Устройство для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) ЯО О 4(5) С 01 М 15/О ЗОБРЕТЕНИ ПИСАНИАВТОРСКОМ лас ени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт автоматизированных систем управлениятранспорта. газа и Локомотивное депою. С.М. Кирова Южной ордена Л нажелезной дороги(56) 1. Приборы для измерения и реГулирования уровня жидкостей и сыпучих материалов. Центральный научноисследовательский институт информа ции и технико-экономических исследований приборостроения, средств автоматизации и систем управления. М.,1979, с, 24,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВЫПУСНЫХ ОКНАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее источник питания,регистратор и сигнализатор, выполненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах птин, одна из которых подключена кположительному, а другая - к отрицательному полюсам источника питания,с которым связан регистратор, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повьппения эффективности, однаиз пластин сигнализатора выполненаменьшей. длины, пластины установленыодна относительно другой с образованием косого среза под углом к потокуи обращены косым срезом к последнему, пластины выполнены с концевымивыступами на,противоположных сторонах, установлены одна относительнодругой таким образом, что каждыйвыступ обращен к не имеющей выступастороне соседней пластины, пластинаменьшей длины на участке, примыкающем к концу без выступа другой пластины, выполнена с изгибом, выпуклостью обращенным к соседней пластине,при этом высота выступов выполненабольшей, чем расстояние между вы"пуклостью и пластиной.1142749 ЧО 70 ЧЬа д 6(час(бреге зарасщанцяппасвин Ь данные с таппобоза 2 Т 9 ОП-ОЧ 9 О данные с теппоВоза ЪТЗ)ОЛЧ О банные с щепподаза 27 Э)077-б 55 зоУга наклона ппастинплоскости 8 ыпчскноо окна1142749 Тираж 897 ИИПИ Государственного ко о делам иэобретений и Москва, Ж, Раушска1 1142Изобретение относится к устройствам оценки технического состояниядвигателя внутреннего сгорания и может найти широкое применение в автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности.Известно устройстводля диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннегосгорания, содержащее источник питания, регистратор и сигнализатор, выполненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах газохода пластин, одна иэ которых подключена к положительному, а другая - к 15отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор 111,Принцип действия такого устройства основан на измерении емкости первичного преобразователя, величина 20"которой зависит от положения контролируемой среды,Однако известное устройство малоэффективно при диагностировании предельных отложений, например, на выпускных окнах газохода двигателя внутреннего сгорания..Цель достигается тем, что в уст- З 0ройстве для диагностирования предельных отложений на выпускных окнахдвигателя внутреннего сгорания, содержащем источник питания, регистратор и сигналиэатор, выполненный в 35.виде двух параллельно установленныхв выпускных окнах пластин, одна изкоторых подключена к положительному,а другая - к отрицательному полюсамисточника питания, с которым связан 40регистратор, одна из пластин сигналиэатора выполнена меньшей длины, пластины установлены одна относительнодругой с образованием косого срезапод углом к потоку и обращены косым 45срезом к последнему, пластины выполнены с концевыми выступами на противоположных сторонах, установлены одна относительно другой таким образом,что каждый выступ обращен к не имеющей выступа стороне соседней пластины, пластина меньшей длины на участке, примыкающем к концу без выступадругой пластины, выполнена с изгибом,выпуклостью обращенным к соседней 55пластине, при этом высота выступоввыполнена большей, чем расстояние между выпуклостью и пластиной. 