Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в способах диагностирования состояния двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: при работе двигателя с чистыми фильтрами измеряют давление масла после нагнетательного насоса и на входе в двигатель. Отношение этих давлений или отношение их разности к второму давлению сравнивают с эталонной зависимостью этого отношения от степени износа подшипников и по ней определяют фактическую степень износа. 1 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к способам диагностирования их состояния.

Простая и достоверная оценка степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания необходима в ходе их эксплуатации для своевременного вывода двигателя из эксплуатации, оценки остаточного ресурса парка эксплуатируемых двигателей, соответственно планирования его использования и заблаговременного составления графика ремонтов и приобретения запчастей. Материальный урон от повреждения подшипников двигателя вследствие его эксплуатации с недопустимым износом значительно превышает затраты на своевременный плановый ремонт. Поэтому применение способов диагностики в местах групповой и тем более массовой эксплуатации двигателей всегда экономически оправдано, поскольку ввиду влияния тех или иных условий эксплуатации сроки фактических износов могут отличаться от предписанных в эксплуатационной документации.

Основным препятствием к применению тех или иных известных способов диагностики износа подшипников ДВС обычно является их сложность, необходимость применения специальной, зачастую дефицитной аппаратуры, необходимость встраивания в двигатель датчиков, сохраняемость которых за периоды между обследованиями проблематична, либо необходимость вывода двигателя из эксплуатации на обследование с частичной разборкой, его препарировки под обследование, что само по себе сравнимо по затратам с его переборкой для замены подшипников.

Известен ряд способов диагностики степени износа подшипников ДВС.

По авт. св. N 1183856 (кл. G 01 M 13/04) вибрографируется неподвижная часть подшипниковой пары двумя вибродатчиками и измеряется разность температур этой части и окружающей среды. Математическая обработка полученных данных дает обобщенный сигнал - критерий состояния этой пары.

Недостатками способа являются необходимость вывода двигателя из эксплуатации на обследование, препарировки под датчики, а также невозможность оценки состояния движущихся, например, шатунных подшипников.

По авт. св. N 1430789 (кл. G 01 M 15/00) исследуются шатунные подшипники, для чего двигатель препарируется под установку датчиков на подшипнике и шатуне и организацию вывода их сигналов и обследуется на тормозном стенде.

Однако этот способ не применяется для безразборной диагностики в эксплуатации.

По авт. св. N 1469382 (кл. G 01 M 15/00) и 1064179 (кл. G 01 M 15/00) зазоры в подшипниках определяются в полуразобранном виде штихмасом, упирающимся в поршень, либо путем приборного обследования цилиндра в ходе прокрутки, что также не обеспечивает безразборной диагностики.

По авт. св. N 1603214 (кл. G 01 M 15/00) и 1323777 (кл. F 16 C 17/24) состояние подшипниковых пар исследуется пристраиваемым к двигателю на время проверки или встроенным в конструкцию подшипников пирометром или термометром, что также требует вывода из эксплуатации, препарировки и поэтому непригодно для безразборной диагностики.

Не менее сложен способ спектрометрии стоков из подшипников по патенту ФРГ N 3510408 (кл. F 01 M 11/10).

Способы определения зазоров по расходу масла через подшипник, его давлению перед подшипником и температуре после него (патент ГДР N 126759), либо путем измерения расхода масла через подшипник с помощью калиброванного сопла и измерения давлений (патент Польши N 143605, кл. G 01 M 13/04), либо по сигналам датчиков несоосности цапфы, температур масла и воды и давления масла (авт. св. N 1375967, кл. G 01 M 13/04) используют более простые параметры, но также связаны с препарировками двигателя и для безразборной диагностики непригодны.

Принятый в качестве прототипа способ по авт. св. N 1134897 (кл. G 01 M 15/00) используют при безразборной диагностике. Он предусматривает подключение к двигателю в момент эксперимента гидроаккумулятора с дроссельным устройством и определение интенсивности падения в нем давления по двум манометрам на определенных режимах. Будучи наиболее простым из упомянутых способов, он все же требует установки на двигателе на время замера относительно громоздких устройств.

Анализ известных способов показывает целесообразность поиска более глубоких критериальных связей для выявления контрольных параметров, наиболее простых по замеру в ходе эксплуатации без препарировки или дооборудования двигателя и в то же время инвариантных относительно большинства эксплуатационных параметров двигателя.

Целью изобретения является получение информации в эксплуатации о степени износа подшипников независимо от режима работы двигателя.

Эта цель достигается тем, что в известном способе безразборной диагностики степени износа подшипников ДВС, предусматривающем измерение давлений по меньшей мере в двух точках системы смазки двигателя, содержащей на участке между точками измерения фильтры, преобразование этих давлений и сравнение с эталонными величинами, измеряют при работе двигателя давления масла на выходе из нагнетательного насоса и на входе в диагностируемый участок двигателя при чистых фильтрах, если они имеются на участке между точками измерения этих давлений, определяют отношение первого давления или разности первого и второго давлений к второму давлению и сравнивают это отношение с его зависимостью от степени износа подшипников, причем увеличение указанного отношения соответствует росту степени износа.

