Пристрій для оцінки технічного стану двигуна внутрішнього згоряння

Устройство для оценки технического состоя ния двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник питания, измеритель параметра техни ческого состояния с преобразователем, сигнали затор технического состояния двигателя внутрен него сгорания и измерительный трубопровод, причем измерительный трубопровод размещен в масляной системе двигателя, а преобразователь выполнен в виде двух катушек, одна из которых первичная - соединена с источником питания, а другая - вторичная - соединена с сигнализатором, отличающееся тем, что измеритель параметра технического состояния выполнен в виде металлического стержня, возвратной пружины и направляющих, при этом один конец стержня связан с возвратной пружиной и снабжен постоянными магнитами, жестко установленными на нем, а второй конец стержня выполнен переменного сечения, причем стержень имеет возможность перемещения через сердечники первичной и вторичной катушек Изобретение относится к безразборной диагностике двигателя внутреннего сгорания по составу отложений в масле. Прототип предложенного устройства описан в патенте на изобретение Украины №4981 "Устройство для оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания "Мкл И G01M 15/00. Устройство содержит картер, из которого по трубопроводу насосом подается масло в измерительный трубопровод. Измерительный трубопровод имеет трубчатую вставку, которая снабжена фильтрами, перекрывающими сечение вставки. Из вставки по трубопроводу подается масло в двигатель внутреннего сгорания. При этом вставка и фильтры выполнены из немагнитного материала, причем вставка снабжена двумя катушками, одна из которых (первичная) соединена с источником переменного тока, а другая (вторичная) - с сигнализатором технического состояния двигателя. При эксплуатации дизеля масло из картера проходит через контрольную вставку, где фильтры не пропускают отложения (продукты износа дизеля) и отложения скапливаются во вставке. В связи с тем, что масло движется в одном направлении, отложения откладываются, образуя сплошную массу. По мере отложений продуктов износа дизеля во вставке будет образовываться "сердечник" из отложений продуктов износа ДВС. Показания контрольного прибора будут зависеть от коли чества отложений из железа во вставке, образующих "сердечник". Чем больше отложений железа во вставке, тем большая связь между двумя катушками и, соответственно, выше показания прибора. Основным техническим недостатком устройства по патенту № 4981 является то, что фильтры в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания могут забиться незначительными материалами (остатками прокладок, немагнитными металлическими частицами и др.), в результате чего "сердечник" образуется не сплошным, и показания контрольного прибора могут быть недостоверными. Сущность изобретения состоит в том, что преобразователь измерителя параметра технического состояния двигателя выполнен в виде трубчатой вставки, установленной в измерительном трубопроводе, вставка снабжена фильтрами, перекрывающими сечение вставки, при этом вставка и фильтры выполнены из немагнитного материала, причем вставка снабжена двумя катушками, одна из которых (первичная) соединена с источником переменного тока, а другая (вторичная) - с сигнализатором технического состояния двигателя. При эксплуатации дизеля масло из картера проходит через контрольную вставку, где фильтры не пропускают отложения (продукты износа дизеля) и отложения скапливаются во вставке В связи СМ О о 00 0> см 27983 с тем, что масло движется в одном направлении, отложения откладываются, образуя сплошную массу По мере отложений продуктов износа дизеля во вставке будет образовываться "сердечник"' из отложений продуктов износа Д В С Показания контрольного прибора будут зависеть от количества отложений из железа во вставке, образующих "сердечник" Чем больше отложений железа в вставке, тем большая связь между двумя катушками, и, соответственно, выше показания прибора Основным техническим недостатком устройства по патенту №4988 является то, что фильтры в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания могут забиться незначительными материалами (остатками прокладок, немагнитными металлическими частицами и др ), в результате чего "сердечник" образуется не сплошным и показания контрольного прибора могут быть недостоверными Согласно изобретению, поставлена задача создать такое устройство для оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, в котором новое выполнение блоков и их взаимное расположение позволило бы обеспечить качественное и достоверное показание наличия магнитных металлических частиц в масле и тем самым повысить качество и достоверность диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания Согласно изобретению, эта задача решается следующим образом В известном устройстве для оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, содержащего измеритель параметра технического состояния двигателя, преобразователь, сигнализатор технического состояния двигателя внутреннего сгорания и измерительный трубопровод, причем измерительный трубопровод размещен в масляной системе двигателя, а преобразователь выполнен в виде двух катушек, одна из которых (первичная) соединена с источником питания, а другая (вторичная) соединена с сигнализатором, измеритель технического состояния выполнен в виде металлического стержня, при этом один конец стержня связан с возвратной пружиной и снабжен с постоянными магнитами, а второй конец стержня выполнен с переменным сечением Стержень выполнен с возможностью перемещения в направляющих через сердечники первичной и вторичной катушки Введение в устройство направляющих позволяет перемещать стержень через сердечники первичной и вторичной катушки Установка на стержне постоянных магнитов позволяет улавливать магнитные частицы и по ним судить о техническом состоянии масла Выполнение одного конца стержня с переменным сечением позволяет определять при прохождении стержня через вторичную катушку количество примесей в масле в виде магнитных частичек Все эти признаки позволяют повысить качество диагностики и ее достоверность Устройство поясняется чертежами - на фиг 1 показана схема системы смазки ди зеля, - на фиг 2 - узел 1 фиг 1, - на фиг 3 - узел измерения отложений в сис теме смазки двигателя внутреннего сгорания (без отложений), - на фиг 4 - то же с отложениями продуктов износа двигателя внутреннего сгорания, - на фиг 5 - кривые накопления отложений в дизельном масле меди, свинца, железа (точка А критический износ по железу, время работы дви гателя 800 - 700 часов, точка Б - критический из нос по свинцу, время работы двигателя 1800 ча сов точка В - критический износ по меди, время работы двигателя 2000 часов), - на фиг 6 - график отложений частичек про дуктов износа (железа) в зависимости от времени работы дизеля Устройство содержит картер 1, из которого масло по трубопроводу 2 поступает в насос 3, а из насоса 3 - в измерительный трубопровод 4 Измерительный трубопровод 4 делится на два трубопровода 5 и 8 Трубопровод имеет контрольную вставку 7, выполненную из немагнитного материала Во вставке 7 установлены направляющие 8, в которых может перемещаться стержень 9 Стержень 9 одним концом с помощью возвратной пружины 10 крепится к внутренней поверхности вставки 7 На стержне 9 установлены магниты 11 (постоянные) Вставка 7 снабжена двумя катушками первичной 12 и вторичной 13 (изоляция и установка катушек 12 и 13 на чертеже условно не показаны) Первичная катушка 12 соединена с источником питания 14 через ключ 15, а вторичная катушка соединена с сигнализатором 16 Измерительный трубопровод 4 устанавливается с помощью фланцев 17, а контрольная вставка 7 - е помощью фланцев 18 Краны 19 и 20 служат для открытия и закрытия трубопроводов 5 и б в измерительном трубопроводе 4 Из трубопровода 4 масло направляется в дизель 21 Устройство работает следующим образом при эксплуатации дизеля масло из картера 1 по трубопроводу 2 подается с помощью насоса 3 в измерительный трубопровод 4, а затем в дизель 21 и в картер 1 • В измерительном трубопроводе масло проходит через контрольную вставку 7, где частицы железа откладываются на магнитах 11 По мере накопления частиц (отложений) на магнитах 11, стержень 9 утяжеляется, преодолевает сопротивление пружины 10 и начинает входить в сердечник катушки 13 через сердечник катушки 12 Известно (см , например, "Физика для любознательных" Э Роджерс, М 1971, С 393), что если катушку 12 соединить с источником питания переменного тока и поднести к ней другую замкнутую катушку 13, то в последней будет возникать электрический ток „ Когда по катушке течет ток, она действует на первую катушку подобно магниту Магнитную связь между катушкой с током и катушкой, в которой необходимо индуцировать ток, можно усилить, продев через обе катушки сердечники с железом По мере отложения продуктов износа дизеля 21 во вставке 7 (см фиг 2) на стержне 9 будут 27983 образовываться отложения продуктов износа ДВС (в основном, продуктов износа из железа) Показания контрольного прибора 16 будут зависеть от количества отложений из железа на стержне 9, т к он будет входить в сердечник катушки 13 разным сечением Чем больше сечение, тем больше магнитная связь между катушками и, соответственно, выше показания прибора 16 При отсутствии частичных доливок масла установлено, что процесс отложения различных элементов износа в масле происходит по-разному При анализе масла на тепловозах, прошедших