СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01M15/09 

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании степени износа подшипников двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен ряд способов диагностирования степени износа подшипников ДВС.

По патенту №328364 (кл. G 01 М 15/00) величина зазоров определяется по амплитудно-фазовым параметрам пульсаций потока масла в каналах системы смазки. При определении зазоров устанавливается датчик в канале системы смазки, измеряют импульсы микродатчика при определенном тепловом режиме и по тарировочным зависимостям определяют величину зазора.

Недостатком способа является необходимость вывода двигателя из эксплуатации на обследование, препарировки под датчик, большие затраты времени на проведение диагностики.

Способ по авт.св. №1134897 (кл. G 01 М 15/00) используют при безразборной диагностике. Он предусматривает подключение к двигателю в момент эксперимента гидроаккумулятора с дроссельным устройством и определение интенсивности падения в нем давления по двум манометрам на определенных режимах. Однако этот способ также требует установки громоздких устройств.

Способ по авт.св. №2259549 (кл. G 01 М 15/00) используют при безразборной диагностике технического состояния двигателя внутреннего сгорания. Он предусматривает установку двух измерителей давления масла на входе и выходе из фильтра. При использовании метода задают режимы работы двигателя, измеряют показатели состояния диагностируемых систем двигателя, определяют отклонения показателей состояния, проводят вычисления и по результатам оценивают техническое состояние двигателя. Причем в качестве показателей состояния принимают параметры пульсаций давления среды. Способ отличается тем, что кривую пульсаций давления на входе и выходе фильтрующего элемента диагностируемой системы раскладывают в гармонический ряд. Строят амплитудные и фазовые частотные характеристики в заданном диапазоне частот, а сравнение проводят в диапазоне наибольшей чувствительности измеряемых частот, в качестве результата определяют величину и скорость отклонения амплитудных и фазовых частотных характеристик от эталонных, полученных при условии наиболее эффективной работы системы, и по ним определяют остаточный ресурс работы двигателя.

Данный способ не позволяет определить неисправности отдельных элементов системы смазки, а также фактический износ подшипников коленвала. При взаимном сочетании неисправностей отдельных подшипников указанный способ позволяет определить только общую тенденцию износа, тогда как износ подшипников часто не одинаков. Кроме того, прогноз реального ресурса двигателя затруднен, так как неизвестен закон изменения технического состояния отдельных подшипников.

Принятый в качестве прототипа способ по авт.св. №2006811 (кл. G 01 М 15/00) используют при безразборной диагностике степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания. Способ заключается в том, что измеряют значение давления в центральной масляной магистрали ДВС и сравнивают полученные значения давления с эталонными, определенными для нового двигателя. По сравнению определяют степень износа подшипников. При этом измерение давления производят, по меньшей мере, в двух точках системы смазки двигателя, первая из которых расположена на выходе из нагнетательного насоса, преобразуют эти давления и сравнивают их с эталонными величинами. В качестве второй точки измерения давления принимают точку на входе в диагностируемый участок двигателя. Для эталонного двигателя определяют зависимость отношения величины первого давления к величине второго от степени износа подшипников или отношения разности величин первого и второго давлений к величине второго от степени износа. На неработающем двигателе при чистых фильтрах определяют отношение разности величин первого и второго давлений к величине второго давления и сравнивают величину этого отношения с эталонной зависимостью от степени износа подшипников. Причем рост этого отношения соответствует росту степени износа.

Однако этот способ, несмотря на всю свою простоту, не позволяет определить износ конкретного подшипника, т.е. выполнить селекцию сигнала от износа соответствующего подшипника. А увеличение отношения величин давлений возможно от износа любого из коренных или шатунных подшипников, а также прочих элементов, смазываемых в ДВС.

Анализ известных способов показывает целесообразность поиска способа оценки технического состояния подшипников ДВС с сохранением преимуществ ранее существующих способов и возможностью определения более глубоких критериальных связей, а в частности возможностью оценки технического состояния любого подшипника ДВС, независимо от его месторасположения в масляном тракте.

Целью изобретения является определение степени износа любого подшипника ДВС, независимо от месторасположения его в масляном тракте, и повышение точности оценки технического состояния двигателя.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемом способе безразборной диагностики степени износа подшипников ДВС измеряют в центральной масляной магистрали на участке от фильтра до подшипников коленвала амплитуду пульсаций величины давления при работе диагностируемых подшипников в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки. Поочередно от цикла к циклу измеряют амплитуду пульсаций величины давления для каждой группы подшипников, для которых формируется нагрузка. Вычисляют отношение амплитуд пульсаций величин давлений под нагрузкой и без нагрузки для каждой группы подшипников. Полученное значение отношения амплитуд сравнивают с эталонным, определенным для нового двигателя. По сравнению определяют степень износа любого из диагностируемых подшипников.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы смазки двигателя.

Нагнетательный насос 1 забирает масло из маслосборника 2 и через фильтр 3 направляет его к подшипникам двигателя 4, откуда оно стекает в маслосборник. Тензометрический датчик давления ИПД2-0,6 и измерительный комплекс MIC-400, обозначенные на фиг.1 позицией 5, осуществляют измерение амплитуды пульсаций величины давления в центральной масляной магистрали двигателя в виде осциллограммы пульсаций давления, на участке от фильтра до подшипников коленвала при работе диагностируемых подшипников в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки.

В процессе увеличений нагрузки на двигатель наблюдается тенденция роста амплитуды колебания коленчатого вала, при этом увеличивается зазор в подшипнике, что демонстрирует график зависимости величины относительного эксцентриситета χ (по вертикали) от нагрузки на двигатель Р_е, МПа (по горизонтали), приведенный на фиг.2.

