternately, the unevenness of their operation is determined by calculation.

Этот способ дает информацию только о неравномерности работы цилиндров в одном максимальном скоростном режиме и не позволяет судить о таких технических и энергетических показателях каждого цилиндра и двигателя в целом, как компрессионная и энергетическая способность в рабочем диапазоне скоростей, степень износа, коэффициент механических потерь, оптимальность угла опережения зажигания и топливообеспечения. This method provides information only about the non-uniformity of the cylinders in one maximum speed mode and does not allow to judge such technical and energy indicators of each cylinder and the engine as a whole, such as compression and energy ability in the working speed range, degree of wear, coefficient of mechanical losses, optimum angle timing of ignition and fuel supply.

Кроме того, распределение мощности по цилиндрам в зависимости от числа оборотов двигателя при заданном максимальном скоростном режиме и изменяемых нагрузках различно, что вносит погрешность в результаты вторичных замеров числа оборотов двигателя и, следовательно, не обеспечивает достоверной информации о неравномерности работы цилиндров. In addition, the distribution of power among the cylinders depending on the number of engine revolutions at a given maximum speed mode and variable loads is different, which introduces an error in the results of secondary measurements of the engine speed and, therefore, does not provide reliable information about the uneven operation of the cylinders.

Способ при определении неравномерности работы цилиндров предусматривает регистрацию вторичных замеров чисел оборотов коленчатого вала, установление их максимальной и минимальной величин и расчет неравномерности работы цилиндров по формуле, что ведет к повышению длительности измерений. The method for determining the unevenness of the cylinders includes the registration of secondary measurements of the number of revolutions of the crankshaft, establishing their maximum and minimum values and calculating the unevenness of the cylinders according to the formula, which leads to an increase in the duration of measurements.

Таким образом, существенными недостатками данного способа являются низкая информативность, недостаточная достоверность и длительность процесса диагностирования. Thus, significant disadvantages of this method are low information content, lack of reliability and the duration of the diagnostic process.

Задача изобретения повышение информативности и достоверности способа и ускорение процесса диагностирования технического состояния двигателя внутреннего сгорания. The objective of the invention is to increase the information content and reliability of the method and accelerate the process of diagnosing the technical condition of an internal combustion engine.

Это достигается тем, что в способе диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания, основанном на регистрации числа оборотов двигателя в зависимости от времени при поочередном отключении и включении каждого из цилиндров, регистрацию числа оборотов двигателя осуществляют последовательно для ряда заданных в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом режиме, полученные зависимости сравнивают с эталонными и по результатам сравнения судят о техническом состоянии каждого из цилиндров и двигателя в целом. This is achieved by the fact that in the method for diagnosing the technical condition of the internal combustion engine, based on the registration of the engine speed depending on the time when each of the cylinders is turned off and on, the engine speed is recorded sequentially for a number of specified in the range from the minimum to maximum speed modes at a fixed load in each mode, the obtained dependencies are compared with the reference ones and the technical condition is judged by the results of the comparison each of the cylinders and the engine as a whole.

На фиг. 1 представлены зависимости числа оборотов двигателя от времени для заданных в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом режиме; на фиг. 2 эталонный "диагностический треугольник"; на фиг. 3 "диагностический треугольник" проверяемого цилиндра; на фиг. 4 семейство динамических характеристик неравномерности работы цилиндров. In FIG. Figure 1 shows the dependences of the engine speed on time for those specified in the interval from minimum to maximum speed modes at a fixed load in each mode; in FIG. 2 reference "diagnostic triangle"; in FIG. 3 "diagnostic triangle" of the tested cylinder; in FIG. 4 family of dynamic characteristics of the uneven operation of the cylinders.

Предлагаемый способ диагностики технического состояния двигателя предусматривает следующие операции. The proposed method for diagnosing the technical condition of the engine includes the following operations.

На прогретом двигателе устанавливают минимальный скоростной режим с фиксированной нагрузкой, при котором двигатель не останавливается в случае поочередного отключения цилиндров. On a warm engine, set the minimum speed mode with a fixed load, in which the engine does not stop if the cylinders are switched off one by one.

