Об измерении количества картерных газов

  • 3 Ответов
  • 67843 Просмотров
*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 8358
  • 1025
    • Россия С.Петербург
ОБ ИЗМЕРЕНИИ КОЛИЧЕСТВА КАРТЕРНЫХ ГАЗОВ , О ПУЛЬСАЦИЯХ КАРТЕРНЫХ ГАЗОВ В МАСЛОЗАЛИВНОЙ ГОРЛОВИНЕ  И О ДАВЛЕНИИ ГАЗОВ В КАРТЕРЕ


     Эту тему обсуждали в разных форумах многократно. Изучение состояния двигателя по пульсациям газов в маслозаливной горловине часто очень обманчиво. Дело в том, что внутренний объем картера со всеми газовыми каналами и полостями представляют собой некую резонансную акустическую систему. Поршни, совершающие возвратно-поступательное движение, создают в полости картерного пространства колебания воздуха, которые очень легко принять за мощный импульсный прорыв картерных газов, если ситуацию наблюдать через относительно большое отверстие маслозаливной горловины. Кто интересовался устройством домашних акустических систем, может знать о существовании в басовых колонках, так называемых, фазоинверторов.
      Ежели такие музыкальные колонки есть у кого-нибудь дома (например сабвуфер в системе домашнего музыкального центра или в машине), то предлагаю поднести руку во время воспроизведения музыкального фрагмента богатого басами к его инверсному отверстию. Стегать по руке будет неслабо. Аналогичные вещи происходят и в двигателе, иногда смущая и своих хозяев и ремонтников.
     Решение проблемы простое как дверь. Не надо исследовать состояние мотора через заливную горловину, хоть и кажется, что это лучше всего. В любом моторе, кроме самых доисторических (напр. Nissan SD33), внутренний объем картера хорошо изолирован и все картерные газы направляются во впускной коллектор для переработки в цилиндре. Надо найти патрубок, по которому эти газы отводятся во впускной коллектор (на машинах без наддува) или в воздуховод перед турбиной на моторах с наддувом. Разъединяем этот патрубок и наращиваем его шлангом примерно такого же диаметра и длиной с полметра-метр. Далее на заведенном моторе смотрим, что выходит их этой наращенной трубки - еле заметное дутье, сильное или чуть меньше, чем из выхлопной трубы. Наращивание трубки позволяет подавить любые резонансные колебания, и вы оцените только то, что прорывается через поршневые кольца. Кроме того, попутно, разъединение отвода картерных газов дает вам еще возможность довольно верно оценить состояние вашего воздушного фильтра. Если вы попытаетесь пальцем прикрыть то отверстие, куда вставлялась трубка отвода картерных газов, и почувствуете, что палец присасывается к этому отверстию, то  можете быть стопроцентно уверены, что ваш воздушный фильтр созрел на помойку.  Более того, он готов разорваться от разрежения на впуске, нанеся этим страшнейший удар по вашему мотору и вашему карману, соответственно.
     Количество картерных газов может быть измерено, тогда в ваших руках будет не только численная характеристика состояния мотора, но и база для накопления статистики для прогнозирования сроков и объемов ремонта своего мотора. А это уже кое-что. Как измерить количество картерных газов?
     Расходомер может быть выполнен по двум принципиально разным, но дающим одинаковый результат идеям:
1 - покупается бытовой счетчик для домашнего газа (кухонный). Это счетчик барабанного типа, погрешность измерения плюс-минус один литр. Никаких переделок при этом кроме монтажа шлангов и штуцеров не требуется. На вход счетчика картерные газы  подаются от разомкнутого патрубка системы  вентиляции картера. Выход из счетчика направляется в атмосферу, но можно (для тонких исследований) запустить на впуск двигателя, как он идет штатно (рис 1 и 2).