Причем на фиг.2 видно, что чем меньше начальные обороты двигателя (для кривой, соответствующей n=800 об/мин), тем больше увеличивается зазор (величина относительного эксцентриситета) в подшипнике при воздействии той же по величине нагрузки по сравнению с кривой, соответствующей n=1250 об/мин.

При увеличении нагрузки на двигатель возрастает величина зазора в момент приложения нагрузки к коленвалу, что иллюстрирует схема коренной шейки при воздействии силы сгорания поршневых газов Р_г (см. фиг.3).

Увеличивается расход масла Q₁ и Q₂ через маслоподающие отверстия и при этом увеличивается общий расход масла через возросший зазор на 1-5% за один полный оборот вала в зависимости от износа подшипника. При таком малом изменении общего расхода масла через подшипник величина мгновенного расхода масла Q_МГН через рабочий зазор подшипника в момент движения вала вниз под действием силы давления газов возрастает на 5-15% именно в момент приложения нагрузки. Т.е. искусственно увеличенный зазор в фазе движения вала вниз под действием силы поршневых газов вызывает скачок амплитуды давления (снижение амплитуды давления).

При использовании устройства, позволяющего отключать полностью цилиндры двигателя и периодически отдельные циклы работы диагностируемого цилиндра, путем отключения импульсов электрической форсунки двигателя или искры свечи добиваются условия работы диагностируемых подшипников в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки.

Поочередно от цикла к циклу тензометрическим датчиком давления ИПД2-0,6 и измерительным комплексом MIC-400 измеряют амплитуду пульсаций величины давления в виде осциллограммы пульсации давления для каждой группы подшипников, для которых формируется нагрузка.

На фиг.4 приведена осциллограмма пульсаций давления в центральной масляной магистрали двигателя ЗМЗ-406 при отключении трех цилиндров и загрузке оставшегося в работе первого цилиндра отключением каждого третьего импульса открытия электрической форсунки из последовательно формируемых блоком управления (обороты двигателя при испытаниях n=1000 об/мин). На фиг.4 по горизонтали представлено время в секундах, по вертикали - напряжение в вольтах, при этом 3,53 вольта соответствует давлению 0 кгс/см², 4,00 вольта 0,6 кгс/см².

Вертикальные линии на фиг.4 соответствуют положению первого цилиндра в верхней мертвой точке, синхронизация сигнала давления производилась от датчика положения коленвала и импульсов открытия электрических форсунок. Отключение форсунок и формирование нагрузки осуществлялось при помощи специально изготовленного прибора.

На фиг.4 можно видеть, как понизился уровень амплитуды пульсаций величины давления (на величину а) при подаче импульсов открытия форсунки. После выключения импульсов открытия форсунки амплитуда пульсаций величины давления снова стала уровнем выше. Таким образом, величина а представляет собой отношение амплитуд пульсаций величин давлений при работе диагностируемого подшипника в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки.

С ростом величины износа подшипников коленвала наблюдается тенденция увеличения отношения амплитуд пульсаций величин давления. При работе диагностируемого подшипника в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки отношение амплитуд пульсаций величин давления возрастает и составляет при износе коренной шейки двигателя ЗМЗ-406 (зазор в коренной шейке первой опоры 0,15 мм) 0,4 кгс/см².

По осциллограмме пульсаций давления в центральной масляной магистрали (см. фиг.4) вычисляют отношение амплитуд пульсаций величин давлений под нагрузкой и без нагрузки (на фиг.4 показано отношение амплитуд пульсаций величин давлений буквой а) для каждой группы подшипников и полученное значение отношения амплитуд сравнивают с эталонным, определенным для нового двигателя.

Для нового двигателя вычисляют отношение амплитуд пульсаций величин давлений под нагрузкой и без нагрузки по осциллограмме пульсаций давления (величину а). Для нового двигателя величина а принимает малые значения до 0,1 кгс/см².

По сравнению отношения амплитуд пульсаций величин давлений под нагрузкой и без нагрузки для диагностируемого и нового двигателя определяют степень износа любого из диагностируемых подшипников.

Следовательно, определяя степень износа любого подшипника, производят точную оценку остаточного ресурса двигателя.

Технический результат заключается в повышении точности оценки технического состояния отдельных подшипников двигателя внутреннего сгорания.

Использование предлагаемого способа оценки технического состояния ДВС позволяет грамотно и своевременно определять неисправности подшипников кривошипно-шатунного механизма, а также прогнозировать время безаварийной работы двигателя.

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании ДВС. Способ заключается в том, что измеряют в центральной масляной магистрали ДВС на участке от фильтра до подшипников коленвала амплитуду пульсаций величины давления при работе диагностируемых подшипников в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки. Поочередно от цикла к циклу измеряют амплитуду пульсаций величины давления для каждой группы подшипников, для которых формируется нагрузка. Вычисляют отношение амплитуд пульсаций величин давлений под нагрузкой и без нагрузки для каждой группы подшипников, полученное значение отношения амплитуд сравнивают с эталонным значением, определенным для нового двигателя, и по сравнению определяют степень износа любого из диагностируемых подшипников. Такое выполнение позволяет повысить точность оценки технического состояния двигателя. 4 ил.

Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что измеряют в центральной масляной магистрали на участке от фильтра до подшипников коленвала амплитуду пульсаций величины давления при работе диагностируемых подшипников в течение цикла под максимальной нагрузкой, а в последующем цикле без нагрузки, поочередно от цикла к циклу измеряют амплитуду пульсаций величины давления для каждой группы подшипников, для которых формируется нагрузка, вычисляют отношение амплитуд пульсаций величин давлений под нагрузкой и без нагрузки для каждой группы подшипников, и полученное значение отношения амплитуд сравнивают с эталонным, определенным для нового двигателя, и по сравнению определяют степень износа любого из диагностируемых подшипников.