СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОГО КОНТРОЛЯ ПРЕДОТКАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G01M15/00 

Описание патента на изобретение RU2782036C1

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Уровень развития техники в способах безразборного контроля определяется известными методами оценки гидравлических параметров подводящего потока масла к нему и степени его износа, основанными на измерении давления масла в различных частях системы смазки ДВС.

В аналоге (авт. св. 1134897 (кл. G01M 15/00) [1]) оценка степени износа подшипников ДВС основана на измерении характеристик давления в главной масляной магистрали. Данный способ предусматривает подключение к ДВС гидроаккумулятора с дроссельным устройством и определение интенсивности падения в нем давления по двум манометрам на определенных режимах. Недостатком этого способа является необходимость установки сложных по конструкции устройств гидроаккумулятора.

Также известен способ (патент 2006811 (кл. G01M 15/00) [2]) измерения значения давления в главной масляной магистрали ДВС и сравнения полученных значений давления с эталонными, определенными для нового двигателя. Недостатком этого способа является зависимость результатов диагностирования от многих факторов состояния элементов системы смазки ДВС. Кроме того, способ требует большого опыта оператора-диагноста.

В прототипе (патент 2560972 (кл. G01M 15/00 (2006.01)) [3]) для безразборной оценки степени износа подшипников используют результаты измерения давления масла по оси коленчатого вала при работе ДВС без нагрузки.

Способ заключается в том, что давление масла измеряют в масляной магистрали на участке канала, расположенном между коренным и шатунным подшипниками по оси коленчатого вала, при работе ДВС без нагрузки, и по величине измеренного давления судят о допустимой степени износа подшипников ДВС.

Измерения производятся за счет создания контрольного вывода путем подключения переходной вращающейся муфты к каналу коленчатого вала по его оси в точке входа в канал подвода к шатунной шейке. При проведении диагностирования на выходе муфты в невращающейся части устанавливается любой измеритель низкого давления, например манометр или датчик для получения и передачи сигнала.

По наличию и величине давления определяют интегральную степень износа диагностируемых подшипников ДВС, а при отсутствии масла и давления, судят о наступлении предельного состояния.

Недостатком этого способа является необходимость сложной доработки ДВС и возможность проведения измерений только при работе двигателя без нагрузки на стоящем автомобиле, невозможность при бортовом диагностировании систематического накапливания информации по условиям смазки шатунных подшипников и времени достижения их предельного состояния.

Анализ уровня развития техники показывает целесообразность поиска способа оценки технического состояния подшипников ДВС с сохранением преимуществ ранее существующих способов и обеспечением возможностей определения более глубоких связей структурного параметра с диагностическим.

Целью изобретения является обнаружение в режиме реального времени предотказного состояния шатунных подшипников без его разбора по гидравлическим параметрам подводящего потока масла к ним с учетом. Эта цель достигается тем, что в предлагаемом способе измеряют давление масла на всех режимах работы ДВС в непосредственной близости к поверхности коренной шейки, на основе известных параметров (удельного веса масла, радиуса коренной шейки и угловой скорости или частоты вращения коленчатого вала) производится вычисление потери давления масла, подводимого к шатунным подшипникам от действия центробежных сил на участке от поверхности коренной шейки до оси коленчатого вала, и по величине суммы измеренного и вычисленного давлений определяется режим подвода масла к шатунным подшипникам в виде: отсутствие подвода масла (меньше нуля), разорванный поток (равно нулю), неразрывный поток (больше нуля).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В ходе анализа было установлено, что в процессе эксплуатации ДВС шейки коленчатого вала и вкладыши изменяют геометрическую форму и, соответственно, зазоры, что ухудшает условия смазки и повышает вероятность появления отказов.

Надежная работа подшипников коленчатого вала достигается различными факторами, в том числе, организацией подачи масла к ним. Наиболее удаленными от масляного насоса являются шатунные подшипники. Масло проходит к ним через коренные подшипники и каналы вращающегося коленчатого вала.

Таким образом, давление на входе в шатунные подшипники отличается от давления, создаваемого масляным насосом и подаваемого к кольцевым канавкам в коренных подшипников, на величину потери давления при переходе из кольцевого неподвижного канала коренного подшипника в канал вращающегося коленчатого вала и шатунный подшипник.

По способам обеспечения гидродинамических условий смазки шатунных подшипников (фиг.1) и их безотказности, определяющим является наличие масла и величина давления внутри каналов по оси коленчатого вала.

Несбалансированность в подводе и расходе масла возникает за счет центробежной силы, возникающей при вращении коленчатого вала. На выходе в шатунный подшипник создается увеличение давления в канале подвода (4) и центробежной полости шатунной шейки (5). Вследствие чего необходимо наличие достаточного количества подводимого масла и давления масла в каналах в месте их перегиба на оси коленчатого вала (3). В свою очередь, масло до точки (3) дойдет при наличии достаточного давления в кольцевом канале (1) коренного подшипника, питающего маслом канал (2) в коренной шейке.

