Устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2023 года по МПК G01M15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области эксплуатации транспортно-технологических машин и может найти применение в конструкциях двигателей внутреннего сгорания. Важным условием является повышение ремонтопригодности агрегатов и узлов, сокращение расходов на ремонт и эксплуатацию, достигаемое за счет своевременного определения предотказного состояния шатунных подшипников и предотвращения аварийного отказа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение направлено на повышение надежности и ремонтопригодности двигателя с помощью своевременного выявления предотказного состояния шатунных подшипников.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система смазки двигателя внутреннего сгорания обеспечивает смазывание, охлаждение, защиту трущихся сопряжений. Важной функцией системы смазки является обеспечение на всех допустимых эксплуатационных режимах работы ДВС гидродинамического режима смазки подшипников коленчатого вала, которое достигается непрерывной подачей масла под необходимым давлением.

Износ отдельных сопряжений и подшипников по мере эксплуатации приводит к общему снижению уровня давления в системе смазки. Общее снижение давления в системе смазки наиболее негативно сказывается на уменьшении подачи масла к шатунным подшипникам и ухудшению условий смазки, что является причиной их частых отказов, поэтому для предотвращения отказов необходимо диагностировать предотказное состояние шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания.

Шатунные подшипники, являющиеся наиболее нагруженными среди подшипников коленчатого вала, смазываются не напрямую от действия масляного насоса. Масло проходит к ним через коренные подшипники и вращающийся коленчатый вал.

По сути, режим смазки шатунных подшипников (фиг. 1) и их безотказность определяется наличием и величиной давления внутри каналов по оси коленчатого вала. В полости шатунной шейки (5) и канале подвода (4) будет находиться масло под давлением, если оно есть в точке (3) внутри масляного канала по центру коленчатого вала. В свою очередь масло до точки (3) дойдет при наличии достаточного давления в кольцевом канале (1) коренного подшипника, питающегося маслом от канала (2) в коренной шейке.

Диагностическим параметром, связанным с износом подшипников ДВС, и одновременно определяющим работоспособность наиболее нагруженных и часто отказывающих шатунных подшипников, является наличие давления масла в точке (3) внутри масляного канала по центру коленчатого вала. Диагностика общего изнашивания подшипников ДВС, таким образом, сводится к тому, что необходимо определять наличие давления по оси коленчатого вала любым доступным способом.

Работоспособность подшипников коленчатого вала в основном определяется режимами смазки при работе ДВС, изменяющимися вследствие увеличивающихся износов подшипников, которые приводят к снижению давления в различных частях системы смазки. Отказы шатунных подшипников в основном происходят при недостаточном или прерывистом подводе масла по каналам или при отсутствии масла в каналах подвода. На основе измерения давления в различных точках системы смазки, используемом в качестве диагностического параметра, разрабатываются способы определения степени износа подшипников ДВС и предотказного состояния.

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Известно изобретение (Патент на изобретение РФ №2560972, МПК G01M 15/00. опубл. 20.11.2014), где для безразборной диагностики степени износа подшипников используют результаты измерения давления масла по оси коленчатого вала при работе ДВС без нагрузки на остановленном автомобиле. Способ заключается в том, что давление масла измеряют в масляной магистрали на участке канала, расположенным между коренным и шатунным подшипниками по оси коленчатого вала, при работе ДВС без нагрузки на различных режимах холостого хода в состоянии покоя автомобиля при определенной температуре масла, 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, вне вращающейся части устанавливается любой измеритель низкого давления, например манометр. По наличию и величине давления определяют интегральную степень износа подшипников ДВС, а при отсутствии масла и давления, судят о наступлении предельного состояния.

Недостатком способа является возможность проведения измерений только в условиях автоцентров при работе двигателя без нагрузки на стоящем автомобиле, невозможность систематического накапливания информации по режимам смазки шатунных подшипников и времени достижения их предельного состояния в процессе эксплуатации автомобиля.

В качестве прототипа принято изобретение (Патент на изобретение РФ №2782036, МПК G01M 15/00, опубл. 20.11.2014), в котором измерение давления масла производится в непосредственной близости к поверхности коренной шейки. Способ заключается в том, что измеряют значение давления масла в непосредственной близости к поверхности коренной шейки (датчик интегрируется в масляную магистраль в блоке цилиндров) за минусом математически вычисленных в программном блоке бортовой системы 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.

Недостатком способа является отдаленность датчика от оси коленчатого вала и сложность математического вычисления измеренного и вычисленных потерь давления до оси коленчатого вала в режиме реального времени.

Анализ известных способов и устройств показывает целесообразность поиска способа оценки предотказного состояния подшипников ДВС с сохранением преимуществ ранее существующих способов и возможностью определения более глубоких связей структурного параметра с диагностическим.

Технической задачей, на решение которой направлено создание изобретения, является возможность контроля, сбора, хранения и передачи в бортовую систему диагностирования данных о давлении масла по центру коленчатого вала, предотвращая отказ шатунных подшипников путем заблаговременного выявления предотказного состояния.

