RU2458330C1 - Method of diagnosing ice valve timing gear - Google Patents

Method of diagnosing ice valve timing gear Download PDF

Info

Publication number
RU2458330C1
RU2458330C1 RU2011105673/06A RU2011105673A RU2458330C1 RU 2458330 C1 RU2458330 C1 RU 2458330C1 RU 2011105673/06 A RU2011105673/06 A RU 2011105673/06A RU 2011105673 A RU2011105673 A RU 2011105673A RU 2458330 C1 RU2458330 C1 RU 2458330C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crankshaft
engine
decompressed
values
cylinders
Prior art date
Application number
RU2011105673/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Гребенников (RU)
Сергей Александрович Гребенников
Александр Сергеевич Гребенников (RU)
Александр Сергеевич Гребенников
Максим Геннадьевич Петров (RU)
Максим Геннадьевич Петров
Дмитрий Викторович Федоров (RU)
Дмитрий Викторович Федоров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority to RU2011105673/06A priority Critical patent/RU2458330C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2458330C1 publication Critical patent/RU2458330C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to testing ICE valve timing gear. Proposed method comprises decompressing engine cylinders, cranking engine crankshaft, registering crankshaft angular speed variation, defining amplitudes and phases of crankshaft angular acceleration extremums. Deviation from the latter is used to decide on the state of valve timing gear. Crankshaft is cranked in idling at preset rpm. Cranking is carried by one operating cylinder with other cylinders being decompressed. Angular speed variation is registered within complete kinematic cycle for periods corresponding to expansion strokes in decompressed cylinders.
EFFECT: ruled out extra errors in measurements.
3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам испытания и диагностирования двигателя внутреннего сгорания, и может быть использовано для определения технического состояния механизма газораспределения в процессе изготовления, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта двигателя внутреннего сгорания.The invention relates to engine building, in particular to methods for testing and diagnosing an internal combustion engine, and can be used to determine the technical condition of the gas distribution mechanism during manufacturing, operation, maintenance and repair of an internal combustion engine.

Известны виброакустические способы диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания путем определения значений амплитуд виброимпульсов и фазовых сдвигов по углу поворота коленчатого вала относительно положений верхних мертвых точек поршней цилиндров. Виброакустические импульсы регистрируются в моменты посадки впускных и выпускных клапанов при работе двигателя на установившемся скоростном режиме холостого хода [1] или при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя от 800…1000 мин-1 до максимальных оборотов [2]. Сравнивая полученные значения диагностических параметров с их номинальными значениями, делают заключение о техническом состоянии механизма газораспределения, главным образом, тепловых зазорах сопряжений «стержень клапана - коромысло».Known vibroacoustic methods for diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine by determining the values of the amplitudes of vibration pulses and phase shifts by the angle of rotation of the crankshaft relative to the positions of the top dead points of the pistons of the cylinders. Vibroacoustic pulses are recorded at the moments of landing of the intake and exhaust valves when the engine is running at a steady high-speed idle mode [1] or when the engine speed changes from 800 ... 1000 min -1 to maximum revolutions [2]. Comparing the obtained values of the diagnostic parameters with their nominal values, a conclusion is drawn about the technical condition of the gas distribution mechanism, mainly, the thermal clearance of the “valve stem - rocker” interface.

Недостатками виброакустического способа являются низкая точность и не универсальность использования средств диагностирования, его реализующего, для всего многообразия конструкций ДВС. При диагностировании механизма газораспределения по этому способу серьезные трудности возникают с определением места и способа установки датчика вибрации. Сигналы, идущие от отдельных клапанов, проходят до датчика различный путь и через разные среды в корпусе двигателя, поэтому их энергия будет неодинаковой, что затрудняет расшифровку получаемой информации и снижает точность диагностирования. Из-за значительного разброса частот собственных колебаний основных элементов в различных моделях двигателей создание универсального устройства для диагностирования механизма газораспределения виброакустическим способом практически невозможно. Использование ряда специализированных средств диагностирования для каждой модификации двигателей экономически и технически неоправданно.The disadvantages of the vibro-acoustic method are low accuracy and not the universality of the use of diagnostic tools, which implements it, for the whole variety of ICE designs. When diagnosing the gas distribution mechanism by this method, serious difficulties arise with determining the place and method of installing the vibration sensor. The signals coming from individual valves pass to the sensor in a different way and through different media in the engine housing, so their energy will be different, which makes it difficult to decrypt the information received and reduces the accuracy of diagnosis. Due to the significant spread in the frequencies of natural vibrations of the main elements in various engine models, it is almost impossible to create a universal device for diagnosing the gas distribution mechanism using a vibroacoustic method. The use of a number of specialized diagnostic tools for each engine modification is economically and technically unjustified.

Существуют также способы диагностирования механизма газораспределения, основанные на измерении показателей линейных перемещений различных его элементов с помощью магнитоэлектрических преобразователей [3].There are also methods for diagnosing the gas distribution mechanism, based on measuring the linear displacement of its various elements using magnetoelectric converters [3].

Основной их недостаток заключается в том, что материал клапанных крышек должен изготавливаться из немагнитных материалов (алюминиевых сплавов или пластмасс) и желательно прозрачных, так как установка датчиков должна быть строго ориентированной относительно положений, например, коромысел клапанного механизма. Точность диагностирования этими методами недостаточная по причине нарушения центровки установленного датчика относительно контролируемого элемента, которая изменяется по мере изнашивания сопряжении механизма газораспределения в процессе эксплуатации двигателя.Their main disadvantage is that the material of the valve covers must be made of non-magnetic materials (aluminum alloys or plastics) and preferably transparent, since the installation of the sensors should be strictly oriented with respect to positions, for example, the rocker arm of the valve mechanism. The accuracy of diagnosis by these methods is insufficient due to a violation of the alignment of the installed sensor relative to the element being monitored, which changes as the timing mechanism wears out during engine operation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ диагностирования клапанных пружин газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания путем оценки их жесткости при заданной частоте вращения, заключающийся в том, что двигатель декомпрессируют, прокручивают от внешнего привода при заданной частоте вращения, регистрируют изменение угловой скорости распределительного (коленчатого) вала в пределах полного кинематического цикла, а жесткость пружин оценивают по изменению амплитуд и фаз экстремумов угловой скорости [4].The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed method is the method of diagnosing valve springs of the gas distribution mechanism of an internal combustion engine selected as a prototype by evaluating their stiffness at a given speed, which consists in the fact that the engine is decompressed, scrolled from an external drive at a given speed , record the change in the angular velocity of the camshaft (crankshaft) within the full kinematic cycle, and v springs evaluated by the change of amplitudes and phases of the extrema of the angular velocity [4].

За значения фаз экстремумов угловой скорости принимают интервалы угла поворота коленчатого вала от положений, соответствующих нахождению поршня конкретного цилиндра в верхней мертвой точке (ВМТ), до положений, соответствующих значению минимальной или максимальной угловых скоростей коленчатого вала, определенных на участках ее изменения при осуществлении полного такта расширения в этом цилиндре.For the values of the phases of the extrema of the angular velocity, we take the intervals of the crankshaft rotation angle from the positions corresponding to the location of the piston of a particular cylinder at top dead center (TDC) to the positions corresponding to the minimum or maximum angular velocities of the crankshaft determined in the areas of its change during a full cycle expansion in this cylinder.