При отсутствии достаточного давления масла в точке на оси коленчатого вала (3) может наступить ситуация, при которой центробежная полость шатунной шейки (5) в коленчатом валу может быть либо не заполнена, либо заполнена частично. Данное обстоятельство приводит к снижению расхода или появлению пульсации расхода масла через шатунный подшипник и, как следствие, к возможному разрыву потока масла, подводимого к шатунному подшипнику. В этих условиях значительно интенсифицируются процессы изнашивания трущихся поверхностей, ухудшается отвод тепла от шатунных подшипников, что изменяет напряженно-деформированное состояние шатунных вкладышей и приводит к их проворачиванию.

Оценка предотказного состояния таким образом сводится к определению режима подвода масла к шатунным подшипникам путем определения величины давления в каналах по оси коленчатого вала суммированием давления, подводимого к поверхности коренных подшипников коленчатого вала в режиме реального времени, и величины потерь давления в каналах вращающегося коленчатого вала от поверхности коренной шейки до оси коленчатого вала.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.2 показан пример реализации изобретения путем определения давления масла, в каналах по оси коленчатого вала.

Высокочувствительный масляный датчик (6) снимает мгновенные значения давления масла в масляных каналах блока цилиндров ДВС (8) в непосредственной близости к коренным подшипникам коленчатого вала (7).

Вычисление потерь давления в каналах коленчатого вала при переходе из кольцевого канала в коренном вкладыше до оси коленчатого вала производится по формулам в виде одного из 3-х однозначных выражений [4]:

где V2 - величина окружной скорости на поверхности коренной шейки коленчатого вала, м/с, rк - радиус коренной шейке, м; ω - угловая скорость, сек-1; γ - удельный вес моторного масла, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2, n - частота вращения коленчатого вала, обор/мин.

Таким образом потери давления в каналах коленчатого вала от действия центробежных сил определяются расчетом в программном блоке по заранее введенным параметрам (радиусу коренной шейки rк и удельному весу масла γ) и постоянно измеряемому параметру: угловой скорости со или частоте вращения коленчатого вала n (выражение 4, 5).

По величине суммы измеренного и вычисленных потерь давления до оси коленчатого вала в режиме реального времени определяется режим подвода масла к шатунным подшипникам в виде: отсутствие подвода масла (меньше нуля), разорванный поток (равно нулю), неразрывный поток (больше нуля).

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

Технический результат заключается в возможности контроля, сбора, хранения и передачи в бортовую систему диагностирования данных о давлении масла, подводимого к шатунным подшипникам коленчатого вала, выявления их предотказного состояния и, как следствие, предотвращения отказов путем своевременного восстановления технического состояния например, заменой вкладышей.

Использование предлагаемого способа контроля и оценки технического состояния шатунных подшипников позволяет также прогнозировать время безаварийной работы ДВС до предельного состояния путем анализа получаемых данных в бортовой системе диагностирования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И СХЕМ

Сущность изобретения поясняется чертежом и схемой.

Фиг. 1. Схема подвода масла к шатунным подшипникам: 1 - кольцевой канал коренного подшипника, 2 - канал в коренной шейке, 3 - точка на оси коленчатого вала, 4 - канал подвода к центробежной полости шатунного подшипника, 5 - центробежная полость шатунной шейки; rк - радиус коренной шейки

Фиг. 2. Пример реализации способа безразборного контроля предотказного состояния шатунных подшипников двигателей внутреннего сгорания: 6 - масляный датчик, 7 - коленчатый вал, 8 - блок цилиндров

ПОЗИЦИИ НА СХЕМАХ И ЧЕРТЕЖАХ

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство SU 1134897 А (кл. G01M 15/00) Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания.

2. Патент RU 2006811 С1 (кл. G01M 15/00 (1990.01), G01M 13/04 (1990.01)) Способ безразборной диагностики подшипников двигателя внутреннего сгорания.

3. Патент RU 2560972 С2 МПК G01M 15/00 (2006.01) Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателей внутреннего сгорания.

4. А.Т. Кулаков, А.С. Денисов, А.А.: Обеспечение надежности автотракторных двигателей. Научная монография/ Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. - 422 с.

