Автоматизированная система управления процессом смазки поршневого двигателя внутреннего сгорания
AUTOMATED SYSTEM FOR CONTROLLING THE PROCESS OF LUBRICATION OF A RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам смазки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преимущественно входящих в состав моторных стендов, и может быть использовано для проведения испытаний двигателей в заводских условиях, ремонтных организациях, исследовательских учреждениях и учебных заведениях.
Двигатель внутреннего сгорания состоит из множества элементов, которые в процессе его работы весьма напряженно взаимодействуют между собой. Ввиду их постоянного движения внутри установки возникает высокая сила трения, влекущая за собой большие механические потери и, как следствие, повышенный расход топлива. Усиленное взаимодействие деталей ДВС с недостаточной смазкой трущихся поверхностей приводит к перегреву и дальнейшему линейному расширению, в результате чего уменьшаются рабочие зазоры конструкции, что приводит к резкому повышению их износа.
Чтобы предотвратить повышенный износ трущихся деталей, ДВС оборудуется смазочной системой, которая уменьшает механические потери и позволяет проводить испытания на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Перед авторами поставлена задача - разработать автоматизированную систему управления смазки поршневого ДВС для контроля состояния моторного масла при проведении испытаний на различных режимах эксплуатации двигателя с уменьшенной продолжительностью по времени без остановки двигателя.
При просмотре источников патентной и научно-технической литературы были выявлены технические решения, позволяющие оценить возможность использования их в разрабатываемой установке.
Известна система смазки поршневого ДВС, содержащая масляный насос, водомасляный теплообменник, фильтр очистки масла, термосиловой датчик, отличающаяся тем, что теплообменник закреплен на корпусе фильтра, в котором выполнены две полости, одна из которых сообщена с одной стороны насосом, а с другой - с подводящим каналом теплообменника, а другая сообщена с одной стороны с главной масляной магистралью, а с другой - с отводящим каналом теплообменника, при этом полости разделены между собой перегородкой, в которой выполнена вертикальная расточка, образующая в перегородке окна, посредством которых полости сообщены между собой, кроме того в расточке установлен обеспечивающий перекрытие окон плунжер, взаимодействующий с одной стороны термосиловым датчиком, а с другой - с возвратной пружиной [1-Патент РФ №35375, F01M 1/00].
Недостатком данной системы смазки являются недостаточная эффективность и надежность системы смазки, заключающиеся в неоптимальном поддержании температуры моторного масла, повышенных затратах на привод масляного насоса, увеличенном времени запаздывания поступления масла к парам трения.
Известна система смазки двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая масляный насос, маслоочиститель, маслопрокачивающий насос, перепускные клапаны, отличающаяся тем, что в систему дополнительно установлены картер и тепловой аккумулятор с клапаном на сливном трубопроводе, выход теплового аккумулятора соединен через маслопрокачивающий насос с трубопроводом подачи масла в двигатель внутреннего сгорания [2 - Патент РФ №151245, F01M 5/02].
Недостатком данной системы смазки двигателя внутреннего сгорания являются низкие физико-химические свойства моторного масла и частая смена масла, что вызывает его высокий расход.
Так же известна система смазки двигателя внутреннего сгорания, содержащая нижний картер со сборником масла, масляный насос, масляный фильтр и охладители масла, отличающаяся тем, что охладители масла включены в контур высокого давления и размещены на боковых стенках картера, к которым прилиты каналы подвода смазочного масла к охладителям масла и в одном из которых размещен редукционный клапан масляной системы, канал отвода охлажденного масла от охладителей масла размещен в полости нижнего картера и выполнен прилитым к его днищу [3 -Патент РФ №22193, F01M 1/20].
Недостатком данной системы смазки ДВС является малая эффективность охладителей масла (радиаторов).
Наиболее близкой по технической сущности и взятой за прототип является система смазки ДВС, содержащая водомасляный теплообменник закрытого типа, датчик температуры масла и запорный клапан. Масло, подаваемое из одноцилиндрового двигателя через входной патрубок в масляный радиатор водомасляного теплообменника, охлаждается и подается в главную масляную магистраль одноцилиндрового двигателя. Патрубок подачи воды водомасляного теплообменника связан трубопроводом через индивидуальный запорный клапан с трубопроводом подачи охлаждающей воды от внешнего накопителя в жидкостной теплообменник циркуляционного контура. Патрубок слива воды из водомасляного теплообменника другим трубопроводом соединен с трубопроводом слива воды из жидкостного теплообменника циркуляционного контура [4 - Патент РФ №2742158, G01M 15/05, G01N 33/30, F28D 1/02 - прототип].
Недостатком данной системы смазки ДВС является низкая точность результатов испытания моторного масла, обусловленная необходимостью отбора части масла для определения его вязкости и долива свежей порции масла вместо отобранного объема.