На фиг. 2 показано устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников при реализации на двигателе КАМАЗ.

Техническое решение достигается за счет устройства диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания, состоящего из датчика давления масла 7 типа МПД-02, переходной муфты 8, подводящей трубки 9, микропроцессора 10, дисплея на панели приборов автомобиля 11, средства накопления данных 12.

На коленчатый вал двигателя 6 установлена стальная подводящая трубка 9. Одним концом она ввернута на резьбовое отверстие коленчатого вала, другая сторона трубки соединена с валиком переходной муфты 8 с помощью втулки 13 из армированной резины и закреплена стальными хомутами 14. Подводящая трубка 9 имеет опорную площадку с отверстиями для крепления болтами 15 к шкиву коленчатого вала 16. Корпус переходной муфты 8 закреплен к кронштейну 17 с помощью болтов 18 и шайб 19. Кронштейн крепления переходной муфты 17 закрепляется спереди на блок цилиндров под имеющиеся резьбовые отверстия. Высокочувствительный цифровой датчик давления 7 установлен на корпус переходной муфты. Для обеспечения герметичности между корпусом муфты и датчиком установлена медная шайба 20.

С определенным интервалом пробега Δl при работе ДВС на частоте вращения максимального крутящего момента датчик 7 снимает мгновенные значения давления масла в канале по оси коленчатого вала, от которого информация передается к микропроцессору 10. Микропроцессор, полученный сигнал S_i сравнивает с предельным значением давления S_п и ранее полученными значениями с датчика S_i-1. Данные по давлению масла накапливаются в средстве накопления данных (на жестком диске) 12. Числовые значения давления и остаточный ресурс выводятся на дисплей 11, расположенный на панели приборов автомобиля.

Остаточный ресурс определяется микропроцессором по следующей зависимости

где Δl - интервал измерений давления, тыс.км; S_i - значение давления при i-м (текущем) измерении, МПа; S_i-1 - значение давления при предыдущем измерении, МПа; S_п - предельное значение давления, МПа; принимается S_п=0 МПа.

Устройство позволяет прогнозировать время безаварийной работы двигателя до предельного состояния путем анализа получаемых данных микропроцессором. По величине измеренного давления определяется степень приближения предельного состояния и вычисляется остаточный ресурс, при снижении давления до 0,02 МПа на дисплей выводится знак, предупреждающий о приближении предотказного состояния шатунных подшипников, а при достижении в процессе эксплуатации давления равному 0,00 МПа устройство сигнализирует о наступлении предельного состояния.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется фигурами:

Фиг. 1 Места, определяющие условия подвода масла к шатунным подшипникам

Фиг. 2 Устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области эксплуатации транспортно-технологических машин и может найти применение в конструкциях двигателей внутреннего сгорания. Изобретение направлено на возможность контроля, сбора, хранения и передачи в бортовую систему диагностирования данных о давлении масла по центру коленчатого вала, предотвращая отказ шатунных подшипников путем заблаговременного выявления предотказного состояния. На коленчатый вал двигателя 6 установлена стальная подводящая трубка 9. Одним концом она ввернута в резьбовое отверстие коленчатого вала 6, другая сторона трубки соединена с переходной муфтой 8 с помощью втулки 13. Подводящая трубка 9 имеет опорную площадку с отверстиями для крепления болтами 15 к шкиву коленчатого вала 16. Кронштейн 17 крепления переходной муфты 8 закрепляется на блок цилиндров. Высокочувствительный цифровой датчик давления 7 установлен на корпус переходной муфты 8. Для обеспечения герметичности между корпусом муфты и датчиком установлена медная шайба 20. С определенным интервалом пробега при работе ДВС на частоте вращения максимального крутящего момента датчик 7 снимает мгновенные значения давления масла в канале по оси коленчатого вала 6, от которого информация передается к микропроцессору 10. Микропроцессор полученный сигнал сравнивает с предельным значением давления и ранее полученными значениями с датчика. Данные по давлению масла накапливаются в средстве накопления данных 12. Числовые значения давления и остаточный ресурс выводятся на дисплей 11, расположенный на панели приборов автомобиля. 2 ил.

Устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания, использующее в качестве диагностического параметра давление масла на участке канала, расположенном между коренным и шатунным подшипниками по оси коленчатого вала, измерение которого происходит с определенным интервалом пробега в режиме реального времени при работе двигателя на частоте вращения максимального крутящего момента, состоящее из цифрового датчика давления масла типа МПД-02, переходной муфты, подводящей трубки, микропроцессора, дисплея на панели приборов автомобиля, средства накопления данных, отличающееся тем, что цифровой датчик давления масла установлен на переходной муфте по оси коленчатого вала, к которому масло подводится при помощи подводящей трубки из места измерения, а измеренное давление в виде цифрового сигнала принимается микропроцессором для обработки и накопления, при снижении давления до 0,02 МПа на дисплей выводится знак, предупреждающий о приближении предотказного состояния шатунных подшипников, а при достижении в процессе эксплуатации давления, равного 0,00 МПа, устройство сигнализирует о наступлении предельного состояния.