[2]Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для измерения параметров потока масла в каналах системы смазки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с целью углубленного сплошности потока масла внутри каналов системы смазки, которая играет решающую роль в обеспечении безотказности и долговечности. Обычно для этого используют испытательные стенды. Использование испытательного стенда для исследования масляного потока системы смазки является неотъемлемой частью разработки и оптимизации конструкции современных ДВС.
[4]Полезная модель направлена на обеспечение заданного ресурса ДВС путем предотвращения отказов, в том числе аварийных, связанных с нарушением условий смазки его деталей. Производители исследуют различные негативные процессы в системе смазки ДВС, например, снижение давления путем установки дополнительного компенсационного насоса, что обеспечивает неразрывность масляного потока и, как следствие, надежность и ресурс составных частей и двигателей в целом на протяжении всего жизненного цикла изделия.
[5]ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
[6]Опыт эксплуатации ДВС показывает, что безотказность и долговечность кривошипно-шатунного механизма и особенно подшипников скольжения коленчатого вала обеспечивается стабильностью потока масла и наличием требуемого напора, давление в каналах должно быть больше нуля (без разрывов). При этом четверть отказов двигателей происходит из-за проворачивания шатунных вкладышей, что является одной из основных причин преждевременного ремонта, отказы аварийного характера часто проявляются в начале эксплуатации, когда еще нет оснований говорить о предельных эксплуатационных износах.
[7]Процесс смазки подшипников скольжения коленчатого вала ДВС определяется конструктивными технологическими и эксплуатационными факторами и обуславливается гидродинамическими параметрами. Накопленный опыт испытаний и эксплуатации ДВС показывает, что имеющиеся методы расчета не дают возможности точного вычисления параметров потока (давления и объемов поступающего масла) для непрерывной подачи объема поступающего масла в шатунные подшипники скольжения при всех возможных состояниях системы смазки. В процессе эксплуатации многие параметры системы смазки значительно варьируются, что объясняется совокупностью изменений количественных и качественных факторов и является предметом и задачей для проведения исследования в стендовых условиях.
[8]Актуальность использования испытательного стенда для исследования системы смазки ДВС обусловлена несколькими факторами:
[9]- контролируемые условия эксперимента: испытательный стенд позволяет создавать контролируемые условия для исследования масляного потока системы смазки ДВС. Это включает регулировку температуры и давления масла, частоты вращения коленчатого вала двигателя, что позволяет проводить точные измерения и анализировать результаты;
[10]- реалистичность испытаний: испытательный стенд создает условия, максимально приближенные к реальным эксплуатационным условиям двигателя. Это позволяет исследовать работу системы смазки в различных нагрузочно-скоростных и тестовых режимах работы двигателя и его состояния;
[11]- экономическая эффективность: испытательный стенд позволяет проводить множество экспериментов без необходимости использования реального автомобиля или двигателя. Это значительно снижает затраты.
[12]Таким образом, описываемый испытательный стенд для исследования масляного потока системы смазки ДВС позволяет отработать методики и получить результаты экспериментальных исследований по определению параметров потока масла в каналах, таких как неразрывность, расход масла через шатунные шейки коленчатого вала, уточнить методы расчета системы смазки, а также определить критическое и необходимое давление масла для создания неразрывного потока во вращающихся каналах и надежного смазывания шатунных подшипников в эксплуатации, выявить режимы работы двигателя, на которых может наступить масляное голодание его шатунных подшипников, а также режимы устойчивой работы всей системы смазки.
[13]Также с помощью испытательного стенда можно проводить различные исследования для оценки эффективности улучшений конструктивных элементов системы смазки. Например, на стенде можно проверить работу дополнительного компенсационного масляного насоса совместно с основным, корректность настройки регулирующих клапанов системы смазки, давления в каналах, распределения смазки по потребителям, влияние качества и вязкости масел.
[14]Испытательный стенд дает возможность исследовать поведение масляного потока системы смазки в различных точках масляных каналов при разных условиях. Например, можно исследовать работу системы смазки при высоких или низких температурах, при различных частотах вращения, а также воспроизводить изнашивание элементов ДВС.