Технический результат изобретения - повышение точности результатов исследования моторного масла за счет исключения долива необходимого объема масла в картер во время проведения испытания с одновременным уменьшением продолжительности испытания, исключая остановки двигателя, что повысит диагностику ДВС.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированная система управления процессом смазки поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащая масляный картер двигателя, связанный с главной масляной магистралью, в которой последовательно по потоку масла установлены масляный насос, сливной, редукционный клапаны, водомасляный теплообменник закрытого типа с каналами подвода и отвода через змеевик моторного масла к двигателю и каналами подачи и слива охлаждающей воды из водомасляного теплообменника, клапаны с датчиками температуры охлаждающей жидкости, подключенные к соответствующим входам программного блока управления, к которому подключен датчик температуры масла на входе смазочной системы двигателя, согласно изобретению, автоматизированная система управления процессом смазки поршневого двигателя внутреннего сгорания снабжена дополнительным датчиком температуры масла в картере, в котором установлен дополнительно введенный нагреватель масла, а на выходе из картера в главной масляной магистрали установлен фильтроэлемент с обводной магистралью и датчиком перепада давления на фильтроэлементе, датчик вязкости масла на входе в змеевик, при этом вход в обводную магистраль фильтроэлемента подключен к главной масляной магистрали в точке между сливным клапаном и запорным элементом перед входом в фильтроэлемент, а выход обводной магистрали - в точке перед датчиком вязкости масла, который подключен к соответствующему входу программного блока управления, соответствующие выходы которого соединены с исполнительным механизмом нагревателя масла в картере и запорным элементом, установленным на входе в фильтроэлемент.
На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированной системы управления процессом смазки поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Автоматизированная система управления процессом смазки поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержит масляный картер 1 двигателя, куда заливается испытуемое моторное масло, забираемое масляным насосом 3 для подачи его в контур масляной системы, содержащий в себе сливной клапан 4, запорный элемент 22, фильтроэлемент 18 с обводной магистралью 19, датчиками перепада давления 20 и вязкости масла 21. Далее масло поступает через редукционный клапан 5 в водомасляный теплообменник 6 закрытого типа с каналами подвода 7 и отвода 8 моторного масла в главную масляную магистраль 2. В водомасляном теплообменнике 6 установлен змеевик 9 омываемый водой, поступающей через клапан с датчиком температуры охлаждающей жидкости 13 к каналу 10 подвода воды. Слив охлаждающей жидкости из водомасляного теплообменника 6 осуществляется через канал 11 и клапан с датчиком температуры охлаждающей жидкости 12. Для контроля температуры масла в масляном картере 1 и главной масляной магистрали 2 установлены соответственно датчики температуры 16 и 15. Для ускоренного нагрева масла до оптимального температурного режима установлен нагреватель 17, подключенный к исполнительному механизму 23. Управление температурным режимом и состоянием моторного масла осуществляется автоматически программным блоком управления 14, связанным с исполнительным механизмом 23, датчиками температуры 15, 16, датчиком вязкости 21, датчиком перепада давления 20, запорным элементом 22 и клапанами с датчиками температуры охлаждающей жидкости 12, 13.
Автоматизированная установка эксплуатируется следующим образом.
Испытуемое масло из картера 1 двигателя забирается масляным насосом 3 и подается в фильтроэлемент 18, а из него в главную масляную магистраль 2 для смазки опор коленчатого вала и других трущихся деталей. Температура масла в картере контролируется по датчику температуры масла 16. В случае засоренности фильтроэлемента 18, изменяется давление масла, контролируемое датчиком перепада давления 20, сигнал от которого поступает на программный блок управления 14, в результате чего подается сигнал на запорный элемент 22 для перепуска масла по обводной магистрали 19, что позволяет не прекращать проведение испытания моторного масла. Температурный режим моторного масла во время проведения испытания поддерживается водомасляным теплообменником 6 путем изменения подачи количества воды. Значение температуры моторного масла на выходе из внутреннего контура водомасляного теплообменника 6 определяется датчиком 15, сигнал от которого передается на блок управления 14, с которого осуществляется управление клапанами с датчиками температуры охлаждающей жидкости 12, 13. Состояние моторного масла при испытании контролируют датчиком вязкости 21, подключенным к соответствующему входу программного блока управления 14. Это позволяет проводить испытание моторного масла без отбора необходимого объема для определения вязкости с последующим доливом свежей порции масла вместо отобранного объема. Для ускоренного нагрева масла до оптимального температурного режима включается нагреватель 17, подключенный к исполнительному механизму 23, который управляется программным блоком управления 14.
Использование автоматизированной системы управления процессом смазки поршневого ДВС в стендовой установке позволяет повысить точность результатов исследования моторного масла за счет исключения отбора необходимого объема масла во время проведения испытания с одновременным уменьшением продолжительности испытания, исключив остановку двигателя, обеспечивая смазку двигателя моторным маслом заданного качества: по температуре (датчики 15, 16), вязкости (датчик 21) и чистоте (наличие фильтроэлемента 18).
Приведенная совокупность в формуле существенных признаков позволит получить более достоверные результаты оценки эксплуатационных показателей двигателя.