Недостатками этого способа диагностирования являются узкая специализация, направленная на определение технического состояния только клапанных пружин, и недостаточная точность. Низкая точность способа обусловлена следующими причинами. Вследствие наличия операции прокручивания коленчатого вала декомпрессированного двигателя стартером из-за динамического взаимодействия (соударений) зубьев ведущей шестерни стартера с венцом маховика, полученная электронным тахометром диаграмма изменений угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота представляет собой цепь высокочастотных пикообразных колебаний угловой скорости относительно действительных их значений. Наложение высокочастотной составляющей на низкочастотную составляющую изменения угловой скорости коленчатого вала искажает реальный закон ее изменения. В процессе эксплуатации двигателя техническое состояние зубчатого зацепления «стартер - венец маховика» постоянно ухудшается, следовательно, погрешность определения значений амплитуд и фаз экстремумов угловой скорости с увеличением наработки двигателя будет также увеличиваться. Экспериментальные данные свидетельствуют, что на режимах прокрутки двигателя даже при допустимых износах зубчатого зацепления, отдельные последовательные значения мгновенных угловых скоростей коленчатого вала по углу его поворота на некоторых участках ее изменения имеют размах колебаний, противоречащий физическому смыслу. Существующие математические алгоритмы сглаживания полученных зависимостей мгновенных угловых скоростей (ускорений) коленчатого вала от угла его поворота методами скользящих медиан, наименьших квадратов [5], другими их аналогами не позволяют добиться удовлетворительной точности определения значений амплитуд и фаз экстремумов угловой скорости коленчатого вала. Дополнительную трудность при создании алгоритмов учета и снижения влияния погрешности от высокочастотной составляющей угловой скорости вносит несистематический характер изменения зазоров в зацеплениях зубьев шестерни стартера и венца маховика, поскольку их передаточное число подбирается таким образом, чтобы повторное взаимодействие одних и тех же зубьев в зацеплении было минимально возможным (не менее чем через 100 оборотов коленчатого вала). Совокупность этих причин приводит к уменьшению точности и достоверности известного способа диагностирования.The disadvantages of this method of diagnosis are narrow specialization aimed at determining the technical condition of only valve springs, and lack of accuracy. The low accuracy of the method is due to the following reasons. Due to the presence of the operation of scrolling the crankshaft of the decompressed engine by the starter due to the dynamic interaction (collisions) of the teeth of the driving gear of the starter with the flywheel crown, the diagram of changes in the angular velocity of the crankshaft by the angle of rotation obtained by the electronic tachometer is a chain of high-frequency peak-like oscillations of the angular velocity relative to their actual values . The superposition of the high-frequency component on the low-frequency component of the change in the angular velocity of the crankshaft distorts the real law of its change. During engine operation, the technical condition of the “starter - flywheel crown” gearing is constantly deteriorating, therefore, the error in determining the values of the amplitudes and phases of the extrema of the angular velocity will also increase with increasing engine life. Experimental data indicate that in the engine scrolling modes, even with permissible gear wear, the individual sequential values of the instantaneous angular velocities of the crankshaft along the angle of rotation in some sections of its change have an oscillation amplitude that contradicts the physical meaning. Existing mathematical algorithms for smoothing the obtained dependences of the instantaneous angular velocities (accelerations) of the crankshaft on the angle of rotation using the methods of moving medians, least squares [5], and their other analogues do not allow satisfactory accuracy in determining the values of the amplitudes and phases of the extrema of the angular velocity of the crankshaft. An additional difficulty in creating algorithms for accounting and reducing the influence of errors on the high-frequency component of the angular velocity is introduced by the unsystematic nature of the change in the clearances in the gear teeth of the starter gear and the flywheel, since their gear ratio is selected so that repeated interaction of the same teeth in the gear is as low as possible (not less than 100 revolutions of the crankshaft). The combination of these causes leads to a decrease in the accuracy and reliability of the known method of diagnosis.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности диагностирования технического состояния механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания за счет исключения операции прокручивания коленчатого вала двигателя внешним приводным устройством (стартером).The task of the invention is to improve the accuracy of diagnosing the technical condition of the gas distribution mechanism of an internal combustion engine by eliminating the operation of scrolling the crankshaft of the engine by an external drive device (starter).

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в том, что цилиндры двигателя декомпрессируют, коленчатый вал прокручивают при заданной частоте вращения, регистрируют изменение угловой скорости коленчатого вала в пределах полного кинематического цикла, согласно предлагаемому техническому решению прокрутку коленчатого вала осуществляют при работе двигателя в режиме холостого хода на одном цилиндре при декомпрессированных остальных, по изменению угловой скорости определяют зависимость углового ускорения коленчатого вала от угла его поворота за периоды, соответствующие тактам расширения в декомпрессированных цилиндрах, определяют значения амплитуд и фаз экстремумов угловых ускорений коленчатого вала в данных периодах и по их отклонению от нормативных значений делают заключение о техническом состоянии механизма газораспределения.The problem is solved in that in the method for diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine, namely, that the engine cylinders are decompressed, the crankshaft is scrolled at a given speed, the change in the angular velocity of the crankshaft is recorded within the full kinematic cycle, according to the proposed technical solution, the crankshaft scroll shaft is carried out when the engine is idling on one cylinder with decompressed others, according to changes the angular velocity, determine the dependence of the angular acceleration of the crankshaft on the angle of rotation for periods corresponding to the expansion strokes in the decompressed cylinders, determine the values of the amplitudes and phases of the extrema of the angular accelerations of the crankshaft in these periods and make a conclusion about the technical state of the gas distribution mechanism .

Отличием настоящего технического решения от прототипа является то, что для максимального учета всех факторов, влияющих на точность определения технического состояния механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, значения угловой скорости и ускорения коленчатого вала при его прокручивании определяют без погрешностей, вносимых динамическим взаимодействием внешнего приводного устройства - стартера - с зубчатым венцом маховика двигателя. В результате естественного вращения коленчатого вала за счет запасенной кинетической энергии от работы двигателя внутреннего сгорания на одном цилиндре измеренные значения мгновенных угловых скоростей коленчатого вала по углу его поворота в наибольшей степени соответствуют реальным их значениям. Следовательно, определенные по ним значения амплитуд и фаз экстремумов углового ускорения коленчатого вала на исследуемых интервалах их изменения будут более точными и не зависящими от технического состояния зубчатого зацепления «стартер - венец маховика».The difference between this technical solution and the prototype is that, to maximize the consideration of all factors affecting the accuracy of determining the technical condition of the gas distribution mechanism of an internal combustion engine, the values of the angular velocity and acceleration of the crankshaft when it is scrolled are determined without errors introduced by the dynamic interaction of an external drive device - starter - with a gear ring of a flywheel of the engine. As a result of the natural rotation of the crankshaft due to the stored kinetic energy from the operation of the internal combustion engine on one cylinder, the measured values of the instantaneous angular velocities of the crankshaft in the angle of its rotation are most consistent with their real values. Consequently, the values of the amplitudes and phases of the extrema of the angular acceleration of the crankshaft determined by them at the studied intervals, their changes will be more accurate and independent of the technical condition of the gearing “starter - flywheel crown”.

Совокупность перечисленных признаков позволяет достичь необходимого технического результата, заключающегося в повышении точности определения технического состояния механизма газораспределения ДВС.The combination of these features allows you to achieve the necessary technical result, which consists in increasing the accuracy of determining the technical condition of the engine timing mechanism.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графиками, где на фиг.1 приведена зависимость внутрицикловой угловой скорости ω коленчатого вала от угла его поворота φ при работе двигателя 4×9,2/9,2 на одном, первом (I) по порядку работы цилиндре, с декомпрессированными остальными цилиндрами (II, IV и III) в режиме холостого хода со средней угловой скоростью ϖ=50,7 рад/с; на фиг.2 изображена зависимость углового ускорения ε коленчатого вала от угла его поворота φ в угловом интервале π…2π, соответствующая зависимости ω=f(φ) при осуществлении такта расширения в декомпрессированном II цилиндре (фиг.1); на фиг.3 - зависимость углового ускорения ε коленчатого вала от угла его поворота φ в угловом интервале 2π…3π, соответствующая зависимости ω=f(φ) при осуществлении такта расширения в декомпрессированном IV цилиндре (фиг.1):The essence of the invention is illustrated by graphs, where figure 1 shows the dependence of the in-cycle angular velocity ω of the crankshaft on the angle of rotation φ when the engine is 4 × 9.2 / 9.2 on one, the first (I) cylinder in order of operation, with decompressed other cylinders (II, IV and III) in idle mode with an average angular velocity ϖ = 50.7 rad / s; figure 2 shows the dependence of the angular acceleration ε of the crankshaft on the angle of rotation φ in the angular interval π ... 2π, corresponding to the dependence ω = f (φ) when implementing the expansion stroke in the decompressed II cylinder (figure 1); figure 3 - dependence of the angular acceleration ε of the crankshaft on the angle of rotation φ in the angular interval 2π ... 3π, corresponding to the dependence ω = f (φ) when implementing the expansion stroke in the decompressed IV cylinder (figure 1):

