УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МОТОРНОГО МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к технике измерения и может быть использована в системе смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) сельскохозяйственной, автомобильной, авиационной, железнодорожной техники, а также в ДВС морских и речных судов, для оперативного контроля состояния моторного масла, а именно для качественной и количественной оценки показателей работающего моторного масла, а также для определения фактического технического состояния ДВС по параметрам работающего масла.
Известно устройство контроля остаточного ресурса моторного масла двигателя внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №2578754, опубл. 27.03.2016, бюл. №9) которое содержит смонтированный на сливной пробке, корпус с подпружиненной крышкой и антенной, датчики контроля уровня и качества моторного масла с коммутационным узлом, контактные элементы которого закреплены в центре перегородки корпуса, радиопередатчик, установленный вместе с автономной аккумуляторной батареей внутри корпуса и подключенный к ней питающей цепью через контактную пружину с возможностью запуска при включении питания двигателя, радиоприемник, расположенный в кабине транспортного средства и соединенный выходом с входами звукового сигнализатора и блока выдачи визуальной информации, в корпус посредством фланцевых вставок введены датчики уровня и состояния масла соответственно индукционного и емкостного типов, в которых в качестве индукционной катушки используется пластмассовая трубка с намоткой провода, а в качестве емкостных электродов используются две вставленные друг в друга пластмассовые трубки, у которых сопрягаемые поверхности обернуты металлической фольгой, в нижней части индукционной катушки расположен светодиод, рядом с которым закреплен фотоэлемент, внутри катушки и между электродами находится моторное масло, поступающее через каналы крышки, фланцевых вставок и корпусом.
Недостатками известного изобретения являются недостоверность и неоднозначность оценки состояния моторного масла, обусловленная низкой чувствительностью и высокой погрешностью определения состояния моторного масла по параметру диэлектрической проницаемости. Использование одного и того же датчика для определения содержания воды и моторного топлива, а тем более их сочетаний, также может сопровождаться значительной погрешностью измерения диэлектрической проницаемости, в силу различного генезиса воздействия воды и моторного топлива на моторное масло. Кроме этого, в силу особенностей конструкции датчика невозможно достоверно определить щелочной и водородный показатель моторного масла.
Помимо этого, деструкция моторного масла и деградация присадок в значительной мере изменяют диэлектрическую проницаемость моторного масла, что также вносит существенные погрешности в работу датчика и распознавание состояния моторного масла.
Использование датчика светодиод-фотоэлемент для оценки загрязнения моторного масла по измерению оптической плотности не позволяет с необходимой точностью оценить концентрацию загрязнений в моторном масле, поскольку значения оптической плотности, как правило, располагаются в пределах 0,2-0,7, что делает шкалу оценок качества масел по загрязненности узкой, а саму оценку пригодности или непригодности масла для дальнейшего использования неопределенной.
Известно устройство для контроля моторного масла в двигателе внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №184276, опубл. 22.10.2018, бюл. №30), которое содержит расположенный в поддоне картера стержень, на котором жестко закреплены магнитные датчики высокого и низкого уровня моторного масла. Устройство содержит поплавок с возможностью вертикального перемещения, снабженный магнитными пластинами. В предложенном решении на стержне, ниже магнитного датчика низкого уровня моторного масла, но выше уровня оседания примесей, расположен фотодатчик для определения загрязненности моторного масла, и емкостной датчик для определения качества моторного масла.
Устройство имеет те же недостатки, что и устройство контроля остаточного ресурса моторного масла двигателя внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №2578754, опубл. 27.03.2016, бюл. №9). Помимо этого, к недостаткам устройства для контроля моторного масла в двигателе внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №184276, опубл. 22.10.2018, бюл. №30) следует отнести сложность конструкции и ее монтажа в картере ДВС, поскольку все элементы устройства расположены на стержне, кроме того, в конструкции устройства присутствуют движущиеся элементы (например, поплавок), снижающие его надежность и точность оценки, в частности уровня масла в картере ДВС.
