Новые средства для определения компрессии автотракторных двигателей и результаты их испытаний

УДК 631.3.004.5(075.3)

В.Н.Хабардин, канд. техн. наук; А.Ф.Найдыш, С.А.Петухов, Т.П.Перфильева, инженеры – Иркутская ГСХА, А.В.Хабардин, инж. – ООО «Российская   научно-производственная фирма   «Политехник»

В процессе эксплуатации автотракторных двигателей часто возникает необходимость измерения компрессии в цилиндрах, например, при поиске неисправностей гильзо-поршневой группы и газораспределительного механизма. По результатам измерений определяют техническое состояние двигателя. Для этого существуют специальные приборы - компрессометры. Высокие требования к ним  и прежде всего метрологические обусловлены соответственно высокой степенью риска – определением потребности двигателя в ремонте. Цена данного вопроса – десятки и сотни тысяч рублей. Именно поэтому компрессометр – самый востребованный и «главный» прибор в автосервисе.

В настоящее время компрессометры выпускают в достаточном количестве как отечественные, так и иностранные фирмы, причем в различном конструктивном исполнении. В связи с изобилием этих приборов появляется другая проблема - выбора: какой компрессометр лучше? Мы тоже попытались разобраться в этом вопросе и пришли к выводу о том, что в совокупности компрессометры имеют множество недостатков. Более того, нам не удалось найти, по крайней мере, из отечественных компрессометров такой, который бы отвечал хотя бы основным предъявленным к нему требованиям. Поэтому нами предложен новый компрессометр типа BEST (в переводе с английского – лучший). Он выполнен по патентам России на изобретения № 2241137 и № 2268459 /1, 2/ и представлен на рис. 1.

Рис. 1.  Компрессометр типа BEST с адаптерами (внизу)

Внешне этот прибор ничем не отличается от своих аналогов  и состоит из корпуса с манометром  и вентилем для сброса давления, рукава  высокого давления с наконечником, на котором запрессована прижимная втулка  и установлено уплотнительное кольцо, свободно вращающееся вокруг своей оси. На внешней поверхности наконечника нарезана резьба для соединения компрессометра со свечным отверстием бензинового двигателя или с адаптером. Принцип работы компрессометра типа BEST также аналогичен известным приборам.

Однако, как конструктивно, так и соответственно по своим эксплуатационным свойствам компрессометр типа BEST существенно отличается не только от отечественных, но и от иностранных аналогов.

BEST –  единственный компрессометр в мире, который снабжен беспружинным нагнетательным клапаном, размещенным в наконечнике упруго-эластичного рукава высокого давления с проходным диаметром прижимной втулки не более 16 мм; а также вентилем для сброса давления, продувочное отверстие которого выполнено с образованием выпускных каналов-прорезей.

Указанные новые технические решения в совокупности обеспечивают наименьшую погрешность, высокую надежность и универсальность компрессометра типа BEST. Так, беспружинный клапан оказывает меньшее сопротивление пропуску воздуха, а его размещение в полости наконечника (в начальной точке линии нагнетания) снижает объем предклапанной полости практически до нуля. Рукав с минимальным проходным диаметром наконечника позволяет присоединять компрессометр к бензиновым двигателям со свечными отверстиями, расположенными в глубоких свечных колодцах малого диаметра. Причем, такое присоединение возможно без применения гаечных ключей – от руки, путем повертывания (ввинчивания) наконечника за рукав или корпус. Вентиль с точки зрения герметичности наиболее надежное устройство, чем кнопка (клапан) для сброса давления. И все-таки, надежность вентиля улучшена за счет дополнения его продувочного отверстия  выпускными каналами.

Кроме того, также для улучшения универсальности - в связи с многообразием конструктивных особенностей дизельных двигателей, их систем питания и топливовпрыскивающей аппаратуры предложено три способа соединения компрессометра с двигателем и соответственно три типа адаптеров (показаны на рис.1, внизу):

• свечной  – по форме свечей накаливания с резьбой  М 10 × 1,25 и М 12 × 1,25;
• форсуночный  – по форме форсунок с резьбой    М 20 × 1,5, М 24 × 2,0 и двигателей семейства «КамАЗ»;
• универсальный или фальшь-форсуночный – присоединительный элемент выполнен с возможностью соединения этого адаптера со штуцером фальшь-форсунки (штатной форсунки, обычно выработавшей свой ресурс, в которой загерметизировано отверстие для отвода топлива, острие иглы сточено на 3…4 мм, а на торце корпуса распылителя, при необходимости, сформировано отверстие диаметром от 2 до 3 мм)  посредством накидных гаек.