I, II, IV и III - угловые интервалы поворота коленчатого вала, соответствующие тактам расширения в первом, втором, четвертом и третьем цилиндрах (по порядку их работы);I, II, IV and III - angular intervals of rotation of the crankshaft corresponding to the expansion strokes in the first, second, fourth and third cylinders (in the order of their work);

1, 2 - соответственно зависимости ε=f(φ) по экспериментальным данным и аппроксимирующая их по методу наименьших квадратов;1, 2 - respectively, the dependence ε = f (φ) according to experimental data and approximating them by the least squares method;

AεII, AεIV - значения амплитуд углового ускорения коленчатого вала в пределах угловых интервалов, соответствующих тактам расширения во втором и четвертом декомпрессированных цилиндрах двигателя;A εII , A εIV are the values of the amplitudes of the angular acceleration of the crankshaft within the angular intervals corresponding to the expansion strokes in the second and fourth decompressed engine cylinders;

φεIImax, φεIVmax - значения фаз экстремумов максимальных величин углового ускорения коленчатого вала в угловых интервалах, соответствующих тактам расширения во втором и четвертом декомпрессированных цилиндрах двигателя;φ εIImax , φ εIVmax - phase values of the extrema of the maximum values of the angular acceleration of the crankshaft in the angular intervals corresponding to the expansion strokes in the second and fourth decompressed engine cylinders;

φεIImin, φεIVmin - значения фаз экстремумов минимальных величин углового ускорения коленчатого вала в этих же угловых интервалах.φ εIImin , φ εIVmin - phase values of the extrema of the minimum values of the angular acceleration of the crankshaft in the same angular intervals.

Предлагаемый способ основан на следующих теоретических предпосылках.The proposed method is based on the following theoretical premises.

Работа двигателя внутреннего сгорания на одном цилиндре с декомпрессированными остальными цилиндрами в режиме холостого хода традиционно характеризуется некоторыми средними значениями частоты вращения, индикаторным моментом и моментом механических потерь, которые относят к циклу его работы. При этом индикаторный момент Mi от работы одного цилиндра полностью расходуется на преодоление момента Ммех механических потерь в подвижных элементах двигателя в пределах цикла его работы, то есть Miмех. В интервалах угла поворота коленчатого вала π…2π, 2π…3π и 3π…4π (фиг.1), соответствующих тактам расширения в декомпрессированных втором, четвертом и третьем цилиндрах (по порядку их работы) коленчатый вал осуществляет «выбег». Изменение (снижение) угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота в процессе «выбега» осуществляется за счет расхода запасенной кинетической энергии вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя на преодоление его внутренних механических потерь. Поскольку в действительности момент Ммехφ механических потерь двигателя по углу φ поворота коленчатого вала в пределах осуществления такта расширения в каждом цилиндре является величиной переменной, то и угловая скорость коленчатого вала изменяется по нелинейной зависимости. Взаимосвязь момента Ммехφ механических потерь двигателя с угловой скоростью со коленчатого вала по углу его поворота определяется уравнением динамики ДВС в соответствии с принципом Даламбера [6, с.113-115]The operation of the internal combustion engine on the same cylinder as the other cylinders decompressed in idle is traditionally characterized by some average values of the rotational speed, indicator moment and the moment of mechanical losses, which are related to its operation cycle. Moreover, the indicator moment M i from the operation of one cylinder is completely spent on overcoming the moment M mech of mechanical losses in the moving elements of the engine within the cycle of its operation, that is, M i = M mech . In the intervals of the angle of rotation of the crankshaft π ... 2π, 2π ... 3π and 3π ... 4π (Fig. 1), corresponding to the expansion strokes in the decompressed second, fourth and third cylinders (in the order of their operation), the crankshaft performs a “run out”. The change (decrease) in the angular velocity of the crankshaft by the angle of rotation during the “run-out” process is carried out due to the consumption of the stored kinetic energy of the rotating and reciprocating moving engine masses to overcome its internal mechanical losses. Since in reality the mechanical moment M mehφ motor loss by angle φ of rotation of the crankshaft within the expansion stroke of each cylinder is variable, and the angular velocity of the crankshaft varies depending on nonlinear. The relationship of the moment M mech φ of mechanical losses of the engine with the angular velocity from the crankshaft according to the angle of rotation is determined by the dynamics equation of the internal combustion engine in accordance with the d'Alembert principle [6, p.113-115]

Figure 00000001
Figure 00000001

где J - значение момента инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала;where J is the value of the moment of inertia of the rotating and reciprocating moving masses of the engine, reduced to the axis of the crankshaft;

ε - угловое ускорение коленчатого вала.ε is the angular acceleration of the crankshaft.

В зависимости (1) многочлен

Figure 00000002
- определяет переменную по углу φ поворота коленчатого вала составляющую момента МПφ инерционных сил от возвратно-поступательно движущихся масс поршней и части массы шатунов, отнесенных к осям поршневых пальцев соответствующих цилиндров.Depending on (1), the polynomial
Figure 00000002
- determines the component of the moment M Пφ of inertial forces from the reciprocating moving masses of the pistons and part of the mass of the connecting rods assigned to the axes of the piston fingers of the respective cylinders with respect to the angle φ of rotation of the crankshaft.

Мгновенное значение момента механических потерь Ммехφ по углу φ поворота коленчатого вала на участках выбега, соответствующих периодам осуществления такта расширения в декомпрессированных II и IV цилиндрах (фиг.1), определяется следующими составляющимиThe instantaneous value of the moment of mechanical losses M mech φ in the angle φ of rotation of the crankshaft in the coast areas corresponding to the periods of the expansion stroke in decompressed II and IV cylinders (Fig. 1) is determined by the following components

Figure 00000003
Figure 00000003

где ММГРφ - момент, затрачиваемый на привод механизма газораспределения;where M MGRφ is the moment spent on the timing mechanism drive;

МЦПГφ - момент от сил трения в цилиндропоршневой группе (ЦПГ);M CPG φ is the moment from the friction forces in the cylinder-piston group (CPG);

МТφ - момент от действия сил трения в подшипниках коленчатого вала и приводах вспомогательных механизмов;M is the moment from the action of friction in the bearings of the crankshaft and the drives of auxiliary mechanisms;

МПφ - момент от возвратно-поступательно движущихся масс двигателя.M - the moment from the reciprocating moving masses of the engine.

Отсутствие в зависимости (2) суммарного значения момента Ммехφ механических потерь составляющих механических потерь от действия компрессионных сил и насосных потерь значительно повышают удельный вес механических потерь ММГРφ, затрачиваемых на привод механизма газораспределения, что позволяет использовать показатели его изменения по углу поворота коленчатого вала в качестве диагностических. Аналитические и экспериментальные результаты исследования многих моделей автотракторных двигателей (Волжского автомобильного, Заволжского моторного, Алтайского моторного и Владимирского тракторного заводов) подтвердили возможность использования показателей амплитуд и фазовых сдвигов экстремальных значений суммарного момента Ммехφ механических потерь в качестве диагностических применительно к определению технического состояния механизма газораспределения, прежде всего, четырехцилиндровых четырехтактных ДВС, у которых период изменения суммарного момента Ммехφ равен π и соответствует периоду осуществления такта расширения в цилиндрах.The absence in dependence (2) of the total value of the moment M mechanical φ of mechanical losses of the components of mechanical losses from the action of compression forces and pump losses significantly increase the specific gravity of the mechanical losses M MGR φ spent on the timing mechanism drive, which allows the use of indicators of its change in the angle of rotation of the crankshaft in as diagnostic. The analytical and experimental results of the study of many models of automotive engines (Volzhsky Automobile, Zavolzhsky Motor, Altai Motor and Vladimir Tractor Plants) confirmed the possibility of using the amplitudes and phase shifts of the extreme values of the total moment M mechanical φ mechanical losses as diagnostic in determining the technical state of the gas distribution mechanism, first of all, four-cylinder four-stroke internal combustion engines, in which the period changes in the total moment M mech φ is equal to π and corresponds to the period of the expansion stroke in the cylinders.