     
   

                                                      Рис 1
                                Газовый счетчик барабанного типа

               


                                       Рис. 2
                            Измерение расхода картерных газов

2 - покупается или изготавливается газовый ротаметр, рассчитанный на измерение расходов газа до 100 литров в минуту. Изготовить его крайне просто. Из оргстекла вытачивается трубка с конусным внутренним отверстием. Конусность 3-10 градусов. Внутренний диаметр трубки в тонкой части приблизительно 20-25 мм. Для изготовления конусного отверстия трубки отлично подходит инструмент для обработки конусов Морзе. Трубку не обязательно даже полировать – достаточно зашлифовать тонкой шкуркой, хотя от полировки она хуже не станет. Трубка располагается вертикально тонким концом вниз, в трубку помещается поплавок, представляющий собой шарик или конус или сочетание конуса с цилиндром (форма не очень важна). Диаметр шарика или конуса должен быть немного меньше самого маленького внутреннего диаметра конусной трубки, настолько, чтобы он мог свободно перемещаться внутри трубки и в самом узком месте оставался зазор не меньше 1-2 мм. Чтобы не дать поплавку провалиться, снизу трубки делается ограничитель в виде перекрестия из проволочек или стержней. Подобный же ограничитель делается и в верхней части трубки, чтобы при очень большом количестве картерных газов поплавок не оказался выброшенным из трубки. Кроме того, в верхней части трубки выполняются радиальные сверления, предохраняющие трубку от разрыва при неправильно выбранном поплавке или при чрезмерно большом количестве картерных газов. Исследуемые картерные газы подаются в трубку снизу. В зависимости от их количества поплавок всплывет на некоторую высоту трубки и зависнет в некотором положении, слегка покачиваясь. Чем больше газов, тем выше всплывет поплавок.

       

                                               Рис.3
                                   Ротаметр для измерения картерных газов

     Ротаметр для измерения расходов от 5 до 150 литров в минуту будет иметь длину около метра (если хотим иметь приемлемую точность). Это, безусловно, неудобно. Поэтому трубку делаем высотой сантиметров 30-40, но поплавки делаем сменными. Для малых расходов из эбонита, для средних - алюминиевый и для больших - стальной.
     Теперь надо один раз оттарировать три шкалы вдоль трубки ротаметра (под три разных поплавка). Тарировать можно по фабричному ротаметру или по газовому счетчику взятому напрокат.
У нас на работе применяется покупной бытовой газовый счетчик. Мой коллега использует самодельный ротаметр. На мой взгляд, с точки зрения эмоционального воздействия на клиента, ротаметр эффектнее. Поплавки и шкалы....загадочно...  Но мне лично счетчик удобнее - не надо заботиться о точной вертикальности положения, переставлять поплавки...
     Нельзя не упомянуть о способе измерения количества картерных газов, придуманном кем-то из участников форума Auto.ru «Дизель в массы». Картерные газы собираются в полиэтиленовый мешок для мусора ёмкостью около 100 литров. Засекается время, за которое мешок частично заполняется картерными газами, после этого газы из мешка выдавливаются в мерную емкость через слой воды в ванне (рис.4).

                 


                                                    Рис.4
                Измерение количества картерных газов при помощи мешка
     
 Определив сколько мерных емкостей заполнит газ, легко пересчитать расход картерных газов за минуту. Важное условие данного эксперимента – мешок не должен быть наполнен газом до сильного раздутия. В противном случае погрешность измерения будет очень большой.
     Следует добавить, что измерение количества картерных газов осуществляется на прогретом моторе на оборотах холостого хода.
     Еще один аспект, часто оставляемый вне зоны внимания, но оказывающий сильное влияние на работу двигателя и особенно турбокомпрессора (ТКР), это величина давления газов в картере. Измерять давление надо при штатно собранной системе вентиляции картера. Давление в картере не велико, поэтому для измерения используется водяной дифференциальный манометр. Манометр представляет собой пару стеклянных трубок диаметром 5-10 мм и длиной по 30-50 см, соединенных в нижней части куском резиновой трубки в виде буквы ‘U” и обычную линейку (рис.5). Все это монтируется на подходящей деревянной планке. В трубки наливается вода. В гаражных условиях соорудить дифференциальный манометр можно за пять минут из пары метров прозрачной пластиковой трубки, изогнутой должным образом и закрепленной скотчем на деревянной планке.