На чертеже изображена схема системы смазки двигателя.

Нагнетательный насос 1 забирает масло из маслосборника 2 и через внешнюю часть системы 3 смазки, возможно включающую фильтры, охладитель и другие устройства, направляет его к подшипникам двигателя 4, откуда оно стекает в маслосборник. Манометр 5 контролирует давление масла Р_н на выходе из нагнетательного насоса 1, манометр 6 - давление Р_дна входе в подшипники двигателя.

Гидравлическая характеристика двигателя в критериальной форме может быть представлена в виде EU_д = a_дRe^-m, [1] где Eu_д= - критерий Эилера для давления Р_д на входе в двигатель; - плотность масла V = - скорость масла в некотором сечении с условным диаметром d, принятым для обработки экспериментальных данных.

Величина d не имеет принципиального значения; Q - расход масла через систему и двигатель; Re = - критерий Рейнольдса; - кинематическая вязкость масла; a_д и m - постоянные величины, определяемые для данной конкретной системы путем обработки экспериментальных данных.

Аналогичная характеристика для цепи система 3 + двигатель 4, обозначаемая индексом Н (выход из насоса 1), выглядит аналогично EU_н = a_нRe^-m В этих двух формулах критерий Re одинаков, поскольку он определяется одной и той же условной скоростью ввиду единого общего расхода Q, а также одной и той же кинематической вязкостью масла, определяемой для среднего значения температуры масла в системе, которая отличается от ее крайних значений на несколько градусов.

Обработка многочисленных экспериментальных данных показала, что для каждого конкретного типа двигателя показатель степени m определяется в основном непосредственно двигателем и одинаков как для двигателя, так и для системы + двигатель. Величина m не изменяется с увеличением зазоров в подшипниках от минимальных до соответствующих предельно изношенным подшипникам. Это объясняется доминирующим сопротивлением двигателя по сравнению с сопротивлением системы.

С учетом этого критерий Эйлера для системы можно определить как разность
EU_c = EU_н-EU_д или после подстановки
Eu_c= = .

В то же время
EU_н-EU_д = (a_н-a_д) Re^-m = a_cRe^-m
Из указанных формул можно получить

Коэффициенты a_с и a_д являются параметрами, характеризующими состояние сечений, через которые прокачивается масло. Если измерения выполнять при чистых фильтрах системы, то a_с останется неизменным. Коэффициент же a_д существенно падает с увеличением зазора в подшипниках.

Ни скорость прокачки масла, ни его вязкость на это соотношение не влияет, поскольку характеризующий их критерий Re при преобразованиях сокращается. Эта полная инвариантность отношения Р_с/Р_д относительно параметров двигателя неоднократно проверена и подтверждена экспериментально.

Следовательно, заявляемое при любых режимах работы двигателя отношение P_с/P_д является однозначным критерием состояния подшипников двигателя и конкретно зазоров в них. Подобные рассуждения могут подтвердить эту особенность для отношения P_н/P_д, но, как правило, первое отношение дает более существенное изменение при тех же изменениях зазоров и им удобнее пользоваться.

С учетом изложенного предложенный способ сводится к следующему.

Изготовитель определяет экспериментально зависимость отношения P_с/P_д от степени износа подшипников двигателя данного типа и дает ее как эталон для эксплуатирующих организаций.

Эксплуатирующие организации периодически, например после каждой очистки масляных фильтров, определяют отношение P_с/P_д на каком-либо из режимов работы и, сверяясь с эталонной зависимостью изготовителя, определяют степень износа подшипников на момент замера.

Как видно из изложенного, способ не требует специального оборудования. Манометры на выходе из насоса и на входе в двигатель есть на всех средних и крупных двигателях, что же касается автотракторных двигателей, то на них могут быть предусмотрены штуцеры для таких периодических замеров, подключение к которым не требуют вывода двигателя из эксплуатации и тем более каких-либо его разборок.

Экономический эффект от использования изобретения проявится в ходе эксплуатации.

В ходе патентных исследований не найдено каких-либо способов, совпадающих по своим признакам с отличительными признаками предложенного способа, поэтому он отвечает критерию существенной новизны. (56) Авторское свидетельство СССР N 1134897, кл. G 01 M 15/00, 1985.

Формула изобретения

СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в измерении давления по меньшей мере в двух точках системы смазки двигателя, первая из которых расположена на выходе из нагнетательного насоса, преобразовании этих давлений и сравнении их с эталонными величинами, отличающийся тем, что в качестве второй точки измерения давления принимают точку на входе в диагностируемый участок двигателя, для эталонного двигателя определяют зависимость отношения величины первого давления к величине второго от степени износа подшипников или отношения разности величин первого и второго давлений к величине второго от степени износа, на неработающем двигателе при чистых фильтрах определяют отношение разности величин первого и второго давлений к величине второго давления и сравнивают величину этого отношения с эталонной зависимостью от степени износа подшипников, причем рост этого отношения соответствует росту степени износа.

РИСУНКИ

Рисунок 1