Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к безразборнон диагностике двигателя внутре него сгорания по составу отложений в масле. Известен способ оценки техническ го состояния двигателя вн%треннего сгорания, закхпочающ1мся в том, что подают масло в двигатель по основно магистрали через фильтр, регистриР лот давление до фильтра, вычисляют контрольный параметр, по которому судят о состоянии двигателя. Согласно этому способу масляная система дизеля по степени загрязнения контролируется по перепаду давления двух манометров, один из кото рых установлен в маслопроводе до фршьтра, а другой - после фильтра. Чем больше загрязнен фильтр, там больше перепад давления 1 j Однако фильтр часто засоряется не продуктами износа деталей дизеля а посторонними предмета -ги, например кусочками паранитозых прокладок, ко цами или ветошью, продуктами- нагаро образований и т„д В этом случае ма нометрь указывают на критическое состояние дизеля, в то время как ок находится в исправном состоянии, а просто загрязнен сам фильтр, В процессе эксплуатации тепловозоз периодически между плановыми ви дами ремонта па пунктах экипировки производится частг-тчная или полная saivieHa дизельного масла по -различШз1м причит5а 1; например при утечке масла по масляному коллектору, по причине разжижения (попадание в мас ло дизельного топлиза) , и т.д.,, т.е по npH4Hiiaiis не зависящитл: от и носа деталей дизеля. В этом случае масло в системе дизеля частично или со-всем меняется, а загрязненность фршьтра остается прежнейз значит,, и перепад давления остается прейснгМ т.е. перепад давления ке соответствует степени загрязнения масла. Как правило, фильтры по которьЕН измеряется перепад, выполнены щелев ми, поэтому они задерживают только частиць износа деталей дизелЯ; размер которых больше5 чем расстояние между пласп-шами фильтра. Мелкие же частички свободно проходят через фильтр. Такое яв,пвние не позволяет точно судить о степени износа д,0галей дизеля к о загрязненности дизел ного, масла. 142 Таким образом, по известному способу определения перепада давлений невозможно судить о степени износа деталей дизеля, а можно только судить (и то при условии, что дизельное масло не меняют или частично не добавляют) о степени загрязнения дизельного масла всеми продуктами износа дизеля и посторонними предметами, туда попавшими, и с большой достоверностью этот метод дает возможность определить только степень загрязнения самого фильтра. Цель изобретения - повышение точпасти и достоверности диагноза. Указанная цель достигается тем, что согласно способу оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающему в том, что подают масло в двигатель по основной магистрали через фильтр, регистрируют давление до фильтра, вычисляют контрольный параметр, по которому судят о состоянии двигателя, масло в двигатель подают также по дополнительной магистрали, параллельной основной, в качестве фильтра используют электромагниты с постоянным магнитным полем, а в качестве контрольного параметра принимают соотнои1ение давлений в основной и дополнительной .магистралях. На фиг, 1 показана схема системы смазки двигателя, выполненная согласно предлагаемому способу; на фиг.2 узел I па фиг. 1, без продуктов износа деталей двигателя на участке магнитного поля (стрелкой показано направление движения масла); на фиг. 3 - то же, с продуктами износа деталей двигателя на участке магнитного поля;, на фиг. А - кривые накопления отложений в дизельном масле меди, и железа (А - точка критического износа железаэ время работы дизеля 600-700 ч; Б - точка критического износа свинца, время работа дизеля л--1 800 ч; В - точка критического износа меди, время работы дизеля л-2100 ч) | на фиг. 5 - график изменения давления масла в зависимости от времени работы двигателя. Из картера 1 масло по трубопроводу 2 направляется к насосу 3, а поеле насоса 3 разветвляется по двум параллельяым трубопроводам 4 и 5, которые выполнены из немагнитного атериала, при этом на трубопрово3де 5 установлены электромагниты 6, которые создают постоянное магнит- ное поле. Состав материала, длина и диаметр трубопроводов 4 и 5 одинаковы. На трубопроводах 4 и 5 уста новлены манометры 7 и 8 на одинаковом расстоянии от оси насоса 3, при чем манометр 8, который установлен на трубопроводе 5, располагается.ме ду электромагнитами 6, а трубка 9 манометра 8 выполнена из немагнитного материала. После прохождения двух параллельных трубопроводов 4 и 5 масло попадает в трубопровод 10 затем и двигатель 11, а из него по трубопроводу 12 - в картер 1. Пе ред и после двух параллельных трубо проводов 4 и 5 установлены водяные патрубки 13, а за манометрами 7 и 8 на каждом параллельном трубопроводе 4 и 5 размещены вентили 14 и 15. Масло из картера 1 двигателя 11 поступает по трубопроводу 2 через насос 3 в два параллельных трубопровода 4 и 5 под давлением 2,02,5 кг/см, при этом вентили 14 и 1 открыты. Благодаря магнитному полю в трубопроводе 5, образованному электромагнитами 6, на его внутренних стенках на участке магнитного поля откладываются частички металла (продукты износа деталей двигателя из магнитного материала). В результате этого отложения происходят заростание внутреннего диаметра трубопровода 5 и уменьшение его про ходного сечения на участке магнитно го поля. Это приводит к тому, что показание давления по манометру 8 уменьшается, например на тепловозных дизелях при уменьшении прохоДно То сечения на 10-15% давление масла уменьшается с 2,0-2,5 кг/см до 1,6 2,1 КГ/СМ2. Показания давлений с манометров и 8 необходимо снимать при работающем двигателе следующим образом: сначала снимают показания с маномет ра 7, при,этом вентипь 14 открыт, а вентиль 15, закрыт, затем снимают показания с манометра 8, но при этом открывается-вентиль 15, а вентиль 14 закрьгаают. После снятия величин давлений при дальнейшей работе двигателя оба вентиля 14 и 15 должны быть открыты. ЕСЛИ показания давлений с манометров 7 и 8 одинако вы, то это значит, что металличес14 4 ких отложений из магнитного материала в трубопроводе 5 на участке магнитного поля нет, а следовательно, этих отложений нет и в масле. Если же показания давления манометра 8 меньше, чем манометра 7, то это означает, что сечение трубопровода 5 на участке магнитного поля уменьшилось за счет отложения частичек ме талла из магнитного материала и, следовательно, в масле имеются механические примеси, что отрицательно сказывается на работе двигателя. Масло в таких случаях необходимо менять. Водяные патрубки 13 установлены для того, чтобы после замены загрязненного масла можно было часть масляного трубопровода двигателя (два параллельных трубопровода 4 и 5) снять, произвести очистку, на участке магнитного поля, а затем поставить на место. Очистку трубопровода 5 необходимо в обязательном порядке производить при каждой смене масла. Анализ причин порчи локомотивов из-за неисправности различных узлов двигателя внутреннего сгорания за пятилетний период по ряду локомотивных депо Южной ордена Ленина железной дороги показал, что в основном выход из строя того или иного локомотива в пути следования происходит из-за порчи двигателя внутреннего сгорания по повышенному количеству. железа в дизельном масле (завьш1енное наличие железа свидетельствует об износе узла поршень - гильза). В течение года таких повреждеНИИ в пути следования бывает в прелах 130-140 случаев. В то время, как из-за неудовлетворительного состояния подшипников в пути следования в течение года бывает всего 8-10 случаев повреждений (износ подшипников характеризуется повьшгенным наличием в дизельном масле свинца и меди), Поэтому необходимо иметь постоянную информацию в пути следования о количественном составе железа в дизельном масле. При -отсутствии частичных доливок масла согласно анализу химико-диагно- -. стической лаборатории депо за 19821983 гг. было установлено, что процесс втложения различных элейентов износа в масле происходит по-разному.