[15]В качестве аналога приводится созданная и применявшаяся до нее экспериментальная установка на базе автомобильного двигателя КАМА3-740 и испытательного стенда фирмы «AVL» по определению расхода масла через 1-ю и 3-ю шатунные шейки в зависимости от давления масла в системе смазки и частоты вращения коленчатого вала [Кулаков А.Т., Барыльникова Е.П., Калимуллин Р.Ф. Влияние сбалансированности подачи масла к шатунным подшипникам на их отказы в эксплуатации // Интеллект. Инновации. Инвестиции - 2019 - №8 - с. 106-115].
[16]В экспериментальной установке был доработан коленчатый вал путем перекрытия масляного канала 1-й коренной шейки, установки по его оси полумуфты и резьбового штуцера для обеспечения подвода масла к шатунным подшипникам по оси 1-й шейки снаружи. В ходе эксперимента расходомером измерялся потребный расход масла через 1-ю шатунную шейку (сколько требуется и может пропустить) со снятием характеристики двигателя, на прогретом работающем двигателе с давлением в системе смазки от 0,2 МПа до 0,7 МПа с шагом 0,1 МПа.
[17]Одновременно на этой экспериментальной установке проводились замеры фактического расхода (слива) масла с третьей шатунной шейки (сколько подано). Для этого двигатель доработан путем создания изолированного «отсека» между третьей и четвертой опорами с исключением попадания в него масла с третьей и четвертой втулок распределительного вала. Расход масла определялся замером количества масла, поступившего за 1 мин из изолированного поддона в мерную емкость на различных режимах работы двигателя [А.А. Макушин, А.Т. Кулаков, О.А. Кулаков. Технология и результаты экспериментальных исследований условий подачи масла к шатунным подшипникам дизелей КАМАЗ // Автомобильная промышленность - 2008 - №4, с. 26-28].
[18]Такое оборудование испытательного стенда и методика позволили сопоставить потребное и располагаемое количество масла для одной шатунной шейки.
[20]Прототипом полезной модели выбрана экспериментальная установка для измерения расхода масла через подшипники коленчатого вала. [П.Э. Сыркин, А.А. Кузьмин, Б.Ф. Нормухаметов, И.В. Мартемьянов, Г.К. Коваленков. Условия подвода смазки и повышение надежности шатунных подшипников двигателей // Автомобильная промышленность, 1976 - №8, с. 7-9].
[21]Установка позволяет проводить измерение расхода масла при работе двигателя через коренные и шатунные подшипники коленчатого вала. Расход масла измерялся с помощью мерных бачков, расположенных каждый под своей шатунной или коренной шейкой. Обеспечение точности измерений и исключение разбрызгивание масла обеспечивались точностью изготовления и тщательностью подгонки маслоуловителей.
[22]Приведенные в аналогах и прототипе стенды и методики позволяют определять объем прошедшего через подшипники масла, но не позволяют определить причину несоответствия низкого располагаемого расхода при большом потребном объеме, природа которого лежит в запирании вращающихся маслоканалов действием центробежных сил на поток.
[23]КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И ИНЫХ МАТЕРИАЛОВ
[24]Для изучения параметров масляного потока системы смазки разработан безмоторный стенд, позволяющий проводить измерение давления в определенных точках системы смазки и каналов блока и коленчатого вала двигателя путем установки измерительных датчиков, с выводом и преобразованием полученных данных в электрический сигнал, который через преобразователь поступает в компьютер для анализа и обработки, построения различных графиков и зависимостей.
[25]Согласно полезной модели предложен экспериментальный испытательный стенд для исследования масляного потока в системе смазки двигателя внутреннего сгорания, включающий элементы двигателя и средство индикации информации. Стенд содержит блок цилиндров и коленчатый вал двигателя, доработанные под установку пьезоэлектрических датчиков динамического давления, внешний электродвигатель, выполненный с возможностью привода коленчатого вала и основного масляного насоса, отдельный электродвигатель, выполненный с возможностью привода компенсационного насоса с возможностью регулирования частоты, масляный картер заполненный испытуемым маслом и соединенный трубопроводами с забором и сливом масла, при этом пьезоэлектрические датчики динамического давления, информация с которых выводится на средство индикации, установлены в главной масляной магистрали блока двигателя, а также на коленчатом валу, в отверстии подачи масла к шатунной шейке коленчатого вала и на выходе из масляного насоса, а для имитации потребителей, на первой шатунной шейке коленчатого вала установлены тарированные жиклеры, имитирующие по расходу масла шатунные подшипники.
