Устройство для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к устройствам оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания и может найти широкое применение в автомобильной, авиационной и других отраслях промьшленности.

Известно устройстводля диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник питанйя, регистратор и сигнализатор, выполненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах газохода пластин, одна из которых подключена к положительному, а другая - к отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор ij

Принцип действия такого устройства основан на измерении емкости первичного преобразователя, величина которой зависит от положения контролируемой среды.

Однако известное устройство малоэффективно при диагностировании предельных отложений, например, на выпускных окнах газохода двигателя внутреннего сгорания.

. Цель изобретения - повышение эффективности.

Цель достигается тем, что в устройстве для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания, содержащем источник питания, регистратор и сигнализатор, выполненный в -виде двух параллельно установленных в выпускных окнах пластин, одна из которых подключена к положительному, а другая - к отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор, одна из пластин сигнализатора выполнена меньшей длины, пластины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку и обращены косым срезом к последнему, пластины выполнены с концевыми выступами на противоположных сторонах, установлены одна относительно другой таким образом, что каждьй выступ обращен к не имеющей выступа стороне соседней пластины, пластина меньшей длины на участке, примыкающем к концу без выступа другой пластины, выполнена с изгибом, выпуклостью обращенным к соседней пластине, при этом высота выступов выполнена большей, чем расстояние между выпуклостью и пластиной.

На фиг. 1 показан цилиндр с выпуклыми окнами (на примере двухтактного дизеля), общий вид; на фиг. 2узел I на фиг, 1 с отложением нагара ниже допустимой нормы; на фиг, 3 то же, с отложением нагара вьше допустимой нормы; на фиг. 4(а-в) варианты установки пластин при экспериментальном исследовании; на фиг. 5- 7 - схема отложений нагара в окнах при установке пластин под углом 45, 70 и 90 соответственно; на фиг, 8 - зависимость отложений от расположения пластин;-на фиг. 9 пластины, пример выполнения,

В цилиндровой втулке 1 двигателя внутреннего сгорания (в качестве примера взят 2-тактный дизель с противоположно движущимися поршнями, расположенными в одной и той же цилиндройой втулке) расположены верхний 2 и нижний 3 поршни. Верхний поршень 2 открывает и закрьшает продувочные окна 4, а нижний поршень 3 - выпускные окна 5. Отработавшие газы через выпускные окна 5 поступаю в газоход 6, В газоходе 6 размещен сигнализатор, выполненный в виде дугообразной пластины 7 и прямой пластины 8, которые установлены параллельно. Дугообразная пластина

7подключена к положительному, а прямая пластина 8 - к отрицательному полюсу источника 9 питания. Дугообразная пластина 7 выполнена меньшей длины по сравнению с прямой пластиной 8, Дугообразная 7 и прямая

8пластины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку выпускных газов и обращены косым срезом навстречу этому потоку. Дугообразная 7 и прямая 8 пластины выполнены с концевыми выступами 11 на противоположных сторонах при этом концевой- выступ 10 обращен к не именяцей выступа части прямой пластины 8,

а концевой выступ 11 - к не именицей выступа части дугообразной пластины 7, Дугообразная пластина 7 выполнена с изгибом и выпуклостью обращена к прямой пластине 8, причем высота концевых выступов 10 и 11 больше, чем расстояние между вьтуклостью дугообразной пластины 7 и прямой , пластиной 8.