Дополнительно к существующим недостаткам устройства для контроля моторного масла в двигателе внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №184276, опубл. 22.10.2018, бюл. №30) следует отнести его ограниченную функциональность в части номенклатуры показателей состояния моторного масла и оценки фактического состояния ДВС.
В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в комплексном расширении функциональных возможностей устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания, обеспечения оперативности, достоверности и однозначности оценки состояния моторного масла, а также в универсальности, в части оценки фактического технического состояния ДВС по показателям работающего моторного масла.
Решение поставленной задачи достигается тем, что согласно полезной модели, устройство для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания, содержащее корпус в котором установлены: перистальтический насос, детектор частиц износа, динамический вискозиметр, рефрактометр, микрокалориметр, электрод рН-метра, датчики: кислорода, наличия воды, температуры моторного масла, при этом отбор проб масел для оценки его состояния и фактического технического состояния ДВС осуществляется через щелевой пробоотборник установленный в поддоне картера ДВС, при этом в щелевом пробоотборнике установлен, дополнительно, датчик температуры моторного масла, причем устройство оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания может функционировать, как в дискретном, так и в непрерывном режимах.
Задача комплексного расширения функциональных возможностей устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания достигается применением, в частности, динамического вискозиметра, микрокалориметра, детектора частиц износа, рефрактометра, датчика кислорода.
Задача оперативности контроля состояния моторного масла и фактического технического состояния ДВС достигается сбором с датчиков устройства информации (в том числе и мгновенной) о фактическом состоянии моторного масла, передачи, и цифровой обработки этой информации в одноплатном компьютере с последующим отображением фактической информации о состоянии моторного масла на устройстве графического вывода данных в удобном для пользователя виде.
Задача достоверности и однозначности оценки состояния моторного масла достигается применением серийных датчиков с известными характеристиками. Помимо этого, задача повышения достоверности оценки фактического состояния моторного масла достигается дублированием функций некоторых датчиков, в частности загрязнение моторного масла нерастворимыми продуктами окисления моторного масла может осуществляться рефрактометром, датчиком рН и датчиком кислорода.
Задача универсальности устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания достигается оценкой фактического технического состояния ДВС по параметрам работающего моторного масла.
Техническая суть предлагаемой конструкции устройства поясняется иллюстрацией (фиг.), где представлена принципиальная схема устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания.
На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - перистальтический насос; 3 - детектор частиц износа; 4 - динамический вискозиметр; 5 - рефрактометр, 6 - микрокалориметр, 7 - электрод рН-метра, 8 - датчик кислорода; 9 - датчик наличия воды в моторном масле; 10 - датчик температуры моторного масла; 11 - датчик температуры моторного масла; 12 - поддон картера ДВС; 13 - щелевой пробоотборник; 14 - запорный клапан; 15 - одноплатный компьютер; 16 - устройство графического вывода данных; 17 - запорный клапан.
Предлагаемое устройство для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания представляет собой герметичный корпус 1 в котором последовательно размещены: перистальтический насос 2; детектор частиц износа 3; динамический вискозиметр 4; рефрактометр 5, микрокалориметр 6, электрод рН-метра 7, датчик кислорода 8; датчик наличия воды в моторном масле 9; датчик температуры моторного масла 10. Перистальтический насос 2 предназначен для подачи заданного или необходимого нормированного объема моторного масла из поддона картера ДВС в устройство. Детектор частиц износа 3 предназначен для идентификации и весовой оценки парамагнитных и ферромагнитных продуктов износа из двигателя внутреннего сгорания. Динамический вискозиметр 4 предназначен для определения динамической вязкости моторного масла и позволяет диагностировать моторное масло, находящееся в поддоне картера ДВС 12, на соответствие требованиям ГОСТ или на наличие моторного топлива, загущение и т.д.. С помощью рефрактометра 5 производится качественная и количественная оценка загрязнения моторного масла нерастворимыми продуктами деструкции и окисления моторного масла. Помимо этого, рефрактометр 5 необходим для идентификации загрязнения моторного масла, например, частицами оксида кремния. Микрокалориметр 6 необходим для оценки теплоемкость моторного масла. Электрод рН-метра 7 в конструкции устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания позволяет оценивать состояние моторного масла по параметру наличия кислых продуктов деструкции моторного масла, срабатывания противозадирных и противоизносных присадок в моторном масле. Датчик кислорода 8 предназначен для определения скорости окисления и числа омыления моторного масла. Датчик наличия воды в моторном масле 9 позволяет количественно оценить содержание воды в работающем моторном масле и в общем случае диагностировать состояние поршневой группы, системы охлаждения и других систем ДВС. Датчик температуры моторного масла 10 размещается в корпусе устройства и необходим для определения температуры моторного масла при определении динамической вязкости и приведении ее к нормативному значению, например при температуре +100°С.
