Способ и устройство определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК G01M15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системе бортовой диагностики предельного состояния деталей двигателей внутреннего сгорания с целью проведения своевременного технического обслуживания или ремонта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение направлено на контроль технического состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при исследовании и эксплуатации транспортных и транспортно-технологических машин в условиях бортовой диагностики.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многолетним опытом эксплуатации дизельных двигателей и исследованиями [1, 2, 3, 4] установлены факты прогиба вкладышей кривошипной головки шатуна, развивающегося в процессе работы двигателя внутреннего сгорания во времени (фиг.1) с сокращением проектного зазора в сопряжении шейка коленчатого вала - вкладыш до минимальной величины 5-6 мкм. [5].

Недостаточная работоспособность сопряжения шейка коленчатого вала-шатунный вкладыш кроме снижения надежности двигателей ограничивает возможности форсирования дизелей, с целью повышения их эффективных показателей.

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Известен способ исследования деформации кривошипной головки шатуна с использованием тензодатчиков, рычажного токосъемника и блока питания [6].

Использование этого способа для определения деформации шатунных вкладышей в системе бортовой диагностики невозможно ввиду ненадежности работы рычажного токосъемника в длительный период эксплуатации, а также необходимости установки на движущейся головке шатуна источника тока.

Известен так же способ определения гидродинамического давления масла в масляном слое шатунного подшипника [7]. Недостатком этого способа является невозможность определения предельного состояния вкладыша и сложность передачи информации от датчиков, установленных на шатуне посредством механических систем.

Заявителями не установлены источники информации, содержащие сведения о технических решениях, идентичных заявленному.

Техническим результатом предлагаемого способа является определение предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша для своевременного предотвращения разрушения шатунно-кривошипного механизма с проворотом вкладыша.

Сущность изобретения заключается в том, что на кривошипной головке шатуна устанавливается пьезоэлектрический датчик и первый колебательный контур, в котором в момент достижения устанавливаемого предельно допустимого прогиба (S_п.д) пьезоэлектрическим датчиком начинают генерироваться импульсы тока, возбуждающие в колебательном контуре электромагнитные колебания, передающиеся дистанционно на второй колебательный контур, установленный на картере блока цилиндров двигателя. Индукционные токи второго колебательного контура по проводам передаются на усилитель мощности, установленный снаружи картера блока цилиндров двигателя и с усилителя мощности на сигнальное устройство в кабину автомобиля в виде светового или звукового сигнала.

Для реализации способа разработана оригинальная конструкция пьезоэлектрического датчика (фиг.3). Максимальный ход штока датчика равен Н=S_п.д.

Для установки пьезоэлектрического датчика на кривошипной головке шатуна выполняется углубление в форме отверстия, также канал для вывода кабеля положительной клеммы от датчика до колебательного контура, прикрепленного на боковой стороне шатуна.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И ИНЫХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг.1 представлен процесс развития прогиба вкладышей шатунной головки шатуна в процессе работы двигателя внутреннего сгорания [4].

На фиг.2 изображена блок-схема способа определения момента достижения предельно допустимого прогиба вкладыша с использованием пьезоэлектрического датчика.

На фиг.3 представлено устройство для определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша, который состоит из пьезоэлектрического датчика 1, установленного на проточке кривошипной головки шатуна, первого колебательного контура 2, второго колебательного контура 3, усилителя мощности 4, сигнального устройства на панели приборов автомобиля.

Пьезоэлектрический датчик (фиг.4) состоит из корпуса 7, пьезоэлектрического диска 8, штока 9, крышки датчика 10, пружины 12. Между пьезоэлектрическим диском и крышкой датчика установлен изолятор 11. Пьезоэлектрический диск соединен проводом 13 с положительной клеммой.

В начальном состоянии шатунного подшипника без прогиба (фиг.5, а) и при прогибах вкладыша на величины меньшие предельно допустимого значения (фиг.5, б) на пьезоэлектрический диск не воздействует усилие и электрический ток не вырабатывается.

При достижении прогиба вкладыша предельного допустимого значения (фиг. 5, в) на пьезоэлектрический диск действует сила и вырабатывается импульс электрического тока. Электрический ток с пьезоэлектрического датчика 1 поступает на первый колебательный контур 2, установленный на кривошипной головке шатуна. На первом колебательном контуре 2 ток преобразовывается в электромагнитные колебания, которые передаются дистанционно на второй колебательный контур 3 (фиг.3), установленный внутри картера блока цилиндров двигателя 6. Индукционные токи второго колебательного контура по проводам передаются на усилитель мощности 4, установленный снаружи картера блока цилиндров двигателя и с усилителя мощности на сигнальное устройство на панели приборов 5 автомобиля.

