RU2809890C1 - Device for on-board diagnostics of pre-failure state of connecting rod bearings of internal combustion engine - Google Patents
Device for on-board diagnostics of pre-failure state of connecting rod bearings of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809890C1 RU2809890C1 RU2023114970A RU2023114970A RU2809890C1 RU 2809890 C1 RU2809890 C1 RU 2809890C1 RU 2023114970 A RU2023114970 A RU 2023114970A RU 2023114970 A RU2023114970 A RU 2023114970A RU 2809890 C1 RU2809890 C1 RU 2809890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crankshaft
- pressure
- connecting rod
- internal combustion
- rod bearings
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD
Изобретение относится к области эксплуатации транспортно-технологических машин и может найти применение в конструкциях двигателей внутреннего сгорания. Важным условием является повышение ремонтопригодности агрегатов и узлов, сокращение расходов на ремонт и эксплуатацию, достигаемое за счет своевременного определения предотказного состояния шатунных подшипников и предотвращения аварийного отказа.The invention relates to the field of operation of transport and technological machines and can find application in the design of internal combustion engines. An important condition is to increase the maintainability of units and assemblies, reduce repair and operating costs, achieved through timely determination of the pre-failure state of connecting rod bearings and prevention of emergency failure.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Изобретение направлено на повышение надежности и ремонтопригодности двигателя с помощью своевременного выявления предотказного состояния шатунных подшипников.The invention is aimed at increasing the reliability and maintainability of the engine by timely identifying the pre-failure state of connecting rod bearings.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯPREREQUISITES FOR CREATION OF THE INVENTION
Система смазки двигателя внутреннего сгорания обеспечивает смазывание, охлаждение, защиту трущихся сопряжений. Важной функцией системы смазки является обеспечение на всех допустимых эксплуатационных режимах работы ДВС гидродинамического режима смазки подшипников коленчатого вала, которое достигается непрерывной подачей масла под необходимым давлением.The lubrication system of an internal combustion engine provides lubrication, cooling, and protection of rubbing joints. An important function of the lubrication system is to provide hydrodynamic lubrication of the crankshaft bearings at all permissible operating modes of the internal combustion engine, which is achieved by a continuous supply of oil under the required pressure.
Износ отдельных сопряжений и подшипников по мере эксплуатации приводит к общему снижению уровня давления в системе смазки. Общее снижение давления в системе смазки наиболее негативно сказывается на уменьшении подачи масла к шатунным подшипникам и ухудшению условий смазки, что является причиной их частых отказов, поэтому для предотвращения отказов необходимо диагностировать предотказное состояние шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания.Wear of individual joints and bearings during operation leads to a general decrease in the pressure level in the lubrication system. A general decrease in pressure in the lubrication system has the most negative effect on reducing the oil supply to the connecting rod bearings and deteriorating lubrication conditions, which is the cause of their frequent failures, therefore, to prevent failures, it is necessary to diagnose the pre-failure state of the connecting rod bearings of an internal combustion engine.
Шатунные подшипники, являющиеся наиболее нагруженными среди подшипников коленчатого вала, смазываются не напрямую от действия масляного насоса. Масло проходит к ним через коренные подшипники и вращающийся коленчатый вал.The connecting rod bearings, which are the most heavily loaded crankshaft bearings, are lubricated indirectly by the action of the oil pump. Oil passes to them through the main bearings and the rotating crankshaft.
По сути, режим смазки шатунных подшипников (фиг. 1) и их безотказность определяется наличием и величиной давления внутри каналов по оси коленчатого вала. В полости шатунной шейки (5) и канале подвода (4) будет находиться масло под давлением, если оно есть в точке (3) внутри масляного канала по центру коленчатого вала. В свою очередь масло до точки (3) дойдет при наличии достаточного давления в кольцевом канале (1) коренного подшипника, питающегося маслом от канала (2) в коренной шейке.In fact, the lubrication mode of connecting rod bearings (Fig. 1) and their reliability are determined by the presence and magnitude of pressure inside the channels along the axis of the crankshaft. There will be oil under pressure in the crankpin cavity (5) and the supply channel (4) if there is oil at point (3) inside the oil channel in the center of the crankshaft. In turn, the oil will reach point (3) if there is sufficient pressure in the annular channel (1) of the main bearing, fed by oil from channel (2) in the main journal.