Похожие патенты RU2782036C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2013
  • Макушин Александр Александрович
  • Кулаков Олег Александрович
  • Кулаков Александр Тихонович
  • Барыльникова Елена Петровна
  • Гафиятуллин Асхат Асадуллович
RU2560972C2
Устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания 2023
  • Гафиятуллин Асхат Асадуллович
  • Кулаков Александр Тихонович
  • Калимуллин Руслан Флюрович
  • Денисов Александр Сергеевич
  • Никишин Вячеслав Николаевич
  • Кулаков Олег Александрович
  • Барыльникова Елена Петровна
  • Нуретдинов Дамир Имамутдинович
  • Гапиев Радик Мирзашаехович
  • Шерстнев Николай Александрович
  • Фахруллин Ильшат Рафисович
RU2809890C1
Способ эксплуатационного контроля зазора в шатунных подшипниках коленчатого вала при диагностике двигателя внутреннего сгорания автомобилей, транспортных и транспортно-технологических машин 2020
  • Макушин Александр Александрович
  • Кулаков Александр Тихонович
  • Нуретдинов Дамир Имамутдинович
  • Кулаков Олег Александрович
  • Мухаметдинов Эдуард Мухаматзакиевич
  • Гафиятуллин Асхат Асадуллович
  • Казанцев Роман Алексеевич
RU2739657C1
Система смазки двигателя внутреннего сгорания 2022
  • Кулаков Александр Тихонович
  • Калимуллин Руслан Флюрович
  • Денисов Александр Сергеевич
  • Гафиятуллин Асхат Асадуллович
  • Шерстнев Николай Александрович
  • Темерсултанов Тухан Сайдахмедович
  • Нуретдинов Дамир Имамутдинович
  • Пеньков Евгений Александрович
  • Галиев Радик Мирзашаехович
RU2796181C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЗОРА В ШАТУННОМ ПОДШИПНИКЕ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ПРИ ИСПЫТАНИИ И ДИАГНОСТИКЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ, ТРАНСПОРТНЫХ И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН 2018
  • Макушин Александр Александрович
  • Кулаков Александр Тихонович
  • Кулаков Олег Александрович
  • Илюхин Алексей Николаевич
RU2691259C1
СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2012
  • Чмиль Владимир Павлович
  • Чмиль Юрий Владимирович
RU2517968C2
СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2008
  • Куков Станислав Семенович
  • Гриценко Александр Владимирович
  • Бакайкин Дмитрий Дмитриевич
RU2390746C1
СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2009
  • Куков Станислав Семенович
  • Гриценко Александр Владимирович
RU2399898C1
ИНДИКАТОР НЕРАЗРЫВНОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ 2001
  • Светличный Н.И.
  • Кулаков А.Т.
  • Тазеев Р.Т.
  • Гафиятуллин А.А.
  • Сибиряков С.В.
  • Денисов А.С.
RU2221964C2
СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2010
  • Куков Станислав Семенович
  • Гриценко Александр Владимирович
  • Рожнев Владимир Алексеевич
RU2439525C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 782 036 C1

Реферат патента 2022 года СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОГО КОНТРОЛЯ ПРЕДОТКАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано в бортовой системе диагностирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) при безразборном контроле предотказного состояния шатунных подшипников. Способ безразборного контроля предотказного состояния шатунных подшипников ДВС заключается в определении давления масла в каналах по оси коленчатого вала, где находится сумма измеренного давления масла в непосредственной близости к поверхности коренной шейки и взятых со знаком «минус» математически вычисленных в программном блоке бортовой системы диагностирования потерь давления масла в каналах коленчатого вала от действия центробежных сил при переходе от поверхности коренной шейки до оси коленчатого вала. При этом по величине суммы измеренного давления и вычисленных потерь давления до оси коленчатого вала в режиме реального времени определяется режим подвода масла к шатунным подшипникам в виде: меньше нуля – отсутствие подвода масла, равно нулю – разорванный поток, больше нуля – неразрывный поток. Повышается точность данных о техническом состоянии шатунных подшипниках. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 782 036 C1

Способ безразборного контроля предотказного состояния шатунных подшипников двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении режима подвода масла, путем измерения давления масла в каналах по оси коленчатого вала, отличающийся тем, что находится сумма измеренного давления масла в непосредственной близости к поверхности коренной шейки и взятых со знаком «минус» математически вычисленных в программном блоке бортовой системы диагностирования потерь давления масла в каналах коленчатого вала от действия центробежных сил при переходе от поверхности коренной шейки до оси коленчатого вала, путем умножения квадрата угловой скорости вращения коленчатого вала, удельного веса масла и квадрата радиуса коренной шейки, отнесенных к величине удвоенного ускорения свободного падения, при этом по величине суммы измеренного давления и вычисленных потерь давления до оси коленчатого вала в режиме реального времени определяется режим подвода масла к шатунным подшипникам в виде: меньше нуля – отсутствие подвода масла, равно нулю – разорванный поток, больше нуля – неразрывный поток.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2782036C1

СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2012
  • Чмиль Владимир Павлович
  • Чмиль Юрий Владимирович
RU2517968C2
СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2013
  • Макушин Александр Александрович
  • Кулаков Олег Александрович
  • Кулаков Александр Тихонович
  • Барыльникова Елена Петровна
  • Гафиятуллин Асхат Асадуллович
RU2560972C2
US 9151327 B2, 06.10.2015.

RU 2 782 036 C1

Авторы

Шерстнев Николай Александрович

Гафиятуллин Асхат Асадуллович

Мухаметдинов Эдуард Мухаматзакиевич

Фахруллин Ильшат Рафисович

Калимуллин Руслан Флюрович

Кулаков Александр Тихонович

Кулаков Олег Александрович

Барыльникова Елена Петровна

Назаров Федор Леонидович

Даты

2022-10-21Публикация

2021-10-08Подача