Датчик температуры моторного масла 11 устанавливается в щелевом пробоотборнике 13 и предназначен для определения температуры масла непосредственно в поддоне картера ДВС 12. Применение датчика температуры 11 обуславливается необходимостью оценки состояния моторного масла при определенной температуре. Щелевой пробоотборник 13 предназначен для отбора проб масел непосредственно из поддона картера ДВС 12. Щелевой пробоотборник 13 устанавливается вместо сливной пробки непосредственно в картер ДВС 12 посредством резьбового соединения. Щели в пробоотборнике 13 располагаются таким образом чтобы пробы масла из поддона картера ДВС 12 отбирались по всей высоте масляной ванны. При этом высота пробоотборника должна соответствовать высоте верхнего уровня залитого в картер моторного масла. Пробоотборник может крепиться к корпусу 1 с помощью фланцевого или резьбового соединения. Запорный клапан 14 предназначен для разъединения системы смазки ДВС от устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания. Одноплатный компьютер 15 выполняет функцию управления устройством, а также производит сбор и математическую обработку диагностической информации с датчиков и трансляцию диагностической информации на устройство графического вывода данных 16. Запорный клапан 17 предназначен для слива моторного масла после диагностирования в систему смазки ДВС.
Принцип работы устройства для оценки состояния моторного масла в двигателе внутреннего сгорания заключается в следующем.
Работа устройства в дискретном режиме.
Алгоритм оценки состояния моторного масла в виде цифрового программного кода находится в памяти одноплатного компьютера 15. Например, оценка состояния масла может осуществляться в заданную (необходимую/требуемую/регламентную) наработку ДВС. Оценка показателей состояния моторного масла осуществляется при определенной температуре (как правило, температура моторного масла при оценке его состояния составляет +100°С). При нагреве масла в поддоне картера ДВС 12 до требуемой температуры сигнал с датчика температуры 11 поступает в одноплатный компьютер 15, который выдает управляющие сигналы на открытие запорных клапанов 14, 17 и запуск перистальтического насоса 2. Перистальтический насос 2 подает моторное масло из поддона картера ДВС 12 через щелевой пробоотборник 13 в полость корпуса 1 с установленными датчиками 3-9. Сигналы с датчиков 3-9 передается на одноплатный компьютер 15, обрабатываются и виде графической информации транслируются на устройство графического вывода данных 16. После завершения процедуры оценки состояния моторного масла одноплатный компьютер 15 выдает управляющий сигнал на закрытие запорных клапанов 14, 17 и отключение перистальтического насоса 2.
В случае если в процессе оценки состояния моторного масла зафиксировано отклонение хотя бы одного из параметров состояния моторного масла, зафиксированного датчиками 3-9, одноплатный компьютер 15 транслирует предупреждение о прекращении эксплуатации ДВС на устройство графического вывода данных 16, при этом предлагается алгоритм поиска неисправности систем ДВС.
Работа устройства в непрерывном режиме. В этом случае при запуске двигателя независимо от температуры моторного масла и наработке моторного масла, одноплатный компьютер подает управляющий сигнал на открытие запорных клапанов 14, 17 и запуск перистальтического насоса 2. Перистальтический насос 2 подает моторное масло в непрерывном режиме в полость корпуса 1 с установленными датчиками 3-9. При этом, алгоритм оценки состояния моторного масла и диагностирование отказов систем ДВС аналогичен дискретному режиму.
В результате патентного поиска не выявлено изобретательских решений, идентичных заявляемому, что соответствует критерию «новизна».