749 3 На фиг. 1 показан цилиндр с выпуклыми окнами (на примере двухтактного дизеля), общий вид; на фиг. 2 -узел 1 на фиг. 1 с отложением нагараниже допустимой нормы; на фиг. 3 -то же, с отложением нагара вышедопустимой нормы; на фиг. 4(а-в)варианты установки пластин при экспериментальном исследовании; нафиг. 5 - 7 - схема отложений нагарав окнах при установке пластин подоуглом 45, 70 и 90 соответственно;на фиг. 8 - зависимость отложений отрасположения пластин; на фиг. 9 -пластины, пример выполнения,В цилиндровой втулке 1 двигателявнутреннего сгорания (в качествепримера взят 2-тактный дизель с противоположно движущимися поршнями,расположенными в одной и той же цилиндровой втулке) расположены верхний 2 и нижний 3 поршни. Верхнийпоршень 2 открывает и закрывает продувочные окна 4, а нижний поршень3 - выпускные окна 5. Отработавшие .газы через выпускные окна 5 поступаютв газоход 6. В газоходе 6 размещенсигнализатор, выполненный в видедугообразной пластины 7 и прямойпластины 8, которые установленыпараллельно. Дугообразная пластина,7 подключена к положительному, апрямая пластина 8 - к отрицательному полюсу источника 9 питания. Дугообразная пластина 7 выполнена меньшей длины по сравнению с прямойпластиной 8, Дугообразная 7 и прямая8 пластины установлены одна относительно другой с образованием косогосреза под углом к потоку выпускных .газов и обращены косым срезом навстречу этому потоку, Дугообразная7 и прямая 8 пластины выполнены сконцевыми выступами 10 и 11 на противоположных сторонах при этом концевой- выступ 10 обращен к не имеющейвыступа части прямой пластины 8,а концевой выступ 11 - к не имеющейвыступа части дугообразиой пластины 7. Дугообразная пластина 7 выполнена с изгибом и выпуклостью обращена к прямой пластине 8, причем высота концевых выступов 10 и 11 больше,чем расстояние между выпуклостьюдугообразной пластины 7 и прямой,пластиной 8Дугообразная пластина 7 крепитсяв гаэоходе 6 при помощи трубы 12к потоку позволяет обеспечить начальное торможение частиц при набегании потока на прямую пластину 8, имеющую большую длину, и, следовательно, более интенсивное отложение частиц на прямой пластине 8, Образование вихревого течения при обтекании концевого выступа 10 дугообразной пластины 7 в зоне входной кромки обеспечивает также повышение интенсивности отложений в зоне вихря и центробежный отброс частиц к более длинной прямой пластине 8, торможение на ней и отложение. Поток рабочего тела с твердыми частицами, имеющими практически ту же скорость, попадая в полость А тормозится. При этом тормозятся и твердые частицы, двигающиеся вместе с потоком. Перемещаясь далее к узкому сечению (наименьшее расстояние между прямой пластиной 8 и выпуклостью дугообразной пластины 7), поток вновь разгоняется, Однако инерционность.частиц не позволяет им разогнаться до скорости потока, Минуя узкое сечение, поток вновь тормозится в полости Б, Одновременно тормозятся и твердые частицы, Далее поток выходит через самое узкое сечение сигнализатора, разгоняясь,Твердые частицы, поступая в осевом направлении, тормозятся о концевой выступ 11 и оседают окончательно на прямой пластине 8. Другие частицы в зоне изогнутой части дугообразной пластины 7 под действием центробежной силы отбрасываются к противоположной прямой пластине 8 и также тормозятся. Ступенчатый разгон и торможение потока вдоль канала обес 3 114274 и. болтов 13 и 14, причем между трубой 12 и дугообразной пластиной 7 установлен изолятор 15, прикрепленный к дугообразной пластине 7 болтами 16 и 17. Труба 12 установлена на съемном лючке 18 газохода 6 при помощи гаек 19 и 20.Прямая пластина 8 крепится в газо- ходе 6 при помощи трубы 21 и болтов 22 и 23, причем между трубой 21 и 10 прямой пластиной 8 установлен изолятор 24, прикрепленный к прямой пластине 8 болтами 25 и 26. Труба 21 установлена на съемном лючке 18 газохода 6 при помощи гаек 27 и 28.Дугообразная пластина 7 подключена через болт 29 и провод 30 к положительному полюсу, а прямая,пластина 8 - через болт. 31.