Выполненный на примере бензинового четырехцилиндрового двигателя Заволжского моторного завода (ЗМЗ) 4×9,2/9,2 анализ абсолютных значений и внутрицикловых изменений отдельных составляющих суммарного момента Ммехφ механических потерь в соответствии с зависимостью (2) для режима малых значений угловой скорости прокрутки коленчатого вала (ϖ=40…70 рад/с) в угловых периодах, соответствующих осуществлению такта расширения в декомпрессированных II и IV цилиндрах (фиг.1), показал:A 4 × 9.2 / 9.2 analysis of the absolute values and intra-cycle changes of the individual components of the total moment M mechanical φ of mechanical losses, performed on the example of a gasoline four-cylinder engine of the Zavolzhsky Engine Plant (ZMZ), in accordance with dependence (2) for the mode of small values of the angular speed of crankshaft shaft (ϖ = 40 ... 70 rad / s) in the angular periods corresponding to the implementation of the expansion stroke in decompressed II and IV cylinders (figure 1), showed:

доля переменного момента в суммарном моменте J инерции двигателя составляет 1…2,7%. Численное значение переменного момента от сил инерции возвратно-поступательно движущихся деталей четырехтактных 4-цилиндровых рядных ДВСthe proportion of the variable moment in the total moment J of inertia of the engine is 1 ... 2.7%. The numerical value of the variable moment from the inertia forces of the reciprocating moving parts of a four-stroke 4-cylinder in-line ICE

Figure 00000004
Figure 00000004

где m - масса возвратно-поступательно движущихся частей;where m is the mass of the reciprocating moving parts;

R - радиус кривошипа;R is the radius of the crank;

λ=R/l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.λ = R / l is the ratio of the radius of the crank to the length of the connecting rod.

Для двигателя ЗМЗ 4×9,2/9,2 момент МПφ от возвратно-поступательно движущихся масс по углу φ поворота коленчатого вала изменяется в незначительных пределах - от 0 до ±5 Н·м по синусоидальной зависимости. В процессе эксплуатации ДВС максимальное и минимальное значения момента МПφ и их фазовые положения по углу поворота коленчатого вала относительно верхних мертвых точек (ВМТ соответствуют углам φ, равным 0, π(180°), 2π(360°), 3π(540°), см. фиг.1…3) остаются неизменными, так как износ сопряжении возвратно-поступательно движущихся масс пренебрежительно мал;For the ZMZ engine 4 × 9.2 / 9.2, the moment M Пφ from the reciprocating moving masses along the angle φ of rotation of the crankshaft varies within insignificant limits - from 0 to ± 5 N · m in a sinusoidal manner. During the operation of the internal combustion engine, the maximum and minimum values of the moment M Пφ and their phase positions with respect to the crankshaft rotation angle relative to the top dead center points (TDC correspond to angles φ equal to 0, π (180 °), 2π (360 °), 3π (540 °) , see figure 1 ... 3) remain unchanged, since the wear of the conjugation of the reciprocating moving masses is negligible;

момент МТφ от действия сил трения в подшипниках коленчатого вала и на привод вспомогательных механизмов и систем ДВС (≈25% от Ммехφ) считается практически постоянной величиной по углу поворота коленчатого вала, не оказывающей влияния на внутрицикловые изменения амплитуд колебаний суммарного момента Ммехφ, механических потерь и фазовых положений его экстремумов;the moment M Тφ from the action of friction in the bearings of the crankshaft and on the drive of auxiliary engines and ICE systems (≈25% of M mechφ ) is considered to be almost constant in the angle of rotation of the crankshaft, which does not affect the intra-cycle changes in the oscillation amplitudes of the total moment M mechφ , mechanical losses and phase positions of its extremes;

переменное значение МЦПГφ от сил трения в сопряжениях цилиндропоршневой группы имеет характерную закономерность, особенность которой - постоянное, не зависящее от технического состояния ЦПГ, фазовое положение экстремальных значений по углу φ поворота коленчатого вала. Переменная составляющая момента МЦПГφ изменяется от 0 до 10 Н·м с периодом, равным периоду изменения крутящего момента - π. Максимального значения величина МЦПГφ достигает при φ≈0,45π относительно положений коленчатого вала, при которых поршни в цилиндрах находятся в ВМТ, МЦПГφ=0 при положениях коленчатого вала, соответствующих нахождению поршней в ВМТ (НМТ) цилиндров. Эти периодические колебания момента МЦПГφ отражаются на изменении суммарного момента механических потерь Ммехφ, но они идентичные относительно ВМТ поршней всех цилиндров, как по амплитуде колебаний, так и по фазовым положениям их экстремумов. Установлено, что в процессе эксплуатации ДВС из-за изменения технического состояния сопряжений ЦПГ амплитуда колебаний момента МЦПГφ и, соответственно, суммарного момента механических потерь Ммехφ в пределах периода изменения крутящего момента может незначительно снижаться. По экспериментальным данным при прокручивании коленчатого вала в диапазоне угловых скоростей ϖ=40…70 рад/с декомпрессированного двигателя ЗМЗ 4×9,2/9,2 с предельно изношенными элементами ЦПГ значения амплитуд колебаний момента Ммехφ механических потерь в периодах, соответствующих осуществлению такта расширения в декомпрессированных цилиндрах, уменьшились на 5…7% относительно номинальных их значений, однако значения фазовых положений экстремумов момента Ммехφ оставались неизменными;the variable value of M CPG φ from the friction forces in the mates of the cylinder-piston group has a characteristic regularity, the peculiarity of which is a constant, independent of the technical condition of the CPG, phase position of extreme values in the angle φ of rotation of the crankshaft. The variable component of the moment M CPG φ varies from 0 to 10 N · m with a period equal to the period of change in torque - π. The magnitude of the value of M CPG φ reaches at φ≈0.45π relative to the positions of the crankshaft, at which the pistons in the cylinders are located in the upper dead center, M CPG φ = 0 at the positions of the crankshaft corresponding to the pistons in the TDC (BDC) of the cylinders. These periodic fluctuations in the moment M of the CPG φ are reflected in the change in the total moment of mechanical losses M mechφ , but they are identical with respect to the TDC of the pistons of all cylinders, both in the amplitude of the oscillations and in the phase positions of their extrema. It has been established that during the operation of ICE, due to changes in the technical condition of CPG mates , the amplitude of the oscillations of the moment M CPG φ and, accordingly, the total moment of mechanical losses M mechφ within the period of change in torque may slightly decrease. According to experimental data, when cranking the crankshaft in the range of angular speeds ϖ = 40 ... 70 rad / s of the decompressed ZMZ 4 × 9.2 / 9.2 engine with extremely worn CPG elements, the values of the amplitude of the oscillations of the moment M mechφ of mechanical losses in periods corresponding to the cycle expansions in decompressed cylinders decreased by 5 ... 7% relative to their nominal values, however, the values of the phase positions of the extrema of the moment M mechφ remained unchanged;