Дугообразная пластина 7 крепится в газоходе 6 при помощи трубы 12 и болтов 13 и 14, причем между трубой 12 и дугообразной пластиной 7 установлен изолятор 15, прикрепленны к дугообразной пластине 7 болтами 16 и 17. Труба 12 установлена на съемном лючке 18 газохода 6 при помощи гаек. 19 и 20. Прямая пластина 8 крепится в газо ходе 6 при помощи трубы 21 и болтов 22 и 23, причем между трубой 21 и прямой пластиной 8 установлен изолятор 24, прикрепленный к прямой пластине 8 болтами 25 и 26. Труба 21 установлена на съемном лючке 18 газохода 6 при помощи гаек 27 и 28. Дугообразная пластина 7 подключена через болт 29 и провод 30 к положительному полюсу, а прямая, пластина 8 - через болт 31 и провод 30 к отрицательному полюсу источника питания 9. На болтах 29 и 31 установлены изолирующие втулки 32 и 33. К источнику питания 9 последовательно подключена сигнальная лампочка 34. Труба 12, на которой установлена пластина 7, и труба 21, на которой установлена пластина 8, выполнены достаточно жесткими, расстояние между пластинами 7 и 8 при работе двига теля внутреннего сгорания не изменяется. Расстояние между пластинами 7 и 8 устанавливается опытным путем таким образом, что при отложении нагара на выпускных окнах 5 вьше допустимой нормы (см. фиг. 3) нагар на прямой пластине 8 соединяется с выпуклостью дугообразной пластины 7 и замыкает электрическую цепь, при этом си нальная лампа 34, которая вынесена на пульт управления, загорается. Одновременно с очисткой выпуклых окон 5 очищают или заменяют пластины 7 и 8, при этом расстояние между ними и положение их по отношению к выпуск ным окнам 5 не изменяют. Провод 30 изолирован и не контактирует с трубами 12 и 21 (изоляторы не показаны). . Устройство работает следующим образом. Поток выпускных газов проходит через выпускные окна 5, и на последных происходит отложение нагара. Затем поток попадает на дугообразную и прямую 8 пластины. Наличие косого среза и размещение дугообразной плас тины 7 и прямой пластины 8 под углом К потоку позволяет обеспечить начальное торможение частиц при набегании потока на прямую пластину 8, имеющую большую длину, и, -следовательно, более интенсив ноб отложение частиц на прямой пластине 8. Образование вихревого течения при обтекании концевого выступа 10 дугообразной пластины 7 в зоне входной кромки обеспечивает также повьппение интенсивности отложений в зоне вихря и центробежный отброс частиц к более длинной прямой пластине 8, торможение на ней и отложение. Поток рабочего тела с твердыми частицами, имеющими практически ту жеСкорость, попадая в полость А тормозится. При этом тормозятся и твердые частицы, двигающиеся вместе с потоком. Перемещаясь далее к узкому сечению (наименьшее расстояние между прямой пластиной 8 и выпуклостью дугообразной пластины 7), поток вновь разгоняется. Однако инерционность частиц не позволяет им разогнаться до скорости потока. Минуя узкое сечение, поток вновь тормозится в полости Б. Одновременно тормозятся и твердые частицы. Далее поток выходит через самое узкое сечение сигнализатора, разгоняясь. I Твердые частицы, поступая в осевом направлении, тормозятся о концевой выступ 11 и оседают окончательно на прямой пластине 8. Другие частицы в зоне изогнутой части дугообразной пластины 7 под действием центробежной силы отбрасываются к противоположной прямой пластине 8 и также тормозятся. Ступенчатый разгон и торможение потока вдоль канала обеспечивает относительное торможение твердых частиц по длине (разность скорости потока и частиц увеличивается) . Таким образом, все твердые частицы концентрируются и тормозятся в зоне концевого выступа 11. Все это создает благоприятные условия для более интенсивного, чем на выпуск- . ных окнах 5, отложения твердых частиц. Увеличение интенсивности позволяет обеспечить большее расстояние между дугообразной 7 и прямой 8 пластинами, что упрощает технологию (при прямых пластинах для обеспечения условия своевременного преду- , преждения предельных отложений на выпускных окнах 5 необходимо обеспечить расстояние между пластинами достаточно малое, что трудно осущес вимо). Увеличение интенсивности, а следовательно, возйожности увеличения расстояния, между пластинами повышает эффективность диагностиров ния, так как повьшается чувствитель ность при той же точности средств измерения. Расстояние между пластинами 7 и 8 выбрано таким, что при отложении нагара на выпуклых окнах 5 вЬше допустимой нормы (см. фиг. 3) нагар на прямой пластине 8 соединяется с выпуклостью дугообразной пластины 7 и замыкает цепочку, при этом загорается сигнальная лампочка 34. По этому сигналу необходимо производить очистку вьшускных окон Проводят промышленные испытания предложенного устройства на 2-тактных тепловозных дизелях ЮДЮО, име щих десять цилиндровых втулок, в каждой из которых имеется десять вы пускных окон, два выпускных коллектора. Испытания проводят одновременно на трех тепловозах 2ТЭ10Л-049, 2ТЭ10Л-574, 2ТЭ10Л-635. На каждом тепловозе устанавливают по три датчика в одном из выпуск ных окон трех разных цилиндровых втулок. Контакты (пластины) датчика Останавливают на расстоянии 20 мм от наружной кромки одного из выпуск ных окон. Размер каждого выпускного окна 50x40 мм, причем в первой цилиндрической втулке контакты (пластины) расположены под углом о 9П к плоскости выпускного окна, т.е. параллельно горизонтальной плоскости (фиг. 4а); во торой под угломoi 70 ; (фиг. 46) в третьей - под углом (фиг. 4в). При установке контактов (пластин) во втором и третьем случае (фиг.46,в) при уменьшении угла оЬ нижнюю пластину укорачивают так, чтобы плоскость среза оставалась) перпендикулярной потоку выпускных азов. Размеры верхней пластины во всех трех случаях равны 35x10x2 мм. Размеры нижней пластины в первом случае 35x10x2 мм, во втором 32х10х2 мм, в третьем 30x10x2 мм. Расстояние между пластинами 6 мм. В процессе эксплуатационных испытаний на трех тепловозах производят замер времени отложения нагара на контактах (пластинах) до момента их замыкания, причем в момент замыкания производят замеры нагароотложений на выпускных окнах дизеля.. Кроме того, производят замер времени зарастания выпускных окон дизеля до предельного уровня отложений, которьй определен как начальный для снижения мощности дизеля. На дизелях ЮДЮО, уровень предельных отложений на выпускных окнах составляет 3-2,5 мм. Результаты испытаний приведены в таблице.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВЫПУСКНЫХ ОКНАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНР1Я, содержащее источник питания. регистратор и сигнализатор, вьшолненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах пластин, одна из которых подключена к положительному, а другая - к отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьшения эффективности, одна из пластин сигнализатора выполнена меньшей, длины, гшастины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку и обращены косым срезом к последнему, пластины вьтолнены с концевыми выступами на.противоположных сторонах, установлены одна относительно (Л другой таким образом, что каждый выступ обращен к не имеющей выступа стороне соседней пластины, пластина меньшей длины на участке, примыкающем к концу без выступа другой пластины, выполнена с изгибом, выпуклое-, тью обращенным к соседней пластине, при этом высота выступов выполнена большей, чем расстояние между выпуклостью и пластиной.