Сущность изобретения поясняется чертежами и схемами:

Фиг. 1 - Схема развития увеличения прогиба шатунных вкладышей:

а - начальное состояние шатунного вкладыша без прогиба (жидкостное трение), прогиб шатунного вкладыша S₁=0;

б - начальная фаза развития прогиба (жидкостное трение), прогиб шатунного вкладыша S₂;

в - предельно допустимый прогиб вкладыша (полужидкостное трение), прогиб шатунного вкладыша S_п.д;

г - предельный прогиб вкладыша (граничное трение, заедание и проворот вкладыша), прогиб шатунного вкладыша S_п.

Фиг. 2 - Блок-схема способа определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша.

Фиг. 3 - Устройство определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша двигателя внутреннего сгорания

Фиг. 4 - Устройство пьезоэлектрического датчика

Фиг. 5 - Положение пьезоэлектрического датчика:

а) без прогиба вкладыша;

б) при прогибе вкладыша на величину меньше предельно допустимого значения;

в) при прогибе вкладыша равной предельно допустимой величине (образование электрического сигнала).

ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖАХ

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Быков В. Г., Салтыков М. А., Горбунов М. Н. Причины необратимых формоизменений тонкостенных вкладышей и пути повышения подшипников высоконагруженных дизелей // Двигателестроение. - 1980. - №6. - С.34-37.

2. Отчет №71/77. Определение причин проворота вкладышей подшипников шатуна двигателей ЯМ3-240, 240Н. Ярославский ордена Ленина и ордена Октябрьской революции моторный завод.

3. Антропов, Б.С. Повышение работоспособности подшипников коленчатого вала / Б.С. Антропов, М. А. Яновский, Д. А. Нестеров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - №12. - С.35-36.

4. Кулаков О.А., Гафиятуллин А.А., Калимуллин Р.Ф. Метод исследования формоизменения шатунных вкладышей коленчатого вала автомобильного двигателя в эксплуатации (на примере камаз-740)/ Интеллект. Инновации. Инвестиции, 2023. - №6. - С.79-91.

5. Вырубов Д.Н., Ефремов С.Н., Иващенко Ы.А. и др.: под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. - 4-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.

6. Гребнев В.М., Бондаренко Б.Г., Ким Ф.Г. Экспериментальные исследования упругих и гидромеханических характеристик шатунного подшипника малой относительной длины. - Двигателестроение, №4, 1988. - С.56-57.

7. Никишин В.Н. Формирование и обеспечение качества автомобильного дизеля. Ч. П. Набережные Челны: Изд-во Камск. гос. инж.-экон. акад., 2008. - 175 с.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системе бортовой диагностики предельного состояния деталей двигателей внутреннего сгорания с целью проведения своевременного технического обслуживания или ремонта. Способ определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша двигателя внутреннего сгорания заключается в определении момента срабатывания пьезоэлектрического датчика (1) при достижении предельно допустимого прогиба вкладыша. Импульсы тока, генерируемые пьезоэлектрическим датчиком (1), в момент предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша преобразуются в установленном на шатуне колебательном контуре (2) в электромагнитные колебания, которые дистанционно передаются на второй колебательный контур (3), установленный внутри картера (6) блока цилиндров двигателя, индукционные токи которого передаются на усилитель (4) мощности, установленный снаружи картера (6) блока цилиндров, и с усилителя (4) мощности на сигнальное устройство (5) в кабину автомобиля. Также раскрыто устройство определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в определении предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша для своевременного предотвращения разрушения шатунно-кривошипного механизма с проворотом вкладыша. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в определении момента срабатывания пьезоэлектрического датчика при достижении предельно допустимого прогиба вкладыша, отличающийся тем, что импульсы тока, генерируемые пьезоэлектрическим датчиком, в момент предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша преобразуются в установленном на шатуне колебательном контуре в электромагнитные колебания, которые дистанционно передаются на второй колебательный контур, установленный внутри картера блока цилиндров двигателя, индукционные токи которого передаются на усилитель мощности, установленный снаружи картера блока цилиндров, и с усилителя мощности на сигнальное устройство в кабину автомобиля.

2. Устройство определения предельно допустимого прогиба шатунного вкладыша двигателя внутреннего сгорания, содержащее:

- пьезоэлектрический датчик, установленный в зоне расточки кривошипной головки шатуна, совпадающей с его осью, включает в себя корпус, пьезоэлектрическую шайбу, шток, крышку, пружину, изолятор, кабель подключения положительной клеммы, заданный зазор между штоком и пьезоэлектрической шайбой равен предельно допустимому прогибу шатунного вкладыша;

- первый колебательный контур на шатуне;

- второй колебательный контур на картере блока цилиндров двигателя;

- усилитель мощности;

- сигнальное устройство на панели приборов автомобиля.