Данный анализ проводился следующим образом: на тепловозах, прошедших заводской ремонт (т.е. все узлы и детали двигателя были заменены

на новые 5 а масло залито свежее) на каждом плановом виде ремонта производился спектральньп анализ дизельного масла, при этом производился визуальный осмотр узлов и деталей дизеля замер зазоров в изношенных узлах и деталях. По этим данным были получены кривые, характеризующие процесс накопления элементов износа в дизельном масле в зависимости от времени работы.

Как видно из графиков (фиг. 4), в начальный период отложение продуктов износа происходит довольно быстро, а затем постепенно замедляется, Но если отложение меди и свинца до критической нормы происходит за период 1800-2000 ч работы дизеля (для меди - 60 г/т, для. свинца 80 г/т) то отложение железа до критической нормы (50 г/т) происходит гораздо быстрее, а именно за 600700 ч работы дизеля.

Из этого можно сделать вывод, что при начале износа подшипников

(в масле) отложение меди и свинца), если проводить спектральный анализ масла на плановых видах ремонта, то можно практически во всех случаях своевременно установить начлло износа и не пропустить критического момента износа, а значит- , своевременно устранить повреждения, так как за 1800-2000 ч тепловоз пять-шесть раз заходит на плановый ремонт,

А вот при износе узла гильза поршень (в масле отложение железа) можно проггустить критический моментj что приведет к порче, так как за 600700 ч тепловоз заходит на плановый ремонт всего два в редких .случаях три раза. Поэтому в предлагаемом способе поставлена задача определения степени загрязнения масла именно железом,

Предлагаемый способ позволяет фиксировать количественное отложение железа за счет измерения показаний манометра 8,так как при каждой новой порции отложения железа показание манометра 8 уменьшается по сравнению с показаниями манометра 7 (фиг. 3). При этом на данныйметод не влияет

наличие в дизельном масле посторонних предметов и немагнитных частичек износа. Он позволяет фиксировать только наличие в дизельном масле железа.