величина нормальных усилий на профиль каждого кулачка распределительного вала двигателя ЗМЗ 4×9,2/9,2 от действия сил упругости клапанных пружин (без учета сил трения) в зависимости от угла φ поворота коленчатого вала составляет 400…1015 Н, а значение крутящего момента ММГРφ, затрачиваемого на привод механизма газораспределения, периодически изменяется от -7 до +7 Н·м (при открытии клапана энергия потребляется, а при закрытии - возвращается). В многоцилиндровых ДВС в каждый угловой период, соответствующий осуществлению такта расширения в каком-либо цилиндре при закрытых клапанах, одновременно осуществляется открытие впускного и выпускного клапанов, принадлежащих другим цилиндрам. Например, в угловом интервале π…2π поворота коленчатого вала при осуществлении такта расширения в декомпрессированном II цилиндре (фиг.1) осуществляется открытие выпускного клапана I цилиндра и впускного клапана III цилиндра. По этой причине текущее значение момента ММГРφ определяется суммой набегающих моментов на кулачках распределительного вала от звеньев клапанного механизма соответствующих цилиндров. В двигателе ЗМЗ 4×9,2/9,2 от действия суммарного набегающего момента ММГРφ на кулачках распределительного вала, с учетом сил трения в кулачковых парах, на коленчатом валу возникает перепад суммарного момента Ммехφ механических потерь, превышающий 28 Н·м. Для сравнения укажем, что по данным НАМИ в шестицилиндровых двигателях такой же размерности изменения момента Ммехφ от действия набегающего момента ММГРφ на кулачках распределительного вала достигают значений 70 Н·м [7, рис.1].the magnitude of the normal forces on the profile of each cam of the engine’s camshaft ZMZ 4 × 9.2 / 9.2 from the action of the elastic forces of the valve springs (excluding friction forces) depending on the angle φ of rotation of the crankshaft is 400 ... 1015 N, and the value of the torque M MGR φ spent on the timing mechanism drive periodically varies from -7 to +7 N · m (when the valve is opened, energy is consumed, and when closed, it is returned). In multi-cylinder internal combustion engines, in each angular period corresponding to the implementation of the expansion stroke in any cylinder with the valves closed, the inlet and outlet valves belonging to other cylinders are opened simultaneously. For example, in the angular interval π ... 2π of the crankshaft rotation during the expansion stroke in the decompressed II cylinder (Fig. 1), the exhaust valve I of the cylinder and the intake valve of the III cylinder are opened. For this reason, the current value of the moment M MGR φ is determined by the sum of the running moments on the cam cam from the links of the valve mechanism of the respective cylinders. In the ZMZ engine 4 × 9.2 / 9.2 from the action of the total rolling moment M MGRφ on the camshaft cams, taking into account the friction forces in the cam couples, a difference in the total moment M mechanical φ of mechanical losses exceeding 28 N · m occurs on the crankshaft. For comparison, we point out that according to US data in six-cylinder engines of the same dimension, changes in the moment M mechφ from the action of the incident moment M MGRφ on the camshaft cams reach 70 N · m [7, Fig. 1].

Приведенные аналитические и экспериментальные данные позволяют сделать следующие выводы:The above analytical and experimental data allow us to draw the following conclusions:

абсолютные величины момента ММГРφ, затрачиваемого на привод механизма газораспределения, по сравнению с другими составляющими МПφ, МТφ и МЦПГφ на 65…70% определяют суммарное мгновенное значение механических потерь, формирующих амплитуду переменного момента Ммехφ механических потерь на коленчатом валу декомпрессированного двигателя при его прокрутке, и на 100% - фазовые сдвиги экстремумов момента Ммехφ;the absolute values of the moment M MGR φ spent on the drive of the gas distribution mechanism, in comparison with other components M , M and M CPGφ 65 ... 70% determine the total instantaneous value of mechanical losses, forming the amplitude of the variable moment M mechanical φ mechanical losses on the crankshaft of the decompressed engine when it scrolls, and 100% - phase shifts of the extrema of the moment M mechφ ;

учитывая, что 90% механических потерь от значения момента ММГРφ приходится на потери от действия сил трения в кулачковых парах [7, с.13], то показатели изменения момента Ммехφ механических потерь двигателя по углу поворота коленчатого вала, соответствующих периоду осуществления такта расширения в декомпрессированном цилиндре, характеризуют значения износа кулачков отдельных звеньев механизма газораспределения - пар впускных и выпускных клапанов, работающих в данных интервалах угла поворота коленчатого вала. Так как по статистике известно, что в процессе эксплуатации ДВС предельного износа достигают один, максимум два кулачка распределительного вала, то при диагностировании механизма газораспределения в случае определения недопустимого изменения амплитуды колебаний момента Ммехφ и фазовых сдвигов его экстремумов в отдельных периодах угла поворота коленчатого вала, соответствующих осуществлению такта расширения в конкретном декомпрессированном цилиндре, делают заключение о неработоспособности звеньев механизма газораспределения по причинам износа кулачков распределительного вала, увеличенных тепловых зазоров между толкателями клапанов и коромыслом, потери жесткости клапанными пружинами;taking into account that 90% of mechanical losses from the value of the moment M MGR φ are due to losses from the action of friction forces in cam pairs [7, p.13], then the rates of change in the moment M mechanical φ of mechanical losses of the engine along the angle of rotation of the crankshaft corresponding to the period of the expansion stroke in a decompressed cylinder, the cam wear values of individual parts of the gas distribution mechanism — pairs of intake and exhaust valves operating in these intervals of the crankshaft rotation angle — are characterized. Since according to statistics it is known that during operation of an internal combustion engine, one or two camshaft cams reaches their maximum wear limit, when diagnosing a gas distribution mechanism in the case of determining an unacceptable change in the amplitude of oscillations of the moment M mechφ and phase shifts of its extrema in individual periods of the crankshaft rotation angle, corresponding to the implementation of the expansion stroke in a particular decompressed cylinder, make a conclusion about the inoperability of the links of the gas distribution mechanism richinam wear of the cams of the camshaft, the enlarged thermal gap between the valve tappets and the rocker arm, loss of stiffness valve springs;

если диаграмма изменения суммарного момента Ммехφ механических потерь по углу поворота коленчатого вала за кинематический цикл имеет характерную особенность проявления - одинаковые по значениям приращения сдвига фаз экстремумов относительно номинальных их значений во всех периодах его изменения, то делают заключение о нарушенных фазах в механизме газораспределения. В процессе эксплуатации изменение фаз газораспределения возможно по причинам нарушенных кинематических связей в элементах механизма привода распределительного вала, погрешностей при изготовлении его деталей в процессе производства или вследствие неквалифицированно проведенного текущего ремонта ДВС. При этом положение распределительного вала смещается на некоторый угол, значение которого одинаковое для всех его кулачков. Оценку состояния фаз газораспределения по результатам диагностирования осуществляют по измеренным значениям приращений угловых интервалов Δφ фазовых сдвигов экстремумов относительно их нормативных значений в каждом периоде изменения Ммехφ, соответствующих осуществлению такта расширения в декомпрессированных цилиндрах ДВС.changes if the diagram total moment M mehφ mechanical losses of crank angle for the kinematic loop has a characteristic feature manifestations - the same values for the increment phase shift relative extrema their nominal values during all periods of change, the conclusion is drawn about the mechanism of disturbed phases valve. During operation, a change in the gas distribution phases is possible for reasons of broken kinematic relationships in the elements of the camshaft drive mechanism, errors in the manufacture of its parts during production, or due to an unqualified routine repair of the internal combustion engine. In this case, the position of the camshaft is shifted by a certain angle, the value of which is the same for all its cams. The state of the gas distribution phases according to the diagnostic results is carried out according to the measured values of the increments of the angular intervals Δφ of the phase shifts of the extrema relative to their normative values in each period of change M mechφ corresponding to the implementation of the expansion stroke in the decompressed ICE cylinders.

Таким образом, доказано, что отклонение показателей технического состояния элементов механизма газораспределения от нормативных их значений при прокрутке коленчатого вала двигателя с декомпрессированными цилиндрами приводит к адекватному изменению величин амплитуд АМмехφ и фазовых сдвигов φМмехφ экстремальных значений на диаграмме зависимости момента Ммехφ механических потерь в интервалах угла поворота коленчатого вала, относящихся к неисправным клапанным звеньям механизма газораспределения.Thus, it is proved that the deviation of the technical state elements timing indicators from normative their values when scrolling engine crankshaft to decompress cylinder leads to adequate change quantities amplitudes A Mmehφ and phase shifts φ Mmehφ extreme values in the diagram of the moment M mehφ mechanical losses in the ranges the angle of rotation of the crankshaft related to faulty valve links of the gas distribution mechanism.