Диагностическим параметром, связанным с износом подшипников ДВС, и одновременно определяющим работоспособность наиболее нагруженных и часто отказывающих шатунных подшипников, является наличие давления масла в точке (3) внутри масляного канала по центру коленчатого вала. Диагностика общего изнашивания подшипников ДВС, таким образом, сводится к тому, что необходимо определять наличие давления по оси коленчатого вала любым доступным способом.A diagnostic parameter associated with wear of internal combustion engine bearings, and at the same time determining the performance of the most loaded and often failing connecting rod bearings, is the presence of oil pressure at point (3) inside the oil channel in the center of the crankshaft. Diagnosis of general wear of internal combustion engine bearings, therefore, comes down to the fact that it is necessary to determine the presence of pressure along the axis of the crankshaft by any available method.
Работоспособность подшипников коленчатого вала в основном определяется режимами смазки при работе ДВС, изменяющимися вследствие увеличивающихся износов подшипников, которые приводят к снижению давления в различных частях системы смазки. Отказы шатунных подшипников в основном происходят при недостаточном или прерывистом подводе масла по каналам или при отсутствии масла в каналах подвода. На основе измерения давления в различных точках системы смазки, используемом в качестве диагностического параметра, разрабатываются способы определения степени износа подшипников ДВС и предотказного состояния.The performance of crankshaft bearings is mainly determined by the lubrication modes during internal combustion engine operation, which change due to increasing wear of the bearings, which leads to a decrease in pressure in various parts of the lubrication system. Failures of connecting rod bearings mainly occur when there is insufficient or intermittent oil supply through the channels or when there is no oil in the supply channels. Based on measuring pressure at various points in the lubrication system, used as a diagnostic parameter, methods are being developed to determine the degree of wear of internal combustion engine bearings and the pre-failure state.
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫPATENT DOCUMENTS
Известно изобретение (Патент на изобретение РФ №2560972, МПК G01M 15/00. опубл. 20.11.2014), где для безразборной диагностики степени износа подшипников используют результаты измерения давления масла по оси коленчатого вала при работе ДВС без нагрузки на остановленном автомобиле. Способ заключается в том, что давление масла измеряют в масляной магистрали на участке канала, расположенным между коренным и шатунным подшипниками по оси коленчатого вала, при работе ДВС без нагрузки на различных режимах холостого хода в состоянии покоя автомобиля при определенной температуре масла, и по величине измеренного давления судят о допустимой степени износа подшипников ДВС.There is a known invention (RF Patent for Invention No. 2560972, IPC
Измерения производятся за счет создания контрольного вывода, путем подключения переходной вращающейся муфты к каналу коленчатого вала по его оси в точке входа в канал подвода к шатунной шейке. При проведении диагностирования на выходе муфты, вне вращающейся части устанавливается любой измеритель низкого давления, например манометр. По наличию и величине давления определяют интегральную степень износа подшипников ДВС, а при отсутствии масла и давления, судят о наступлении предельного состояния.Measurements are made by creating a control output by connecting a rotating adapter coupling to the crankshaft channel along its axis at the entry point into the supply channel to the crank pin. When carrying out diagnostics, any low pressure meter, such as a pressure gauge, is installed at the coupling output, outside the rotating part. Based on the presence and magnitude of pressure, the integral degree of wear of internal combustion engine bearings is determined, and in the absence of oil and pressure, the occurrence of a limit state is judged.
Недостатком способа является возможность проведения измерений только в условиях автоцентров при работе двигателя без нагрузки на стоящем автомобиле, невозможность систематического накапливания информации по режимам смазки шатунных подшипников и времени достижения их предельного состояния в процессе эксплуатации автомобиля.The disadvantage of this method is the possibility of carrying out measurements only in the conditions of auto centers when the engine is running without load on a stationary vehicle, the impossibility of systematically accumulating information on the lubrication modes of connecting rod bearings and the time to reach their limit state during vehicle operation.
В качестве прототипа принято изобретение (Патент на изобретение РФ №2782036, МПК G01M 15/00, опубл. 20.11.2014), в котором измерение давления масла производится в непосредственной близости к поверхности коренной шейки. Способ заключается в том, что измеряют значение давления масла в непосредственной близости к поверхности коренной шейки (датчик интегрируется в масляную магистраль в блоке цилиндров) за минусом математически вычисленных в программном блоке бортовой системы потерь давления масла в каналах коленчатого вала от действия центробежных сил при переходе от поверхности коренной шейки до оси коленчатого вала, путем умножения квадрата угловой скорости вращения коленчатого вала, удельного веса масла и квадрата радиуса коренной шейки, отнесенных к величине удвоенного ускорения свободного падения.An invention was adopted as a prototype (RF Invention Patent No. 2782036, IPC
Недостатком способа является отдаленность датчика от оси коленчатого вала и сложность математического вычисления измеренного и вычисленных потерь давления до оси коленчатого вала в режиме реального времени.The disadvantage of this method is the distance of the sensor from the crankshaft axis and the difficulty of mathematically calculating the measured and calculated pressure losses to the crankshaft axis in real time.
