CC BY
102
Н.В. Иванова1, А.Б. Белов2
1 Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
Рязанское высшее воздушно-десантное училище, 390031, г. Рязань, ул. Каляева, 20
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КЛАПАННОЙ ГРУППЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ
Представлено устройство для функционального диагностирования клапанной группы газораспределительного механизма двигателя, которое позволяет получить общую информацию
о непостоянных неисправностях механики двигателя.
Ключевые слова: диагностика, давление, газораспределительный механизм.
N.V. Ivanova, A.B. Belov FUNCTIONAL DIAGNOSTICS OF ENGINE GAS TIME GEAR OF VALVE GROUP
This article deals with the device for functional diagnostics of engine gas time gear of valve group. This device helps to get general information about irregular troubles of engine mechanical outfit.
Key words: diagnostics; pressure; gas time gear.
Работа газораспределительного механизма характеризуется рядом внешних проявлений, выражающихся в изменении цвета выхлопных газов, наличии посторонних шумов и стуков, повышенном расходе эксплуатационных жидкостей, ухудшении основных рабочих характеристик. Современные методы и средства диагностирования газораспределительного механизма двигателя, в частности клапанной группы, позволяют получить общую информацию о неисправностях, нередко прибегая к его разборке. Но разборка двигателя - слишком радикальный метод определения неисправности. Устройство для функционального диагностирования клапанной группы газораспределительного механизма двигателя позволяет путём измерения пульсаций давления воздуха во впускном коллекторе обнаружить непостоянные неисправности механики двигателя, например, по полученному графику можно выявить неправильное взаимное положение коленчатого и распределительных валов, закоксованные впускные клапана, забитый катализатор, оценить равномерность открытия впускных клапанов, состояние цилиндропоршневой группы безразборным методом. Функциональная схема устройства показана на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема устройства Fig. 1. Functional scheme of device Во впускном коллекторе во время рабочего цикла на холостом ходу, когда закрыт впускной клапан, давление в нем равно атмосферному.
На такте впуска смесь поступает в цилиндр через ограниченное отверстие в дроссельной заслонке. Во впускном коллекторе возникает разряжение (абсолютное давление ниже
атмосферного). Впускной клапан закрывается, давление снова возрастает. Мы можем видеть пульсации давления. График давления во впускном коллекторе показан на рис. 2.
Но так как одноцилиндровые двигатели встречаются редко, пульсации давления (разряжения) от разных цилиндров накладываются друг на друга и во впускном коллекторе возникает какое-то среднее давление, которое ниже атмосферного.
Для инструментальной регистрации значения давления воздуха целесообразно использование электрических измерительных приборов. С этой целью целесообразно использовать параметрические преобразователи. В частности данный преобразователь должен преобразовывать изменение давления в изменение электрического параметра. По необходимым показателям был выбран ёмкостной преобразователь.
Ёмкостные преобразователи представляют собой конденсатор той или иной формы, чаще плоской. Ёмкость последнего выражается формулой
с
Сх = 0,089 в С, (1)
о
где в - относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками конденсатора (для воздуха е = 1); Э - площадь одной обкладки конденсатора, см ; 0 -расстояние между обкладками, см.
С учётом принципа действия ёмкостных преобразователей была разработана конструкция датчика, предназначенного для измерения давления воздуха во впускном коллекторе. Его устройство показано на рис. 3.
Рис. 3. Ёмкостной манометр: 1 - мембрана;
2 - стакан; 3 - металлическая пластина;
4 - ниппель; 5, б - зажимы Fig. 3. Air manometer: 1 - membrane; 2 - glass;
3 - metal plate; 4 - nipple; 5, 6 - clips
Одной обкладкой конденсатора-преобразователя служит мембрана 1, являющаяся дном металлического стакана 2. Второй обкладкой конденсатора служит металлическая пластина 3, хорошо изолированная от корпуса. Выводы от металлической пластины и от мембраны (корпуса) осуществлены при помощи зажимов 5 и б.
Воздух, давление которого нужно измерить, попадает в преобразователь через ниппель 4. При увеличении давления мембрана прогибается, что приводит к уменьшению зазора между обкладками и увеличению ёмкости преобразователя.
Начальная ёмкость преобразователя около 600 пФ. Рабочее изменение ёмкости до 1000 пФ.
Для измерения ёмкости рационально использовать мост переменного тока, принципиальная схема которого показана на рис. 4.
На рис. 4 С - искомая ёмкость, а Rx - активное сопротивление преобразователя
Рис. 2. График давления во впускном коллекторе Fig. 2. Intel collector pressure diagram
(соответствует потерям энергии в диэлектрике конденсатора), С0 - образцовый
конденсатор, ёмкость которого известна, а Я0, Я, Я2 - известные активные сопротивления, включённые в плечи моста.