Однако непосредственное измерение мгновенных значений момента Ммехφ механических потерь ДВС по углу поворота коленчатого вала оперативными методами затруднено. Учитывая, что при работе двигателя в режиме холостого хода на одном цилиндре с декомпрессированными остальными цилиндрами изменения момента Ммехφ механических потерь по углу поворота коленчатого вала функционально взаимосвязаны с внутрицикловыми изменениями угловой скорости и ускорения зависимостью (2), то на практике данный способ диагностирования механизма газораспределения удобнее и точнее реализуется с помощью электронных средств измерения угловых скоростей коленчатого вала, обладающих высокой точностью, помехоустойчивостью и оперативностью.However, the direct measurement of the instantaneous values of the moment M mechφ of mechanical losses of the internal combustion engine by the angle of rotation of the crankshaft by operational methods is difficult. Considering that with the engine running at idle on one cylinder with decompressed other cylinders change in moment M mehφ mechanical losses of crank angle operatively interconnected with intracyclic changes in angular velocity and acceleration relation (2), in practice the method of diagnosing the timing more conveniently and more accurately implemented using electronic means of measuring the angular velocity of the crankshaft with high accuracy, noise immunity and efficiency.

Поскольку в формуле (2) второй многочлен

Figure 00000005
- переменный момент от возвратно-поступательно движущихся масс ДВС при малых частотах вращения коленчатого вала составляет незначительную величину относительно первого, независимого от угла поворота φ, то функциональная связь между моментом Ммехφ механических потерь и ускорением εφ по углу поворота коленчатого вала представляется линейной зависимостьюSince in formula (2) the second polynomial
Figure 00000005
- the variable moment from the reciprocating moving masses of the internal combustion engine at low frequencies of rotation of the crankshaft is insignificant with respect to the first one independent of the angle of rotation φ, then the functional relationship between the moment M of mechanical losses φφ and the acceleration ε φ of the angle of rotation of the crankshaft is a linear dependence

Figure 00000006
Figure 00000006

Вид зависимости (4) означает, что о техническом состоянии механизма газораспределения адекватно моменту Ммехφ механических потерь можно судить по показателям амплитуд и фаз экстремумов угловых ускорений εφ коленчатого вала в последовательных угловых интервалах его поворота, соответствующих тактам расширения в декомпрессированных цилиндрах.Type of relation (4) means that the technical state of the timing adequately moment M mehφ mechanical loss can be judged in terms of the amplitudes and phases of the extrema ε φ angular acceleration of the crankshaft at successive angular intervals of rotation of its corresponding decompressed in the expansion stroke cylinder.

Диагностирование механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания по предлагаемому способу производят в следующей последовательности (на примере четырехцилиндрового четырехтактного двигателя ЗМЗ 4×9,2/9,2).Diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine by the proposed method is carried out in the following sequence (for example, a four-cylinder four-stroke engine ZMZ 4 × 9.2 / 9.2).

Двигатель прогревают до температуры Т=320…360К охлаждающей жидкости и моторного масла. К коленчатому валу присоединяют фотоэлектрический датчик ВЕ-178А устройства для измерения неравномерности угловой скорости коленчатого вала, выполненного, например, по а.с. СССР №832480, позволяющего непрерывно измерять его мгновенную угловую скорость через смежные угловые интервалы 0,5…10 в пределах кинематического цикла двигателя (двух оборотов коленчатого вала или одного оборота распределительного вала). Начало измерений мгновенных значений угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота синхронизируют с положением поршня в верхней мертвой точке - начале такта расширения в I цилиндре. Синхронизация измерений осуществляется соответствующей ориентацией датчика ВЕ-178А относительно положения коленчатого вала двигателя и подключением индуктивного датчика устройства к высоковольтному проводу свечи зажигания I цилиндра. Цилиндры двигателя, кроме первого, декомпрессируют вывертыванием свечей зажигания.The engine is heated to a temperature of T = 320 ... 360K coolant and engine oil. A photoelectric sensor BE-178A of the device for measuring the unevenness of the angular velocity of the crankshaft, made, for example, according to A.S., is connected to the crankshaft. USSR №832480, allowing continuous measurement of its instantaneous angular velocity through adjacent angular intervals of 0.5 ... 1 0 within kinematic engine cycle (two revolutions of the crankshaft or camshaft rotation). The start of measuring the instantaneous values of the angular velocity of the crankshaft by the angle of rotation is synchronized with the position of the piston at top dead center - the beginning of the expansion stroke in the I cylinder. Measurements are synchronized by the corresponding orientation of the BE-178A sensor relative to the position of the engine crankshaft and by connecting the inductive sensor of the device to the high-voltage wire of the spark plug of cylinder I. The engine cylinders, except the first, are decompressed by twisting the spark plugs.

Запускают двигатель и устанавливают заданную для конкретной модели двигателя минимальную частоту вращения коленчатого вала (для ЗМЗ 4×9,2/9,2 нормативное значение минимальной угловой скорости ϖНОМ=53±3 рад/с; на фиг.1 средняя угловая скорость коленчатого вала ϖ=50,7 рад/с) и регистрируют изменение угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота в пределах полного кинематического цикла двигателя. По полученной зависимости ω=f(φ) (фиг.1) определяют зависимости углового ускорения коленчатого вала от угла его поворота в угловых интервалах π…2π (фиг.2) и 2π…3π (фиг.3), соответствующих последовательному осуществлению тактов расширения в декомпрессированных II и IV цилиндрах. По зависимостям углового ускорения коленчатого вала от угла его поворота в указанных периодах определяют соответствующие значения амплитуд AεII (фиг.2), AεIV (фиг.3) и фаз экстремумов φεIImax, φεIImin (фиг.2), φεIVmax, φεIVmin (фиг.3) уголовного ускорения, которые сопоставляют с эталонными их значениями. По результатам сравнения делают заключение о техническом состоянии звеньев механизма газораспределения, работающих в периоды π…2π, 2π…3π (фиг.1) поворота коленчатого вала, в которых осуществляются такты расширения в декомпрессированных II и IV цилиндрах.The engine is started and the minimum crankshaft speed set for a specific engine model is set (for ZMZ 4 × 9.2 / 9.2, the standard value of the minimum angular velocity is ϖ NOM = 53 ± 3 rad / s; in Fig. 1, the average angular speed of the crankshaft ϖ = 50.7 rad / s) and record the change in the angular velocity of the crankshaft by the angle of rotation within the full kinematic cycle of the engine. According to the obtained dependence ω = f (φ) (Fig. 1), the dependences of the angular acceleration of the crankshaft on the angle of rotation in the angular intervals π ... 2π (Fig. 2) and 2π ... 3π (Fig. 3) corresponding to the sequential implementation of the expansion cycles are determined in decompressed cylinders II and IV. According to the dependences of the angular acceleration of the crankshaft on the angle of rotation in the indicated periods, the corresponding values of the amplitudes A εII (Fig.2), A εIV ( Fig.3 ) and the phases of the extrema φ εIImax , φ εIImin (Fig.2), φ εIVmax , φ εIVmin (figure 3) of criminal acceleration, which are compared with their reference values. According to the results of the comparison, a conclusion is drawn about the technical condition of the links of the gas distribution mechanism, which work during periods π ... 2π, 2π ... 3π (Fig. 1) of crankshaft rotation, in which expansion strokes are carried out in decompressed II and IV cylinders.