В совокупности эти адаптеры позволяют присоединять компрессометр типа BEST к любому дизельному двигателю, в том числе и иностранного производства. При этом предусмотрен выбор варианта соединения с учетом наименьших потерь времени на выполнение данной операции. Касаясь адаптеров, следует отметить, что зарубежные аналогичные устройства оснащены безрезьбовыми присоединительными муфтами. Такое решение безусловно направлено на сокращение времени присоединения компрессометра к адаптеру. Однако, это усложняет конструкцию и, следовательно, возникает опасность ухудшения надежности соединения «наконечник-адаптер» по причине его недостаточной герметичности. Поэтому наши адаптеры выполнены с резьбой под наконечник компрессометра.

Теперь ответим на поставленный нами вопрос, но уже применительно к  компрессометру типа BEST: действительно ли он является лучшим?  При выборе основного критерия оценки мы исходили из того, что наиболее предпочтительным следует считать такой компрессометр, который имеет наименьшую аппаратную  погрешность. Вместе с тем также  желательно, чтобы компрессометр был не только точным, но и универсальным, а также надежным.

В соответствии с этим нами были проведены сравнительные испытания пяти компрессометров. Один из них – компрессометр типа BEST, другие выбраны для эксперимента случайным образом: показаны на рис. 2, их краткое описание дано в таблице 1. При этом не принимались во внимание компрессометры, оснащенные наконечниками (например, К-52), так как при их использовании требуется значительная сила прижатия к отверстию под форсунку. Так, например, если диаметр указанного отверстия составляет 15 мм, а измеряемое значение компрессии равно номинальному (2,8 МПа или 28 кгс/см²), то в процессе измерений прибор следует прижимать к отверстию с силой 500 Н (50 кгс). С точки зрения эргономики это явно недопустимо. Кроме того, компрессометры с наконечниками не позволяют контролировать утечки в сопряжении «уплотнительный конус–отверстие под форсунку» (это также относится и к процессу измерения компрессии бензинового двигателя – сопряжение «конус-свечное отверстие»), а в случае утечки результат измерений всегда искажается в сторону уменьшения. Мы также не принимали во внимание компрессометры, снабженные золотником от автомобильных камер.  При использовании этих приборов  затруднен сброс давления: золотники рассчитаны на давление до 6 кгс/см², что примерно в 5 раз меньше измеряемого давления в цилиндрах дизеля, а поэтому сила, с которой нужно воздействовать на золотник при сбросе давления во столько же раз больше, чем при спуске воздуха из камеры. И еще один существенный недостаток этих компрессометров – низкая надежность и нестабильность показаний вследствие загрязнения резинового уплотнения золотника топливо-воздушной смесью.

Рис. 2. Компрессометры, выбранные для испытаний

Таблица 1 –  Описание компрессометров, показанных на рис. 2

Сравнительные испытания выбранных компрессометров были проведены по одной и той же методике и в идентичных условиях: при одной и той же температуре окружающей среды – 18 °С; на одном и том же цилиндре дизеля Д-50; в одном и том же режиме работы обкаточно-тормозного стенда – при обеспечении частоты вращения коленчатого вала двигателя – 150 об/мин; при одинаковом тепловом режиме двигателя – при температуре охлаждающей жидкости – 80 °С; при поочередном подсоединении каждого прибора к одной и той же фальшь-форсунке, установленной на дизеле вместо штатной; при отсутствии утечек в названном соединении. При этом испытания каждого компрессометра проводились с одинаковой повторностью, равной 5, что достаточно для обеспечения надежности опытов в пределах 0,9. Результаты испытаний представлены в таблице 2, где во втором столбце в скобках дополнительно указано среднее квадратическое отклонение показаний компрессометров.

Таблица 2 –  Результаты испытаний компрессометров

Проанализируем полученные результаты в соответствии с поставленным вопросом.

Лучшим компрессометром из представленных оказался BEST, поскольку он показал максимальное давление – 29,5 кгс/см². Для дальнейшего анализа этот прибор принят за эталонный.

Несколько хуже – G-320HD: относительная погрешность измерений (она найдена как отклонение от максимального значения – от результата измерений эталонным прибором) – 3,1%, что не превышает 5%, допустимых в условиях эксплуатации.