Анализ известных способов и устройств показывает целесообразность поиска способа оценки предотказного состояния подшипников ДВС с сохранением преимуществ ранее существующих способов и возможностью определения более глубоких связей структурного параметра с диагностическим.An analysis of known methods and devices shows the feasibility of finding a way to assess the pre-failure state of internal combustion engine bearings while maintaining the advantages of previously existing methods and the possibility of determining deeper connections between a structural parameter and a diagnostic one.
Технической задачей, на решение которой направлено создание изобретения, является возможность контроля, сбора, хранения и передачи в бортовую систему диагностирования данных о давлении масла по центру коленчатого вала, предотвращая отказ шатунных подшипников путем заблаговременного выявления предотказного состояния.The technical problem to be solved by the creation of the invention is the ability to control, collect, store and transmit to the on-board diagnostic system data on oil pressure in the center of the crankshaft, preventing failure of connecting rod bearings by early detection of a pre-failure condition.
На фиг. 2 показано устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников при реализации на двигателе КАМАЗ.In fig. Figure 2 shows a device for on-board diagnostics of the pre-failure state of connecting rod bearings when implemented on a KAMAZ engine.
Техническое решение достигается за счет устройства диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания, состоящего из датчика давления масла 7 типа МПД-02, переходной муфты 8, подводящей трубки 9, микропроцессора 10, дисплея на панели приборов автомобиля 11, средства накопления данных 12.The technical solution is achieved through a device for diagnosing the pre-failure state of connecting rod bearings of an internal combustion engine, consisting of an
На коленчатый вал двигателя 6 установлена стальная подводящая трубка 9. Одним концом она ввернута на резьбовое отверстие коленчатого вала, другая сторона трубки соединена с валиком переходной муфты 8 с помощью втулки 13 из армированной резины и закреплена стальными хомутами 14. Подводящая трубка 9 имеет опорную площадку с отверстиями для крепления болтами 15 к шкиву коленчатого вала 16. Корпус переходной муфты 8 закреплен к кронштейну 17 с помощью болтов 18 и шайб 19. Кронштейн крепления переходной муфты 17 закрепляется спереди на блок цилиндров под имеющиеся резьбовые отверстия. Высокочувствительный цифровой датчик давления 7 установлен на корпус переходной муфты. Для обеспечения герметичности между корпусом муфты и датчиком установлена медная шайба 20.A
С определенным интервалом пробега Δl при работе ДВС на частоте вращения максимального крутящего момента датчик 7 снимает мгновенные значения давления масла в канале по оси коленчатого вала, от которого информация передается к микропроцессору 10. Микропроцессор, полученный сигнал Si сравнивает с предельным значением давления Sп и ранее полученными значениями с датчика Si-1. Данные по давлению масла накапливаются в средстве накопления данных (на жестком диске) 12. Числовые значения давления и остаточный ресурс выводятся на дисплей 11, расположенный на панели приборов автомобиля.With a certain mileage interval Δl when the internal combustion engine is operating at the rotation speed of maximum torque,
Остаточный ресурс определяется микропроцессором по следующей зависимостиThe remaining resource is determined by the microprocessor according to the following relationship
где Δl - интервал измерений давления, тыс.км; Si - значение давления при i-м (текущем) измерении, МПа; Si-1 - значение давления при предыдущем измерении, МПа; Sп - предельное значение давления, МПа; принимается Sп=0 МПа.where Δl is the pressure measurement interval, thousand km; S i - pressure value at the i-th (current) measurement, MPa; S i-1 - pressure value at the previous measurement, MPa; S p - limit pressure value, MPa; S p =0 MPa is accepted.