Приведенные на фиг.2 и фиг.3 зависимости изменения углового ускорения коленчатого вала, соответствующие осуществлению тактов расширения в декомпрессированных II и IV цилиндрах, характеризуются следующими диагностическими параметрами:Shown in figure 2 and figure 3, the dependence of the change in the angular acceleration of the crankshaft, corresponding to the implementation of the expansion strokes in decompressed II and IV cylinders, are characterized by the following diagnostic parameters:

амплитуды экстремумов по абсолютной величинеamplitude of extrema in absolute value

AεIIIImaxIImin=218,0 рад/с2, АεIV=EIVmaxIVmin=179,5 рад/с2;A εII = ε IImaxIImin = 218.0 rad / s 2 , A εIV = E IVmaxIVmin = 179.5 rad / s 2 ;

фазовые положения минимальных значений угловых ускоренийphase positions of the minimum values of angular accelerations

φεIImin=64,5°, φεIVmin=56,5°;φ εIImin = 64.5 °, φ εIVmin = 56.5 °;

фазовые положения максимальных значений угловых ускоренийphase positions of the maximum values of angular accelerations

φεIImax=162,5°, φεIVmax=161,5°.φ εIImax = 162.5 °, φ εIVmax = 161.5 °.

Для двигателей ЗМЗ 4×9,2/9,2 нормативными значениями диагностических параметров являются:For ZMZ 4 × 9.2 / 9.2 engines, the normative values of the diagnostic parameters are:

по амплитуде Aεном 205±15 рад/с2;in amplitude A εnom 205 ± 15 rad / s 2 ;

по фазовому положению минимального значения углового ускоренияaccording to the phase position of the minimum value of angular acceleration

φεmin ном=64,0±2,0°;φ εmin nom = 64.0 ± 2.0 °;

по фазовому положению максимального значения углового ускоренияby phase position of the maximum value of angular acceleration

φεmax ном=162,0±2,0°.φ εmax nom = 162.0 ± 2.0 °.

Результаты сравнения численных значений диагностических параметров, полученных при эксперименте, с нормативными их значениями позволяют сделать следующее заключение о техническом состоянии элементов механизма газораспределения:The results of comparing the numerical values of the diagnostic parameters obtained during the experiment with their normative values allow us to draw the following conclusion about the technical condition of the elements of the gas distribution mechanism:

значения амплитуды АεII=218,0 рад/с2 и фаз экстремумов углового ускорения φεIImin=64,5°, φεIImax=162,5° на интервале угла поворота коленчатого вала, соответствующего осуществлению такта расширения в декомпрессированном II цилиндре, не превышают нормативных значений, следовательно, техническое состояние элементов механизма газораспределения выпускного клапана I цилиндра и впускного клапана III цилиндра, работающих в этот период, соответствует нормальному их функционированию;the values of the amplitude A εII = 218.0 rad / s 2 and the phases of the angular acceleration extrema φ εIImin = 64.5 °, φ εIImax = 162.5 ° in the interval of the crankshaft rotation angle corresponding to the implementation of the expansion stroke in the decompressed II cylinder, do not exceed standard values, therefore, the technical condition of the elements of the gas distribution mechanism of the exhaust valve I of the cylinder and the intake valve of the III cylinder working in this period corresponds to their normal functioning;

поскольку нет одинаковых по значениям приращений фаз экстремумов угловых ускорений относительно номинальных их значений (фазовые положения максимальных значений угловых ускорений φεIImax=162,5°, φεIVmax=161,5° отличаются на 1° и находятся в допустимых пределах, а по минимальным экстремумам - ΔφεIImin=64,5-64,0=0,5°, ΔφεIVmin=64,0-56,5=7,5°), то кинематическая цепь механизма установки нормативных значений фаз газораспределения находится в исправном состоянии;since there are no angular acceleration extrema with identical phase increments relative to their nominal values (phase positions of the maximum values of angular accelerations φ εIImax = 162.5 °, φ εIVmax = 161.5 ° differ by 1 ° and are within acceptable limits, and by minimum extrema - Δ φεIImin = 64.5-64.0 = 0.5 °, Δφ εIVmin = 64.0-56.5 = 7.5 °), then the kinematic chain of the mechanism for setting the standard values of the gas distribution phases is in good condition;

значения амплитуды AεIV=179,5 рад/с2>Aε ном=205±15 рад/с2 и фазовый сдвиг минимального экстремума ΔφεIVmin=56,5-64,0=7,5°>φεmin ном=64,0±2,0° углового ускорения на интервале угла поворота коленчатого вала, соответствующего осуществлению такта расширения в декомпрессированном IV цилиндре, превышают допустимые нормативные значения этих диагностических параметров. Следовательно, причина неисправности механизма газораспределения определяется нарушенными структурными параметрами в работе привода механизма выпускного клапана II цилиндра или впускного клапана I цилиндра. При проверке состояния механизма газораспределения (снятии крышки с распределительного механизма) причиной неисправности механизма газораспределения оказалось отсутствие теплового зазора между коромыслом и выпускным клапаном II цилиндра.amplitude values A εIV = 179.5 rad / s 2 > A ε nom = 205 ± 15 rad / s 2 and the phase shift of the minimum extremum Δφ εIVmin = 56.5-64.0 = 7.5 °> φ εmin nom = 64 , 0 ± 2.0 ° of angular acceleration in the interval of the angle of rotation of the crankshaft corresponding to the implementation of the expansion stroke in the decompressed IV cylinder, exceed the permissible standard values of these diagnostic parameters. Therefore, the cause of the malfunction of the gas distribution mechanism is determined by the violated structural parameters in the operation of the drive mechanism of the exhaust valve II of the cylinder or intake valve I of the cylinder. When checking the state of the gas distribution mechanism (removing the cover from the distribution mechanism), the cause of the gas distribution mechanism malfunction was the lack of a thermal gap between the beam and the exhaust valve of cylinder II.

Если результаты первого этапа диагностирования механизма газораспределения оказались положительными, то аналогичные операции повторяют при работе двигателя на том же скоростном режиме холостого хода со средней угловой скоростью ϖ=50,7±1 рад/с, но с четвертым (IV) работающим цилиндром и декомпрессированными I, II, и III цилиндрами. При этом диагностируют и делают заключение о техническом состоянии других звеньев механизма газораспределения, работающих в периоды 0…π, 3π…4π (фиг.1) поворота коленчатого вала, в которых осуществляются такты расширения в декомпрессированных I и III цилиндрах.If the results of the first stage of diagnosing the gas distribution mechanism turned out to be positive, then similar operations are repeated when the engine is running at the same idle speed mode with an average angular speed ϖ = 50.7 ± 1 rad / s, but with a fourth (IV) working cylinder and decompressed I , II, and III cylinders. In this case, they diagnose and make a conclusion about the technical condition of the other parts of the gas distribution mechanism, operating during periods of 0 ... π, 3π ... 4π (Fig. 1) of crankshaft rotation, in which expansion strokes are carried out in decompressed I and III cylinders.

Разработанный способ диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания исключает основной недостаток известного метода, а именно значительно повышает точность за счет исключения операции прокручивания коленчатого вала двигателя внешним приводным устройством (стартером), которая вносит дополнительную погрешность от динамического взаимодействия шестерни стартера с зубчатым венцом маховика двигателя. В предложенном способе осуществляется вращение коленчатого вала за счет запасенной кинетической энергии от работы двигателя внутреннего сгорания на одном цилиндре. Поэтому измеренные значения мгновенных угловых скоростей и определенные по ним значения амплитуд и фаз экстремумов углового ускорения коленчатого вала будут более точными и не зависящими от технического состояния зубчатого зацепления «стартер - венец маховика». Кроме этого способ расширяет область диагностируемых элементов механизма газораспределения, в частности определяет распространенную причину неисправной его работы из-за неправильной установки деталей механизма привода распределительного вала, нарушающей установочные углы фаз газораспределения.The developed method for diagnosing the gas distribution mechanism of an internal combustion engine eliminates the main drawback of the known method, namely, it significantly improves accuracy by eliminating the operation of cranking the engine crankshaft with an external drive device (starter), which introduces an additional error from the dynamic interaction of the starter gear with the ring gear of the engine flywheel. In the proposed method, the crankshaft is rotated due to the stored kinetic energy from the operation of the internal combustion engine on one cylinder. Therefore, the measured values of the instantaneous angular velocities and the values of the amplitudes and phases of the extrema of the angular acceleration of the crankshaft determined by them will be more accurate and independent of the technical condition of the “starter - flywheel crown” gearing. In addition, the method extends the range of diagnosed elements of the gas distribution mechanism, in particular, determines the common cause of its malfunction due to improper installation of parts of the camshaft drive mechanism, which violates the installation angles of the gas distribution phases.