[26]Техническим результатом предложенного устройства является возможность измерения параметров масляного потока и определение его сплошности (неразрывности) в определенных точках системы смазки, изучения его поведения в различных условиях, и на основе полученной информации принятия решения об эффективности улучшения системы смазки, например, применение пускового или компенсационного масляного насоса.
[27]Устройство заявленного испытательного стенда состоит из блока цилиндров двигателя с установленным в нем коленчатым валом, масляным насосом и масляным фильтром. Для имитации потребителей в отверстия подачи масла к шатунным шейкам и другим местам устанавливаются жиклеры с подобранными диаметрами отверстий. Вращение коленчатого вала осуществляется с помощью электрического двигателя, управление которым осуществляется с помощью инвертора.
[28]Источником информации является пьезоэлектрические датчики динамического давления 3 фиг. 1, установленные в каналы главной масляной магистрали блока двигателя 7, на выходе из масляного насоса 2 и каналы коленчатого вала 9, вращающиеся вместе с коленвалом.
[29]Пьезоэлектрические датчики динамического давления преобразуют давление масла в вышеперечисленных точках внутри каналов системы смазки в электрический сигнал, и передают, полученную информацию, через микроконтроллер 8 на компьютер.
[30]Устройство работает следующим образом.
[31]Пьезоэлектрические датчики динамического давления 3 установлены:
[32]- вместо одной из заглушек на выходе из масляного насоса и главной масляной магистрали блока двигателя;
[33]- в отверстие подачи масла к шатунной шейке, при этом вывод электрического сигнала с датчика, установленного на вращающемся коленчатом валу, осуществляется через щеточный узел 11.
[34]Микроконтроллер подключается к датчикам и средствам индикации, которыми служит экран компьютера.
[35]С помощью инвертора производится задание необходимой частоты вращения электрического двигателя, и, соответственно, коленчатого вала, который приводит во вращение так же основной масляный насос. Давление масла, создаваемое масляным насосом, по каналам блока цилиндров через масляный фильтр и главную масляную магистраль поступает в масляные каналы коленчатого вала, воздействует на мембрану датчиков 3, величина прогиба которых преобразовывается в электрические сигналы, подаваемые на микроконтроллер 8. Полученная информация с датчиков, после преобразования в микроконтроллере, выводится на экран компьютера.
[36]Получаемая с датчиков информация позволяет оценить, насколько изменяется масляный поток по давлению подачи масла при его прохождении по каналам от масляного насоса до шатунной шейки коленчатого вала в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
[37]Например, изменение вязкости масла позволяет воспроизводить работу системы смазки при различных температурных условиях путем подогрева или охлаждения, а также применения различных марок масел и их смесей.
[38]На основе полученных данных делается вывод о необходимости доработки элементов системы смазки двигателя и возможности допуска данной конструкции двигателя в эксплуатацию.
[39]Предложенное устройство соответствует условию промышленной применимости и потребностям проводимых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ при совершенствовании существующих машин и проектировании новых, а также при производстве и ремонте двигателей.
[40]Сущность изобретения поясняется чертежами, схемой.
[41]Фиг. 1 - Схема смазочной системы двигателя КАМАЗ с установкой датчиков: 1 - картер масляный; 2 - насос масляный; 3 - пьезоэлектрический датчик динамического давления; 4 - водомасляный теплообменник; 5 - масляный фильтр; 6 - приборы контроля; 7 - главная масляная магистраль; 8 - микроконтроллер; 9 -коленчатый вал; 10 - компьютер.
[42]Фиг. 2 - Фото стенда с установленными датчиками: 2 - насос масляный; 3 -пьезоэлектрический датчик динамического давления; 8 - микроконтроллер; 9 -коленчатый вал; 11- щеточный узел, 12- тарированный жиклер.
[43]Фиг. 3 - Фото стенда с приводом: 3 - пьезоэлектрический датчик динамического давления; 5 - масляный фильтр; 11-щеточный узел; 13 - электродвигатель; 14 - привод коленчатого вала.
[44]ПОЗИЦИИ НА СХЕМАХ 