и провод 30 к отрицательному полюсу источника питания 9. На болтах 29 и 31 установлены изолирующие втулки 32 и 33. К источнику питания 9 последовательно подключена сигнальная лампочка 34.Труба 12, на которой установлена 25 пластина 7, и труба 21, на которой установлена пластина 8, выполнены достаточно жесткими, расстояние между пластинами 7 и 8 при работе двигателя внутреннего сгорания не изменяется.Расстояние между пластинамии 8 устанавливается опытным путем таким образом, что при отложении нагара на выпускных окнах 5 выше допустимой нормы (см. фиг, 3) нагар на прямой пластине 8 соединяется с выпуклостью дугообразной пластины 7 и замыкает электрическую цепь, при этом сигнальная лампа 34, которая вынесена40 на пульт управления, загорается. Одновременно с очисткой выпуклых окон 5 очищают или заменяют пластины 7 и 8, при этом расстояние между ними и положение их по отношению к выпуск 45 ным окнам 5 не изменяют.Провод 30 изолирован и не контактирует с трубами 12 и 21 (изоляторй не показаны).1Устройство работает следующим об разом.Поток выпускных газов проходит через выпускные окна 5, и на последных происходит отложение нагара. За-. тем поток попадает на дугообразную 7 55 и прямую 8 пластины. Наличие косого среза и размещение дугообразной пластины 7 и прямой пластины 8 под углом печивает относительное торможениетвердых частиц по длине (разностьскорости потока и частиц увеличивается). Таким образом, все твердые частицы концентрируются и тормозятсяв зоне концевого выступа 11. Все этосоздает благоприятные условия дляболее интенсивного, чем на выпускных окнах 5, отложения твердых частиц, Увеличение интенсивности позволяет обеспечить большее расстояниемежду дугообразной 7 и прямой 8пластинами, что упрощает технологию(при прямых пластинах для обеспечения условия своевременного преду- .преждения предельных отложений навыпускных окнах 5 необходимо обеспечить расстояние между пластинами1142 Параметры Тепловоз 5 4 6 астания выпускна 3-5 мм, ч нагароотложений ных окнах, мм, замыкания пласто90 Время зар ных окон Величина а выпус момент при К 53 -3 -2 достаточно малое, что трудно осуществимо)Увеличение интенсивности, аследовательно, возможности увеличения расстояния, между пластинамиповышает эффективность диагностирования, так как повышается чувствительность при той же точности средствизмерения. Расстояние между пластинами 7 н 8 выбрано таким, что приотложении нагара на выпуклых окнах 5 1 Овыше допустимой нормы (см. фиг. 3)нагар на прямой пластине 8 соединяется с выпуклостью дугообразнойпластины 7 и замыкает цепочку, приэтом загорается сигнальная лампочка 34, По этому сигналу необходимопроизводить очистку выпускных окон 5,Проводят промышленные испытанияпредложенного устройства на 2-тактных тепловозных дизелях 10 Д 100, имеющих десять цилиндровых втулок, вкаждой из которых имеется десять выпускных окон, два выпускных коллектора.Испытания проводят одновременно 25на трех тепловозах 2 ТЭ 10 Л,2 ТЭ 10 Л, 2 ТЭ 10 Л.На каждом тепловозе устанавливают по три датчика в одном из выпускных окон трех разных цилиндровых ЗОвтулок. Контакты (пластины) датчикаустанавливают на расстоянии 20 ммот наружной кромки одного иэ выпуск ных окон, Размер каждого выпускногоокна 50 х 40 мм, причем в первой циремя зарастания (эамыкаия) пластин, ч, прис= 90 749 6линдрической втулке контакты (пласотины) расположены под углом М =90 кплоскости выпускного окна, т.е, параллельно горизонтальной плоскостиф(фиг, 4 а); во торой под угломс =70(фиг. 4 б) в третьей - под угломо=45 (фиг. 4 в).При установке контактов (пластин)во втором и третьем случае (фиг.4 б,в)при уменьшении угла 06 нижнюю пластину укорачивают так, чтобы плоскостьсреза оставалась перпендикулярной потоку выпускных газов.Размеры верхней пластины во всехтрех случаях равны 35 х 10 х 2 мм,Размеры нижней пластины в первомслучае 35 х 10 х 2 мм, во втором32 х 10 х 2 мм, в третьем 30 х 10 х 2 мм.