Кроме того, на предлагаемый спосо не влияет также и частичная или даже полная смена дизельного масла, так как при смене дизельного масла магниты 6 удерживают частички железа в трубопроводе 5 (фиг, 3), а затем при работе дизеля с новым маслом процесс накопления отложения железа продолжается. Значит, изобретение позволяет определять не просто загрязненность дизельного масла, а имено количество железа, изнoшeн oгo в узле поршень - гильза, т,е. позволяет определять степень износа узла поршень - гильза и судить о его состоянии в любой момент эксплуатации дизеля тепловоза.

Для того, чтобы связать уменьшени давления на манометре. 8 со степенью износа узла поршень - гильза, был проведен анализ для конкретного тепловозного дизеля 10Д100, причем диаметр параллельных трубопроводов 4 и 5 оставался постоянным,

Аанализ производился на ряде тепловозных дизелей сразу же после заводского ремонта (все детали и узлы дизеля сменены, масло залито свежее) Через определенные часы работы дизеля производились замер давления масл по манометрам 7 и 8, контрольный анализ масла на установке МФС-5, визуальный qсмотр узла поршень - гильза и замер зазора в узле поршень гильза. Анализ был произведен на пятнадцати дизелях 10Д100.

По результату анализа построен график снижения давления по манометру 8 (снижение происходит за счет отлолсения частичек железа в трубопроводе 5 в районе магнитного поля, создаваемого магнитами 6) в зависимости от времени работы дизеля (фиг, 5),

Точка 1 на фиг, 5 соответствует начальному периоду работы дизе,ля сразу после заводского ремонта, давление по манометру 8 составляет 2,0 - 2,5 кг/см (по правилам эксплуатации такое давление является нормой),

Точка II на фиг. 5 соответствует работе дизеля после 600-700 ч после

заводского ремонта. ДавлеЕ1ие по манометру 8 уменьшилось до 1 ,6 2,0 кг/см , при этом согласно спектральному анализу, проведенному в момент замера давления, отложение железа в дизельном масле составляет 48-53 г/т, а при визуальном осмотре узла поршень - гильза уже видны следы натира, т.е. узел поршень - гильза находится в критическом состоянии

Следовательно, для конкретного двигателя снижение давления с 2,02,5 до 1,6-2,0 кг/см является сигналом о критическом износе узла поршень - гильза.

График на фиг. 5 является усредненным по данным работы пятнадцати дизелей. В процессе эксплуатации дизеля снижение давления до точки И может произойти и раньше или позднее в зависимости от степени протекания износа данного узла. Но важным фактором является то, что на данном конкретном двигателе при постоянном диаметре трубопроводов 4 и 5 при износе узла поршень - гильза до критической нормы изношенные частички

железа оседают на участке магнитного поля, создаваемого магнитами 6 в трубопроводе 5 и уменьшают сечение трубопровода 5 на 10-15%, что приводит к снижению давления по манометРУ 8.

На практике для каждого конкретного двигателя этот перепад давлений (показание манометров 7 и 8) можно определить практическим путем.

Предлагаемый способ позволяет снизить трудоемкость, упростить технологию и точно определить, когда происходит повышенный износ деталей дизеля из магнитного материала, при этом необходимо два параллельных трубопровода 4 и 5 установить перед фильтром, кроме того, манометр 8 на трубопроводе 5 устанавливается таким образом, чтобы трубка 9 доходила до осевой линии трубопровода 5. Это позволяет контролировать давление масла в трубопроводе 5 практически почти до полного заростания внутреннего сечения трубопровода 5 за счет отложения частичек металла из магнитного материала.

СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в том, что подают масло в двигатель по основной магистрали через фильтр, регистрируют давление до фильтра и вычисляют контрольный параметр, по которому судят о состоянии двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, масло в двигатель подают также по дополнительной магистрали, параллельной основной, в качестве фильтра испольi зуют электромагниты с постоянным магнитым полем, а в качестве конт(Л рольного параметра принимают соотношение давлений в основной и дополнительной магистралях. о 00 00

I

400 т 1200 1600 ZQQO 2400 Время работы &8игатемя, V

ФигМ

/,5

tj

I

flZQQШW

paSontbi двигателя, ч Фиг.5