Отключают в данном режиме в момент времени t_о первый цилиндр. При этом число оборотов двигателя начинает уменьшаться и достигает величины n₁ за время τ₁= t_o t₁.Turn off in this mode at time t _{about the} first cylinder. In this case, the engine speed starts to decrease and reaches the value of n ₁ during the time τ ₁ = t _o t ₁ .

Далее включают первый цилиндр и двигатель, набирая обороты, выходит на прежний режим за время τ₂ t₂ t₁. Таким образом, на фиг. 1 фиксируются две характерных кривых: "выбега" и "разгона".Next, turn on the first cylinder and the engine, gaining momentum, returns to its previous mode during the time τ ₂ t ₂ t ₁ . Thus, in FIG. 1 two characteristic curves are fixed: “run-out” and “acceleration”.

По характеру кривой "выбега", ограниченной ординатой Δ n₁ изменением числа оборотов первого цилиндра и абсциссой τ₁ временем "выбега" (первый "диагностический треугольник"), судят о техническом состоянии данной цилиндропоршневой группы: компрессионная способность цилиндра, величина механических потерь, степень износа, маслообеспечение в сопряжении поршень втулка и т.д.By the nature of the “stick out” curve bounded by the ordinate Δ n _{1 by the} change in the number of revolutions of the first cylinder and the abscissa τ _{1 by the} “stick out” time (first “diagnostic triangle”), the technical state of this cylinder-piston group is judged: compression capacity of the cylinder, value of mechanical losses, degree wear, oil supply in conjugation piston bushing, etc.

Чем круче характер кривой "выбега", т.е. чем меньше τ₁, тем выше компрессионная способность цилиндра и ниже коэффициент механических потерь между поршнем и гильзой цилиндра.The steeper the nature of the “run-out” curve, i.e. the smaller τ ₁ , the higher the compression ability of the cylinder and the lower the coefficient of mechanical losses between the piston and the cylinder liner.

Второй "диагностический треугольник", образованный ординатой Δ n₁, абсциссой τ₂ временем "разгона" и плавно нарастающей кривой "разгона", определяет энергетические способности цилиндра, которые зависят от качества топливовоздушной смеси, оптимальности угла опережения зажигания или впрыска дизельного топлива, качества настройки механизмов фаз газораспределения.The second “diagnostic triangle”, formed by the ordinate Δ n ₁ , abscissa τ _{2 by the} “acceleration” time and a smoothly increasing “acceleration” curve, determines the energy capabilities of the cylinder, which depend on the quality of the air-fuel mixture, the optimality of the timing of ignition or injection of diesel fuel, and the quality of tuning valve timing mechanisms.

Чем круче кривая "разгона" данной цилиндропоршневой группы, тем большими энергетическими способностями обладает диагностируемый цилиндр. The steeper the “acceleration” curve of this cylinder-piston group, the greater the energy capabilities of the diagnosed cylinder.

Эти операции проводят для каждой цилиндропоршневой группы двигателя. These operations are carried out for each cylinder-piston group of the engine.

Таким образом, по виду "диагностических треугольников" (характеру кривых "выбега" и "разгона", изменению величин Δ n и τ) для проверяемого цилиндра и в каждом заданном в интервале скоростном режиме устанавливают не только энергетическую способность проверяемого цилиндра, но и компрессионную способность, коэффициент механических потерь, степень износа и т.д. что значительно повышает информативность способа. Thus, by the type of “diagnostic triangles” (the nature of the “run-out” and “acceleration” curves, the change in Δ n and τ) for the tested cylinder and in each speed range specified in the interval, not only the energy capacity of the tested cylinder is set, but also the compression ability , coefficient of mechanical losses, degree of wear, etc. which significantly increases the information content of the method.

Сравнение "диагностических треугольников" проверяемого цилиндра и эталонного (фиг. 2 и 3) показывает, что энерге- тические способности как проверяемого, так и эталонного цилиндров равны (Δ n одинаковы), но для проверяемого цилиндра τ₁ меньше, а τ₂ больше, чем у эталонного, т.е. характер "выбега" и "разгона" сравниваемых цилиндров различны. Это говорит о наличии в проверяемом цилиндре завышенного коэффициента механических потерь, который обуславливает быстрый спад при выключении цилиндра и долгий разгон при его включении.A comparison of the “diagnostic triangles” of the cylinder being tested and the reference cylinder (Figs. 2 and 3) shows that the energy capabilities of both the test cylinder and the reference cylinder are equal (Δ n are the same), but for the cylinder being tested, τ _{1 is} less and τ _{2 is} greater, than the reference, i.e. the nature of the "run-out" and "acceleration" of the compared cylinders are different. This indicates the presence in the tested cylinder of an overestimated coefficient of mechanical losses, which causes a rapid decline when the cylinder is turned off and a long acceleration when it is turned on.