Расстояние между пластинами 6 мм,В процессе эксплуатационных испытаний на трех тепловозах производятзамер времени отложения нагара наконтактах (пластинах) до момента ихзамыкания, причем в момент замыканияпроизводят замеры нагароотложенийна выпускных окнах дизеля. Кроме того, производят замер времени зарастания выпускных окон дизеля до предельного уровня отложений, который определен как начальный для снижения мощности дизеля. На дизелях 10 Д 100, уровень предельных отложений на выпускных окнах составляет 3-2,5 мм.Результаты испытаний приведеныв таблице,"М 25 7 114По полученным временным параметрам построен график зависимости времени замыкания пластин от угла расположения пластин к плоскости выпускного окна (фиг. 8).5Как видно из приведенных данных, с уменьшением угла Ж уменьшается время срабатывания датчика (время замыкания пластин), т,е, увеличивается интенсивность отложений нагара на пластинах,Выбор конкретного угла зависит оттехнических воэможностей в конкретных условиях,.Приведенные данные свидетельствуют о том, что выявленная закономерность не является индивидуальнойдля каждого двигателя, а является общей для всего класса двигателейПрослеживается очевидная связьинтенсивности отложения на пластинахдатчика и в выпускных окнах. При угле ф коэффициент связи равен где Окна - время зарастания выпускных окон на 3 - 5 им,т.е. на предельный уровень отложений;/Ъ- время зарастания пластин, расположенных подуглом К к потоку вы-упускных газов.35Из приведенной формулы следует,ф очто коэффициент связи (К 1) при Ж=70находится в пределах 1,143 - 1,175;при угле Ж =45 коэффициент связиО(К ) 1, 209 - 1, 237,Как видно, если сами величины"ОКИа И 1 оо ИЛИ "ОКНа И со МЕЖДУсобой различаются на несколько часов, то коэффициенты связи К 1 и Кболее стабильны, т.е. всегда, знаясигнал (время) на пластинах, можнодостоверно оценить .время до предельного загрязнения выпускных окондвигателя,Эксперимент с параллельными пластинами выявил существенным угол пьв процессе испытаний возникли трудности.при выборе расстояния между 2749 8 пластинами, При больших расстояниях (в конкретном случае свьппе 6 мм) пластины замыкаются, когда выпускные окна зарастают на величину сверх установленной нормы (в конкретном примере свьппе 3-5 мм). Малое расстояние между пластинами (в конкретном случае меньше 4-5 мм) обеспечить очень трудно, так как установку с обеспечением параллельности практически выполнить невозможно, при работе двигателя от вибрации происходит замыкание пластин ввиду соприкосновения друг с другом.Поэтому конфигурация пластин изменена так, что расстояние между ними остается.в пределах 5-6 мм, а зарастание пластин происходит раньше образования нагароотложений на окнах в допустимых пределах.Применение предлагаемого устройства позволяет получить сигнал с достоверным прогнозированием времени достижения предельных отложений в выпускных окнах.Проводят испытания на тепловозе 2 ТЭ 10 Л.На один и тот же тепловоз и разные цилиндровые втулки устанавливают в,первую цилиндровую втулку две параллельные пластины, во вторую - пластины предлагаемой конфигурации. Угол наклона в обоих случаях=45о Расстояние между пластинами 6 мм, расстояние от кромки окна 20 мм. Размеры параллельных пластин;35 х 10 х 2 мм - верхней и 30 х 10 х 2 мм - нижней. Размеры пластин предлагаемой конфигурации указаны на фиг. 9.с В процессе эксперимента установлено, что пластины предлагаемой конфигурации замыкаются через 305, а известной - через 356 ч работы тепловоза.Применение предлагаемого устройства в локомотивном депо им. С.М. Кирова Южной ордена Ленина железной дороги позволило определять степень закоксованности выпускных окон тепло- возных дизелей без разборки газохода, что упростило технологию, повысило эффективность, Годовой экономический эффект 17334,63 руб.