заводской ремонт (т е все узлы и детали двигателя были заменены на новые, а масло залито свежее), на каждом плановом виде ремонта производился спектральный анализ дизельного масла, при этом производился визуальный осмотр узлов и деталей дизеля, замер зазоров в изношенных узлах и деталях На основании этих данных были построены зависимости (фиг 5), характеризующие процесс накопления элементов износа в дизельном масле в зависимости от времени работы двигателя, из которых следует, что в начальный период отложение продуктов износа идет довольно быстро, а затем начинает заметно снижаться Критическое отложение меди и свинца до критической нормы происходит за период 1800-2000 часов работы двигателя (медь - 60 г/т, свинец - 80 г/т), а отложения железа до критической нормы (50 г/т) происходит быстрее всего за 800-700 часов работы двигателя Поэтому можно сделать вывод, что при начале износа подшипников (в масле отложения меди и свинца) при проведении плановых видов ремонта можно практически во всех случаях своевременно установить начало износа и не пропустить критического момента износа, т е своевременно устранить повреждения, т к за 1800-2000 часов работы двигателя тепловоз неоднократно (5-6 раз) заходит на плановый ремонт, а при износе узла гильза-поршень можно пропустить критический момент износа, что может привести к порче, т к за 600-700 часов работы двигателя тепловоз заходит на плановый ремонт 1-2 раза, в редких случаях 3 раза Предлагаемое устройство, предназначенное для определения степени загрязнения масла железом, позволяет фиксировать количественное отложение железа за счет изменения его количества на дозированной поверхности магнитов 11, установленной в измерительном трубопроводе 4, причем на работу устройства не влияет наличие в масле посторонних предметов из немагнитного материала, а также частичная или полная смена масла, т к магниты 11 удерживают частички же леза, а затем при работе с новым (свежим) маслом процесс отложения на магнитах 11 вставки 7 продолжается Использование предлагаемого устройства позволяет оперативно получать сведения о загрязнении масла железными примесями, т е позволяет не только определить загрязненность масла, а также количество железа - продукта износа в узле поршень-гильза Для того чтобы связать степень износа поршень-гильза с отложениями на вставке 7, был проведен анализ для конкретного тепловозного дизеля 10Д100 Анализ проводился на ряде тепловозных дизелей сразу после заводского ремонта или новых, после постройки (при новых деталях и свежем масле) Через определенное время производился замер отложений на стержне 9 вставки 7, спектральный анализ масла на установке МФС-5 и визуальный осмотр узла поршень-гильза Анализ был проведен на пятнадцати дизелях 10Д100 По результатам анализа был построен график количества отложений продуктов износа, при этом только железные отложения в сердечнике усиливают магнитную связь между катушками, размещенными на вставке 7 Точка 11 на фиг 6 соответствует работе дизеля через 600-700 часов работы после капитального ремонта При количестве железных отложений 200-220 г на вставке 7 при 600-700 часов работы дизеля (согласно спектральному анализу) отложение в масле железа составляет 45-55 г/т, а при визуальном осмотре узла поршень-гильза видны следы натира, т е узел поршень-гильза находится в критическом состоянии Замер отложений на вставке 7 производится следующим образом по первому варианту краны 19 и 20 трубопроводов 5 и 6 открывают, и масло по этим трубопроводам направляется в дизель 21 Если подавать напряжение переменного тока, например, 36 В на первичную катушку 12, то, по мере накопления на магнитах 11 стержня 9 железных отложений, магнитная связь между катушками 12 и 13 усиливается Прибор 16 имеет ряд делений 1, 2, 3, 4 и т д до 12 Если на приборе 16 через 700 часов (и меньше 700 часов работы дизеля) показания будут более 6 делений, значит, дизель неисправен (согласно проведенным опытам) Как показали опыты, контрольный замер можно ускорить, направляя масло только по трубопроводу 6 через вставку 7, при этом кран 19 трубопровода 5 должен быть закрыт В этом случае все осаждения в масле фиксируются на вставке 7 (магнитах 11) быстрее, и при работе дизеля через 400 часов (не менее 400 часов) показания прибора 16 более 6 делений указывают, что железа в масле содержится 45-55 г/т, что не допустимо (на фиг 6 показано пунктирной линией) миф S86Z3 миф P/ S/ В I гшг 27983 Сбинед WO 800 /ZOO /600 2000 2400 Фиг. 5 Точка I соо/пёел дизе гоо зоо too SOQ Фиг. 6 боо 7оо soo 27983 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку Лі 03 2001 р Формат 60x84 1/8 Обсяг O^f-Я обл -вид арк Тираж 50 прим Зам бо УкрІНТЕІ Вул Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22