Время зарастания (замыкания) пластин, ч, при

ос 90° 70°

45°

Время зарастания выпускных окон на 3-5 мм, ч Величина нагароотложений на выпускных окнах, мм, в момент замыкания пласти

459

442 365 372 348 353 437 421 По полученным временным параметрам построен график зависимости времени замыкания пластин от угла распо ложения пластин к плоскости вьшускного окна (фиг. 8). Как видно из приведенных данных, с ум.еньшением угла oi уменьшается вре мя срабатывания датчика (время замыкания пластин), т.е. увеличивается интенсивность отложений нагара на пластинах. Выбор конкретного угла зависит о технических возможностей в конкретных условиях. .Приведенные данные свидетельству ют о том, что выявленная закономерность не является индивидуальной для каждого двигателя, а является о щей для всего класса двигателей.. Прослеживается очевидная связь интенсивности отложения на пластина датчика и в выпускных окнах. При уг ле od коэффициент связи равен К - время зарастания выпус ных окон на 3 5 мм, т.е. на предельный уро вень отложений; и - время зарастания пластин, расположенных под углом оС к потоку вы-у пускных газов. Из приведенной формулы следует, что коэффициент связи (Kf) при находится в пределах 1,143- 1,175; при угле об 45 коэффициент связи (Kj) 1,209- 1,237. Как видно, если сами величины ОКНО 10° или)о,д и о 40° меуду собой различаются на несколько часов, то коэффициенты связи К и К более стабильны, т.е. всегда, зная сигнал (время) на пластинах, можно достоверно оценить .время до предель ного загрязнения выпускных окон двигателя. Эксперимент с параллельными пластинами выявил существенным угол об , в процессе испытаний возникли трудности при выборе расстояния между пластинами. При больших расстояниях (в конкретном случае свьш1е 6 мм) пластины замыкаются, когда выпускные окна зарастают на величину сверх установленной нормы (в конкретном примере свьш1е-3-5 мм). Малое расстояние между пластинами (в конкретном случае меньше 4-5 мм) обеспечить очень трудно, так как установку с обеспечением параллельности практически выполнить невозможно, при работе двигателя от вибрации происходит замыкание пластин ввиду соприкосновения друг с другом. Поэтому конфигурация пластин изменена так, что расстояние между ними остается в пределах 5-6 мм, а зарастание тшастин происходит раньше образования нагароотложений на окнах в допус тимых;пределах. Применение предлагаемого устройства позволяет получить сигнал с достоверным прогнозированием времени достижения предельных отложений в выпускных окнах. Проводят испытания на тепловозе 2ТЭ10Л-1041. На один и тот же тепловоз и разные цилиндровые втулки устанавливают в, первую цилиндровую втулку две параллельные пластины, во вторую пластины предлагаемой конфигурации. Угол наклона в обоих случаях аС 45. Расстояние между пластинами 6 мм, расстояние от кромки окна 20 мм. Размеры параллельных пластин: 35x10x2 мм - верхней и 30x10x2 ммнижней. Размеры пластин предлагаемой конфигурации указаны на фиг. 9. В процессе эксперимента установлено, что пластины предлагаемой конфигурации замыкаются через 305, а известной - через 356 ч работы тепловоза. Применение предлагаемого устройства в локомотивном депо им. С.М. Кирова Южной ордена Ленина железной дороги позволило определять степень закоксованности выпускных окон тепловозных дизелей без разборки газохода, что упростило технологию, повысило эффективность. Годовой экономический эффект 17334,63 руб. W//////J//////// 1 Ai 2§$ CD 5 6 W///////// /////////////////// на ароотаожвнияна паастинаж -с j

I

I

i

I

1-(Ч(К)

врепя зарастания пластин

450

&

э

400

350

//45°

данные с теплоВоза 2ТЭ10Л-ОЧ9 данные с тепловоза данною с теппододо 2ТЭЮЛ635

70

90

Угол наклона пластин к плоскости Выпускного окна