Еще хуже – «Универсальный»: погрешность измерений – 7,1%, что  больше 5%.  

Абсолютно непригодный к использованию  компрессометр МП-63 – он показал давление почти в 2 раза меньше, чем эталонный.

Разумеется, что погрешность измерений (в данном случае – аппаратная) – важнейшая качественная характеристика компрессометра и прежде всего  потому, что от нее зависит точность диагноза. Для того, чтобы в этом убедиться мы сравнили средние значения показаний каждого прибора с нормативными. Для дизелей по многочисленным рекомендациям ГОСНИТИ номинальное давление составляет 28,0; предельное – 22,0 кгс/см² /3/. Оказалось (таблица 2), что компрессометры BEST и G-320HD дали результат выше номинального давления соответственно на 5,4 и 2,1 %. Отсюда диагноз по показаниям названных приборов: «дизель исправный», где под словом «дизель» мы имеем в виду только гильзо-поршневую группу и газораспределительный механизм. Компрессометр «Универсальный» также «показывает», что «дизель исправный»,  но точность диагноза сомнительна, так как погрешность измерений данного прибора выше допускаемого уровня (5 %) и составляет 7,1 %. По показаниям компрессометра   МП-63 диагноз противоположный: «дизель неисправный». Однако, фактически – дизель исправный, а названный прибор не работоспособен и не пригоден к использованию по назначению. Более того, он вводит пользователя в заблуждение.

Поскольку в нашем исследовании максимальное давление в цилиндре дизеля постоянно (методика и условия испытаний идентичны), то измеренное значение этого параметра, а следовательно и погрешность измерений, зависит только от конструктивных особенностей каждого компрессометра. С этой точки зрения  компрессометр BEST наиболее совершенный: его клапан выполнен без пружины и  размещен в наконечнике - в начальной точке линии нагнетания, он оснащен простым и всегда герметичным (более надежным, чем кнопка) вентилем для сброса давления. Эти конструктивные особенности существенно влияют на результат измерений и их безусловно следует учитывать при выборе и использовании компрессометра по назначению.     

Новые компрессометры типа BEST обладают улучшенными метрологическими и другими эксплуатационными свойствами. Они достаточно адаптированы к использованию практически на любом автотракторном двигателе как отечественного, так и иностранного производства. Их аппаратная погрешность минимальна и ошибки в постановке диагноза по этой причине мало вероятны.   Масса приборов (в упаковке) – не более 1 кг, стоимость в 2 - 3 раза ниже зарубежных аналогов. В целом это позволило сделать компрессометры типа BEST универсальными, удобными при использовании и экономичными. Компрессометры прошли длительные лабораторные испытания на современном оборудовании и в производственных условиях. При этом они показали высокую надежность. Приборы зарегистрированы в Госстандарте  и включены в Каталог продукции России.

Компрессометры типа BEST сегодня включают в себя более 10 различных моделей, отличающихся применяемостью (от двухтактных бензиновых двигателей до дизельных), верхним пределом измерений манометра (от 0,6 до 4,0 МПа), а также составом и конфигурацией адаптеров. Кроме того, они сформированы в специальные наборы компрессометров «BEST» и включены в состав комплектов приборов «ТАД» для диагностирования топливной аппаратуры дизельных двигателей /4/. Все приборы, как и комплекты на их базе, выпускаются промышленно и поставляются в пластиковой упаковке.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент 2241137 РФ. Тестер для диагностирования форсунок и измерения компрессии в цилиндрах двигателя / В.Н.Хабардин, А.Ф.Найдыш, С.А.Петухов  –  Опубл. в Б.-н. № 32, 2004.
2. Патент 2268459 РФ. Компрессометр с беспружинным клапаном / В.Н.Хабардин, Л.А.Хабардина, А.В.Хабардина  –  Опубл. в Б.-н. № 02, 2006.
3. Руководство по техническому диагностированию при техническом обслуживании и ремонте тракторов и сельскохозяйственных машин / А.Э.Северный, Д.С.Буклагин, В.М.Михлин и др. Под рук. академика В.И.Черноиванова – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2001.
4. Новые средства и методы диагностирования топливной аппаратуры дизелей / В.Н.Хабардин, А.Ф.Найдыш, С.А.Петухов, Т.П.Перфильева, С.В.Хабардин. Журнал «Техника в сельском хозяйстве», № 5, 2006.