Предложенный способ диагностирования механизма газораспределения наиболее целесообразно использовать в системах встроенного (бортового) диагностирования и автоматического управления работой 2-, 4- и 6-цилиндровых двигателей, в которых конструкцией предусмотрена установка датчика частоты вращения коленчатого вала.The proposed method for diagnosing the gas distribution mechanism is most expedient to use in systems of built-in (on-board) diagnostics and automatic control of the operation of 2-, 4- and 6-cylinder engines, in which the design provides for the installation of a crankshaft speed sensor.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1307275, кл. G01M 15/00, 1987.1. USSR Copyright Certificate No. 1307275, cl. G01M 15/00, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР №1160262, кл. G01M 15/00, 1985.2. USSR copyright certificate No. 1160262, cl. G01M 15/00, 1985.

3. Авторское свидетельство СССР №1302163, кл. G01M 15/00, 1987.3. Copyright certificate of the USSR No. 1302163, cl. G01M 15/00, 1987.

4. Авторское свидетельство СССР №1437716, кл. G01M 15/00, 1988 (прототип).4. Copyright certificate of the USSR No. 1437716, cl. G01M 15/00, 1988 (prototype).

5. Лукин A.M., Хавкин В.И., Яровой В.К. Алгоритмические особенности автоматизации измерения степени идентичности последовательных циклов и устойчивости работы ДВС по неравномерности вращения коленчатого вала // Двигателестроение. 1984, №4, С.24-26.5. Lukin A.M., Khavkin V.I., Yarovoy V.K. Algorithmic features of automation of measuring the degree of identity of successive cycles and the stability of the internal combustion engine by the uneven rotation of the crankshaft // Dvigatelestroyenie. 1984, No. 4, S.24-26.

6. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотракторных предприятиях / Л.В.Мирошников, А.П.Болдин, В.И.Пал и др. - М.: Транспорт, 1977, - 263 с.6. Diagnosis of the technical condition of automobiles at automotive enterprises / L.V. Miroshnikov, A.P. Boldin, V.I. Pal and others. - M.: Transport, 1977, - 263 p.

7. Комарова Н.И., Корчемный Л.В. Потери мощности в механизмах газораспределения // Автомобильная промышленность, 1990, №9, С.12-13.7. Komarova N.I., Korchemny L.V. Power losses in gas distribution mechanisms // Automotive Industry, 1990, No. 9, S.12-13.

Claims (1)

Способ диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что цилиндры двигателя декомпрессируют, коленчатый вал прокручивают при заданной частоте вращения, регистрируют изменение угловой скорости коленчатого вала в пределах полного кинематического цикла, отличающийся тем, что прокрутку коленчатого вала осуществляют при работе двигателя в режиме холостого хода на одном цилиндре при декомпрессированных остальных, по изменению угловой скорости определяют зависимость углового ускорения коленчатого вала от угла его поворота за периоды, соответствующие тактам расширения в декомпрессированных цилиндрах, определяют значения амплитуд и фаз экстремумов угловых ускорений коленчатого вала в данных периодах и по их отклонению от нормативных значений делают заключение о техническом состоянии механизма газораспределения. A method for diagnosing a gas distribution mechanism of an internal combustion engine, namely, that the engine cylinders are decompressed, the crankshaft is scrolled at a given speed, a change in the angular velocity of the crankshaft is recorded within the full kinematic cycle, characterized in that the crankshaft is scrolled during engine operation idle on one cylinder while the rest are decompressed, the dependence of angular acceleration is determined by changing the angular velocity I of the crankshaft from the angle of rotation for periods corresponding to the expansion strokes in decompressed cylinders, determine the values of the amplitudes and phases of the extrema of the angular accelerations of the crankshaft in these periods and, based on their deviation from the standard values, draw a conclusion about the technical condition of the gas distribution mechanism.
RU2011105673/06A 2011-02-15 2011-02-15 Method of diagnosing ice valve timing gear RU2458330C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105673/06A RU2458330C1 (en) 2011-02-15 2011-02-15 Method of diagnosing ice valve timing gear

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105673/06A RU2458330C1 (en) 2011-02-15 2011-02-15 Method of diagnosing ice valve timing gear

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2458330C1 true RU2458330C1 (en) 2012-08-10

Family

ID=46849695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011105673/06A RU2458330C1 (en) 2011-02-15 2011-02-15 Method of diagnosing ice valve timing gear

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2458330C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736626A (en) * 1986-04-16 1988-04-12 Nippondenso Co., Ltd. Abnormality detection apparatus for vehicle engines
SU1437716A1 (en) * 1986-06-03 1988-11-15 Саратовский политехнический институт Method of diagnostics of valve timing mechanism springs of internal combustion engine
RU2157984C1 (en) * 1999-03-31 2000-10-20 Саратовский государственный технический университет Method of diagnosing condition of timing gear valve springs of internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736626A (en) * 1986-04-16 1988-04-12 Nippondenso Co., Ltd. Abnormality detection apparatus for vehicle engines
SU1437716A1 (en) * 1986-06-03 1988-11-15 Саратовский политехнический институт Method of diagnostics of valve timing mechanism springs of internal combustion engine
RU2157984C1 (en) * 1999-03-31 2000-10-20 Саратовский государственный технический университет Method of diagnosing condition of timing gear valve springs of internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6785986B2 (en) A method of monitoring deviations occurring in a valve drive of an internal combustion engine and an electronic engine control device that implements the method.
JP6768944B2 (en) A method of distinguishing the intake valve stroke phase difference and the exhaust valve stroke phase difference of an internal combustion engine by combining them using a line having the same phase position and a line having the same amplitude.
JP6805339B2 (en) A method of distinguishing the intake valve stroke phase difference and the exhaust valve stroke phase difference of an internal combustion engine in combination using lines having the same amplitude.
US7623955B1 (en) Method for estimation of indicated mean effective pressure for individual cylinders from crankshaft acceleration
RU2082139C1 (en) Method of and device for diagnosing condition of internal combustion piston engine
KR102061992B1 (en) How to determine injection start time and injection volume of fuel during normal operation of internal combustion engine
GB2053484A (en) Diagnosis of engine power and compression balance
Varbanets et al. Improvement of diagnosing methods of the diesel engine functioning under operating conditions
CN109238731B (en) Online timing detection device for gas distribution and oil injection of internal combustion engine
Guzzomi et al. Variable inertia effects of an engine including piston friction and a crank or gudgeon pin offset
RU2651702C1 (en) Rotating control valve
Bulatović et al. Measurement and analysis of angular velocity variations of twelve-cylinder diesel engine crankshaft
KR20180095670A (en) Method for determining the composition of the fuel used to operate the internal combustion engine
EP1221029A1 (en) Measuring twist due to torque in a rotating shaft
RU2454643C1 (en) Method of defining ice power losses
JP6934958B2 (en) How to calculate the current compression ratio of an internal combustion engine during operation
Mauer On-line cylinder fault diagnostics for internal combustion engines
RU2458330C1 (en) Method of diagnosing ice valve timing gear
JP5525279B2 (en) Method for determining at least one misfire cylinder of internal combustion engine, control device, and vehicle drive system
CN102305139B (en) Starting method for four-stroke electronic injection diesel engine
Watzenig et al. Engine state monitoring and fault diagnosis of large marine diesel engines.
RU2662017C2 (en) Method of engine technical condition diagnostics
US9388751B2 (en) Engine speed determination by gear castellation
Zweiri et al. A comparison of dynamic models of various complexity for diesel engines
Potenza et al. A model for simulating the instantaneous crank kinematics and total mechanical losses in a multicylinder in-line engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180216