Рис. 4. Схема моста переменного тока Fig. 4. AC bridge scheme AC = alternative current
В диагональ моста введён резистор Ra. Снимаемое с него напряжение подводится к
усилителю У, к выходу которого подключён гальванометр с нулём посередине (для фиксации равновесия моста). Мост обычно питается от лампового генератора, дающего переменный ток повышенной частоты (в 1000 Гц и более). Равновесие моста, имеющего активные и ёмкостные сопротивления, наступает тогда, когда одновременно выполняются следующие условия:
r •' — r • r
I x 12 1 0 11,
(2)
ri • Cx = r2 • Cx ■
(3)
Необходимость выполнения двух условий равновесия несколько усложняет процесс измерения, так как уравновешивание моста приходится производить методом последовательного приближения.
Уравновесив мост, искомую ёмкость преобразователя можно определить по формуле
(4)
Для измерения ёмкости преобразователя могут применяться также неуравновешенные мосты переменного тока. Вначале (при исходном положении обкладок конденсатора-преобразователя) мост уравновешивается. При перемещении подвижной обкладки равновесие моста будет нарушено и прибор, находящийся на выходе усилителя, будет показывать тем больше, чем значительнее переместилась обкладка конденсатора. Это позволяет шкалу прибора разградуировать на единицы измеряемой величины. Вместо прибора может быть включён вибратор осциллографа.
В качестве генератора переменного тока целесообразно использовать генератор Вина, а в качестве усилителя сигнала применить операционный усилитель.
Принцип действия устройства:
На выходе моста подаётся переменное синусоидальное напряжение, формируемое генератором Вина, выполненного на операционном усилителе.
Напряжение между диагоналями моста может быть рассчитано по формуле
иво = ив -и0 =
и -и лп
Я,.
Я11 + Я10
• иАс =
= ил
Я.
Я11 + Я10
+ 22
1 1
где г1 = Яв + -------—, г2 = Нт + --. (6)
у а С5 у а с6
Если мост сбалансирован, то ^ ^ и Я10 = Я 1 ^ иво = 0 . ТогДа ивых = 0 .
Предположим, что изменение давления во впускном коллекторе привело к изменению
ёмкости С5
Учтём, что
1 1
--------------; г2 =------------------
у . а. С5 у . а . С6
1_____ _
тогда —-— =---. У а С%------------------= С% =—С—. (7)
21 + 22 _1___________+_1__ +1 С6 + С5
У.а С5 у.а. С6 С5 С6
Следовательно, изменение ёмкости С5 приведёт к изменению общего сопротивления на участке АВС, что вызовет разбаланс моста.
Напряжение иво станет отличным от нуля. Это напряжение усилится операционным усилителем в соответствии с соотношением
ива = 5.ив0, (8)
Данное изменение напряжения в нашем случае регистрируется с помощью осциллографа.
Для получения графика пульсаций давления датчик должен быть подсоединён к впускному коллектору двигателя диагностируемого автомобиля, а выход измерительного устройства подключён к ШВ-осциллографу.
Порядок измерения:
1. Пуск двигателя необходимо заблокировать путём отключения зажигания либо подачи топлива. Датчик разрежения подключается через измерительное устройство к ШВ-осциллографу, и его сигнал записывается в течение 5-6 с в режиме прокрутки двигателя стартером. Если двигатель исправен, то полученный график по форме близок к синусоиде без заметных различий по форме и амплитуде.
2. В случае неправильного взаимного положения коленчатого и газораспределительного валов график разрежения во впускном коллекторе принимает «пилообразную» форму. По направлению наклона «пилы» можно выявить, что распределительный вал смещён в сторону опоздания или опережения. Например, если разрежение, создаваемое отдельно взятым цилиндром, возрастает медленно, а спадает быстро, то это указывает на опережение открытия и закрытия впускных клапанов.
3. «Зашумленный» график разрежения во впускном коллекторе на режиме прокрутки стартером указывает на значительный нагар на тарелках впускных клапанов.
Использование разработанного устройства позволяет ускорить процесс оценки состояния клапанов и газораспределительного механизма в целом бензиновых двигателей
и приводит к снижению трудозатрат на диагностирование двигателей автомобильной техники.
Список литературы
1. Байкова Л.М. Электрические измерения неэлектрических величин [Текст]: учеб. пособие / Л.М. Байкова; под ред. К.Н. Абрамова. - Л.: Военная академия тыла и транспорта, 1997. - 182 с.
2. Курченов В.Н. Проектирование электрических схем в электронике и электрооборудовании автомобилей [Текст]: учеб. пособие по курсовому и дипломному проектированию / В.Н. Курченов, С.М. Немпинов. - Рязань: РВАМ, 2004. - 87 с.
Сведения об авторе: Иванова Наталья Васильевна, доцент;
Белов Александр Борисович, кандидат технических наук, доцент,
e-mail: v.semynin@yandex.ru.