         

                            Рис.5
             Дифференциальный манометр

   Измерение производится через маслозаливную горловину. Для этого подбирается плотная резиновая пробка в горловину, в пробке выполняется отверстие, в котором помещается штуцер. Штуцер и верхний конец одной из трубок соединяются шлангом. Расстояние между уровнями воды в трубках при работающем двигателе не должно превышать 50-70 мм. Большая величина давления, при нормальном количестве картерных газов, свидетельствует о забитой системе вентиляции картера или о неисправности обратного клапана в этой системе. Если в дифманометре используются трубки  диаметром 5 и менее мм, то прибор можно также использовать для оценки разряжения во впускном коллекторе (степень засоренности воздушного фильтра). При этом количество воды в трубках должно быть минимальным, чтобы избежать возможного гидроудара при сильном разрежении в коллекторе.






« Последнее редактирование: 03 Сентября 2013, 00:02:09 от alex diesel spb »

*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 8358
  • 1025
    • Россия С.Петербург
Re: Об измерении количества картерных газов
« Reply #1 : 11 Сентября 2009, 17:47:56 »
Какие сравнительные показатели расхода КГ в пересчете на один полулитровый цилиндр? ;)
В пересчете на объем одного цилиндра дизельного двигателя в 500 см3
4-9 литров в минуту соответствует состоянию идеального мотора. Часто бывает, что после сборки мотор имеет расход и 10-12 литров в минуту, но через 10-20 т.км пробега расход снижается. 4-5 литров в минуту хоть редкость, но все же встречается.
12-20 литров в минуту - нормальный, естественный износ двигателя. 20 литров в минуту это, при нормальной эксплуатации, соответствует 280-320 т.км. пробега.
25 литров в минуту и более - двигатель, как правило, от стартера не запускается хотя встречали пару раз 70 литров в минуту и все еще заводился. Но это уже из разряда казуистики.
А можно вот об этом (влиянии картерных газов на ТКР) более подробно
Повышенное давление картерных газов имеет место быть не только в картере двигателя. но присутствует еще и в масляном картере турбины, поскольку эти полости сообщаются.  Вал ТКР не имеет уплотнений и масло вышедшее из подшипников свободно стекает в картер ТКР. Если давление в картере ТКР повышено, то масло выдавливается через лабиринтные уплотнения в компрессорную и в турбинную улитки.
« Последнее редактирование: 01 Февраля 2010, 14:11:52 от alex diesel spb »

*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 8358
  • 1025
    • Россия С.Петербург
Материал из старого форума сохранен участником  valesh

Слышал, что можно оценить состояние двигателя по величине картерных газов. Есть ли особенности данного метода?

Существует много разных способов диагностики. Например, состояние ЦПГ можно оценивать по компрессии, по количеству рабочих газов, прорвавшихся в картер через поршневые кольца, по спектру шума и вибраций, измерением протечек при продувке цилиндров воздухом, по выбегу маховика после отключения подачи топлива и еще можно накопать кое-что. Однако самым массовым способом является измерение компрессии.
Многими мастерами используется метод измерения расхода картерных газов, который мне кажется наиболее простым и информативным, а вот к измерению компрессии я отношусь более чем сдержанно, хотя и использую его ежедневно, правда скорее с целью привязать неисправность к конкретному цилиндру, а не для дефектовки мотора в целом. Или например для того чтобы определить кто виноват в плохом запуске -кольца или клапаны, но это более глубокие подробности. Диагностику в моем понимании конечно надо бы производить дважды на холодном моторе и на горячем. Так безусловно больше информации. Но ведь эту информацию еще надо суметь правильно переварить. То есть тут диагност должен быть хороший. Ну и еще конечно такая подробная диагностика не всегда необходима. Во многих случаях как в хороших, так и в плохих часто достаточно просто поднести ладонь к выходу системы вентиляции картера чтобы отмести все подозрения или огласить приговор.