Устройство позволяет прогнозировать время безаварийной работы двигателя до предельного состояния путем анализа получаемых данных микропроцессором. По величине измеренного давления определяется степень приближения предельного состояния и вычисляется остаточный ресурс, при снижении давления до 0,02 МПа на дисплей выводится знак, предупреждающий о приближении предотказного состояния шатунных подшипников, а при достижении в процессе эксплуатации давления равному 0,00 МПа устройство сигнализирует о наступлении предельного состояния.The device allows you to predict the time of trouble-free operation of the engine to the limit state by analyzing the received data with a microprocessor. Based on the value of the measured pressure, the degree of approach to the limit state is determined and the residual life is calculated, when the pressure decreases to 0.02 MPa, a sign is displayed on the display warning that the pre-failure state of the connecting rod bearings is approaching, and when the pressure reaches 0.00 MPa during operation, the device signals the onset of a limit state.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Сущность изобретения поясняется фигурами:The essence of the invention is illustrated by the figures:
Фиг. 1 Места, определяющие условия подвода масла к шатунным подшипникамFig. 1 Places that determine the conditions for supplying oil to the connecting rod bearings
Фиг. 2 Устройство бортового диагностирования предотказного состояния шатунных подшипников двигателя внутреннего сгоранияFig. 2 On-board diagnostic device for pre-failure condition of connecting rod bearings of an internal combustion engine
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809890C1 true RU2809890C1 (en) | 2023-12-19 |
RU2809890C9 RU2809890C9 (en) | 2024-02-16 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560972C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-08-20 | Александр Александрович Макушин | Method of in-place diagnostics of wear of bearings of internal combustion engine |
US9151327B2 (en) * | 2010-06-11 | 2015-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Backup lubrication system for a rotor bearing |
RU2691259C1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-06-11 | Александр Александрович Макушин | Method for determination of a gap in a crank-rod bearing of a crankshaft during testing and diagnostics of an internal combustion engine of vehicles, transport and transport-process machines |
RU2782036C1 (en) * | 2021-10-08 | 2022-10-21 | Эдуард Мухаматзакиевич Мухаметдинов | Method for in-place monitoring of the pre-failure condition of connecting rod bearings of internal combustion engines |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9151327B2 (en) * | 2010-06-11 | 2015-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Backup lubrication system for a rotor bearing |
RU2560972C2 (en) * | 2013-05-06 | 2015-08-20 | Александр Александрович Макушин | Method of in-place diagnostics of wear of bearings of internal combustion engine |
RU2691259C1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-06-11 | Александр Александрович Макушин | Method for determination of a gap in a crank-rod bearing of a crankshaft during testing and diagnostics of an internal combustion engine of vehicles, transport and transport-process machines |
RU2782036C1 (en) * | 2021-10-08 | 2022-10-21 | Эдуард Мухаматзакиевич Мухаметдинов | Method for in-place monitoring of the pre-failure condition of connecting rod bearings of internal combustion engines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100715252B1 (en) | Method and apparatus for diagnosing residual life of rolling element bearing | |
EP2690271A1 (en) | Method and apparatus for diagnosing engine fault | |
Danilov et al. | Analysis and validation of the dynamic method for diagnosing diesel engine connecting rod bearings | |
RU2691259C1 (en) | Method for determination of a gap in a crank-rod bearing of a crankshaft during testing and diagnostics of an internal combustion engine of vehicles, transport and transport-process machines | |
KR101229949B1 (en) | With bearing worn down condition surveillance system and that system of vessel engine inside worn down condition the method which watches | |
US11821345B2 (en) | Systems and methods for lubricant dilution detection | |
CN104024611A (en) | Method and system for diagnosing a turbocharger | |
KR101684143B1 (en) | Fault diagnosis apparatus and method for vehicle accessories | |
CN113092111B (en) | Method and system for detecting wear of gas bearing | |
RU2809890C1 (en) | Device for on-board diagnostics of pre-failure state of connecting rod bearings of internal combustion engine | |
RU2809890C9 (en) | Device for on-board diagnostics of pre-failure state of connecting rod bearings of internal combustion engine | |
CN112798469A (en) | Engine oil viscosity detection method and engine | |
Kulakov et al. | Lubrication Conditions and Development of Pre-failure State of Crankshaft Bearings | |
RU2739657C1 (en) | Method of operating control of clearance in con-rod bearings of crankshaft during diagnostics of internal combustion engine of vehicles, transport and transport-process machines | |
JP2006017291A (en) | Monitoring device and monitoring method | |
RU2560972C2 (en) | Method of in-place diagnostics of wear of bearings of internal combustion engine | |
Gritsenko et al. | Investigation of the independent lubrication system of modern turbocharged vehicles | |
RU2782036C1 (en) | Method for in-place monitoring of the pre-failure condition of connecting rod bearings of internal combustion engines | |
AU2022244260A1 (en) | Systems and methods for lubricant dilution detection | |
CN109931255B (en) | Plunger pump abrasion evaluation system and method based on leakage test and pump shell temperature test | |
RU2390746C1 (en) | Method of in-place diagnostics of ice con rod bearing wear | |
CN210290101U (en) | Plunger pump wear evaluation system based on leakage test and pump case temperature test | |
CN113933041A (en) | Bearing rigidity simulation rotor test device and support assembly verification method | |
RU2460984C2 (en) | Method of estimating thermal engine health | |
RU2399898C1 (en) | Method of in-place diagnostics of ice bearings wear |