При данных условиях площади "диагностических треугольников" заметно различаются, что говорит о наличии задиров в цилиндре, о недостаточной приработке сопряжения поршень втулка при обкатке, т.е. о степени изношенности цилиндра. Under these conditions, the areas of the "diagnostic triangles" noticeably differ, which indicates the presence of scoring in the cylinder, insufficient running-in of the interface between the piston and the sleeve during run-in, i.e. about the degree of deterioration of the cylinder.

Полученные зависимости числа оборотов двигателя от времени могут быть зарегистрированы в цифровом виде. При этом их сравнивают с эталонными зависимостями, заложенным в ЭВМ на основе статистических данных. The obtained dependences of the engine speed on time can be recorded in digital form. Moreover, they are compared with the reference dependencies embedded in the computer on the basis of statistical data.

Таким образом, анализ "диагностических треугольников" для каждого поочередно выключаемого и включаемого цилиндра в интервале от минимального до максимального скоростных режимов при фиксированной нагрузке в каждом и сравнение их с эталонными зависимостями позволяет получить положительный эффект, а именно проводить экспресс-диагностику технического состояния каждого из цилиндров и двигателя в целом и тем самым повысить информативность и достоверность способа диагностики. Thus, the analysis of “diagnostic triangles” for each cylinder that is alternately switched off and on in the range from minimum to maximum speed modes with a fixed load in each and comparing them with reference dependencies allows you to get a positive effect, namely, to carry out express diagnostics of the technical condition of each cylinder and the engine as a whole and thereby increase the information content and reliability of the diagnostic method.

Кроме того, из полученных зависимостей можно выявить динамические характеристики неравномерности работы цилиндров в полном диапазоне рабочих оборотов двигателя, т.е. зависимости Δ n для каждого цилиндра от n числа оборотов (фиг. 4), которые наглядно показывают на степень неидентичности рабочих процессов в цилиндропоршневых группах двигателя. In addition, from the obtained dependencies, it is possible to identify the dynamic characteristics of the non-uniformity of the cylinders in the full range of engine revolutions, i.e. the dependences Δ n for each cylinder on the n number of revolutions (Fig. 4), which clearly show the degree of non-identity of the working processes in the cylinder-piston groups of the engine.

В идеальном случае эти зависимости для всех цилиндропоршневых групп должны быть совмещены. Ideally, these dependencies for all cylinder-piston groups should be combined.

Динамические характеристики неравномерности работы цилиндров (фиг. 4) могут являться паспортными данными на новый двигатель и служить базовой характеристикой при эксплуатации и ремонте. The dynamic characteristics of the uneven operation of the cylinders (Fig. 4) can be passport data for a new engine and serve as a basic characteristic during operation and repair.

Реализация способа проста в аппаратном исполнении и может быть проведена с использованием имеющейся аппаратуры отечественного производства. The implementation of the method is simple in hardware design and can be carried out using existing domestic equipment.

Большая информативность способа позволяет за короткое время с малыми затратами без переборки двигателя оценить "поведение", состояние двигателя в динамическом режиме и определить время, необходимое на обкатку двигателя на конвейере, при экономии топлива и рабочего времени завода-изготовителя. The high information content of the method allows for a short time with low costs without engine overhaul to evaluate the "behavior", the state of the engine in dynamic mode and determine the time required to run the engine on the conveyor, while saving fuel and working time of the manufacturer.

Claims

METHOD FOR DIAGNOSTIC OF TECHNICAL CONDITION OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, based on the registration of the engine speed as a function of time when each cylinder is switched off and on alternately, characterized in that the engine speed is recorded sequentially for a number of specified in the range from the minimum to the maximum speed modes the load in each mode, the obtained dependencies are compared with the reference ones and the technical condition of each th of cylinders and the engine as a whole.