Изучение состояния двигателя по пульсациям газов в маслозаливной горловине, часто очень обманчиво. Дело в том, что объем картера со всеми газовыми каналами и полостями клапанной крышки представляют собой некую резонансную акустическую систему. Поршни, совершающие возвратно-поступательное движение, периодически прорывающиеся газы через них создают в полости картерного пространства колебания воздуха, которые очень легко принять за мощный импульсный прорыв картерных газов, если ситуацию наблюдать через относительно большое отверстие маслозаливной горловины. Кто интересовался устройством музыкальных акустических систем, может знать о существовании в басовых колонках, так называемых, фазоинверторов.
Ежели такие музыкальные колонки есть у кого дома (например сабуфер в системе домашнего муз. центра или кинотеатра), то предлагаю поднести руку во время низкочастотной музыки к его инверсному отверстию. Стегать по руке будет неслабо. Аналогичные вещи происходят и в двигателе, иногда смущая своих хозяев и мастеров.
Очень сильно этот эффект выражен на ФВ четырехцилиндровых моторах (я сам неоднократно покупался поначалу).
Решение проблемы простое как дверь. Ничего не надо смотреть через заливную горловину, хоть и кажется что это лучше всего. В любом моторе, кроме самых доисторических (напр. Ниссан SD33) внутренний объем картера хорошо изолирован и все картерные газы направляются во впускной коллектор для уничтожения в цилиндре. Надо найти трубку по которой эти газы отводятся во впускной коллектор (на машинах без наддува) или в патрубок перед турбиной на моторах с наддувом. Далее отсоединяем эту трубку и наращиваем ее шлангом примерно такого же диаметра и длиной с полметра - метр. Далее на заведенном моторе смотрим что выходит их этой нарощенной трубки - еле заметное дутье, сильное или чуть меньше чем из выхлопной трубы. Наращивание трубки позволяет подавить любые резонансные колебания, и вы увидите только то что прорывается через поршневые кольца. Разъединение отвода картерных газов дает Вам еще дополнительно, но довольно верно оценить состояние Вашего воздушного фильтра. По крайней мере если Вы попытаетесь пальцем заткнуть то отверстие куда вставлялась трубка отвода картерных газов и почувствуете, что палец присасвыается к этому отверстию - можете быть стопроцентно уверены, что Ваш воздушный фильтр созрел на помойку и более того готов разорваться от разрежения на впуске, нанеся этим страшнейший удар по Вашему мотору и Вашему карману соответственно.
Далее - на картерные газы можно не только любоваться, но их количество можно и измерить. Тогда в Ваших руках будет не только количественная характеристика состояния мотора, но и база для накопления статистики о прогнозирования сроков и объемов ремонта своего мотора. А это уже кое-что.
Турбированный или нет для данного опыта безразлично. Большее значение имеет конструкция ЦПГ. Например у старых МБ эту цифру надо уменьшить процентов на 15-20, но в общем приближении картина следующая:
10-30 литров в мин мотор отличный
30-45-еще поживет
70-капремонт
Измерять надо разорвав систему вентиляции и плотно закрыв горловину и прочие утечки в том числе и щуп. Чем измерять? А хоть счетчиком для бытового газа Долларов сто стоит не больше. Измерение на холодном и на горячем даст более полную картину, но достаточно и только на горячем.

*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 8358
  • 1025
    • Россия С.Петербург
Re: Об измерении количества картерных газов
« Reply #3 : 04 Октября 2015, 14:31:36 »
Поскольку метод диагностики дизелей измерением количества картерных газов до сих пор вызывает многочисленные споры и сомнения у части пользователей, начинаю на этих страницах публикацию научных трудов в данной области.

УДК 621.43
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА
КАРТЕРНЫХ ГАЗОВ
А.В. Сафонов
Научный руководитель Воронин Д. М.
При диагностировании технического состояния поршневых двигате-
лей внутреннего сгорания способом измерения расхода картерных газов
неизбежно приходится сталкиваться с проблемами связанными с точно-
стью измерений [1]. Низкая точность этого способа является основной при-
чиной его малой распространённости в диагностической практике. Она
является следствием технической сложности измерений расхода картерных
газов возникающей сразу по нескольким причинам.
В качестве главной причины выступают пульсации картерных газов.
Они возникают как от самого прорыва газов, так и от динамического фона
внутри картера за счёт работы механизмов двигателя [2]. Кроме этого
большое влияние оказывает нестабильность состава рассматриваемого газа.
Известно, что в картерном газе содержится большое количество различных
компонентов, концентрация которых быстро меняется. Особенно это отно-
сится к содержанию водяного пара имеющего тенденцию к конденсации и
масленого тумана, способного к быстрому осаждению. Так же наряду с
этим нужно помнить и о погрешности и быстродействии самого прибора,
которая во многом определяется принципом его работы.
Мы выявили основные три фактора влияющие на точность измерений.
К сожалению, приборы, используемые на сегодняшний день для измерения
расхода картерных газов по отношению к рассмотренным факторам сильно
устарели. А сам способ технического контроля цилиндропоршневой груп-
пы двигателей внутреннего сгорания по расходу картерных газов перетер-
пел большие изменения.
В 2007 году в Новосибирском государственном аграрном университе-
те был предложен и запатентован (№ RU 2343445) новый способ контроля
технического состояния ЦПГ двигателей, заключающийся в измерении
расхода картерных газов при динамическом режиме нагружения двигателя
[3]. Это дало новому способу большую разрешающую способность и ин-
формативность. Но в тоже время увеличила требования к применяемому
измерительному устройству как раз в отношении рассматриваемых факто-
ров.
Нами был проведён анализ существующих методов определения рас-
хода газов с учётом особенностей поведения картерных газов в динамиче-
ском режиме нагружения двигателя. В качестве наиболее подходящего ме-
тода был выбран термоанимометрический метод. Следовательно, прибором
для измерения расхода картерных газов является термоанимометр. Он об-
ладает низкой погрешностью а главное быстродействием, что позволяет
фиксировать мгновенный расход газов в определённый момент времени,
что очень важно для нового способа.
Экспериментальные исследования мы проводили с применением тер-
моанимометрического датчика массового расхода воздуха
ИВКШ.407282.000-01 используемого на двигателе ЗМЗ в штатном испол-
нении. Датчик относится к типу нитьевых термоанемометров. Главное их
преимущество по сравнению с пленочными датчиками это способность к
самоочищению чувствительного элемента, которой является тонкая вольф-
рамовая нить, раскаляемая перед каждым испытанием для очистки своей
поверхности от маслянистого налёта со стороны картерного газа (рисунок
1). Предварительно датчик был подвержен незначительным изменением
для корректировки диапазона измерения (0-200л/мин).
Рис. 1 - Датчик массового расхода воздуха ВКШ.407282.000-01 в режиме
самоочистки чувствительного элемента
На рисунке 2 показан полученный график изменения выходного сиг-
нала с датчика при динамическом нагружения двигателя по времени. Вели-
чина сигнала пропорциональна величине расхода газа. Испытания прово-
дились на двигателе УМЗ-4178 в режиме однократного разгон-выбега
дроссельной заслонкой.
Рис. 2 - График изменения выходного сигнала с ДМРВ измеряющего расход
картерных газов при динамическом нагружении двигателя
На графике хорошо прослеживаются все режимы работы двигателя.
Замечено, что большая величина амплитуды пульсаций картерных газов
свойственна работе двигателя только на холостом ходу. При выходе двига-
теля в режим динамического самонагружения за счёт увеличения частоты
пульсаций её амплитуда становится незначительной, и точность измерений
резко увеличивается.
В рассмотренном способе главная задача заключается в фиксации зна-
чения максимального расхода картерных газов за всё время цикла динами-
ческого нагружения двигателя. В данном случае значение этой величины
соответствует сигналу с датчика равному 2,33В. Из полученного сигнала
видно, что момент фиксации величины максимального расхода как раз со-
ответствует моменту максимальной точности измерительной установки.
В результате учёта всех факторов оказывающих большое влияние на
точность получаемых данных, с учётом особенностей и требований нового
диагностического способа нам удалось правильно выбрать измерительное
устройство. Мы получили положительный экспериментальный результат,
которые в будущем может лечь в основу разработки нового диагностиче-
ского оборудования.
Библиографический список
1. Терских И.П. Диагностика технического состояния тракторов: Учеб.
Пособие / И.П. Терских – Иркутск: Б.и., 1975. – 159с.
2. Венцель. С.В. Газодинамический фон в картере двигателя / С.В.
Венцель, И.А. Коровянский // Двигателестроение. – 1982. – № 1. – С.32-36.
3. Патент № RU 2343445. Способ оценки технического состояния дви-
гателя внутреннего сгорания / Д.М. Воронин, А.Ю. Понизовский, А.А. Ма-
лышко, М.Л. Вертей (RU). – 2009.