Устройство для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВЫПУСКНЫХ ОКНАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНР1Я , содержащее источник питания. регистратор и сигнализатор, вьшолненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах пластин , одна из которых подключена к положительному, а другая - к отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьшения эффективности, одна из пластин сигнализатора выполнена меньшей, длины, гшастины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку и обращены косым срезом к последнему , пластины вьтолнены с концевыми выступами на.противоположных сторонах , установлены одна относительно (Л другой таким образом, что каждый выступ обращен к не имеющей выступа стороне соседней пластины, пластина меньшей длины на участке, примыкающем к концу без выступа другой пластины , выполнена с изгибом, выпуклое-, тью обращенным к соседней пластине, при этом высота выступов выполнена большей, чем расстояние между выпуклостью и пластиной.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l9) SU (11) 4(5!) С 01 М 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3631918/25-06 (22) 05.08.83 (46) 28.02.85. Бюл. В 8 (72) В.Б. Бойчук, Л,М. Дунаевский, О.С. Каганский, В.П. Колотий, Г.Е. Климов, С.Г. Жалкин, И.И. Бабинский и В.А. Матяш (71) Научно-исследовательский и про( ектно-конструкторский институт автоматизированных систем управления транспорта. газа и Локомотивное депо им. С.M. Кирова Южной ордена Ленина железной дороги (53) 621.436.001.5(088.8) (56) 1. Приборы для измерения и регулирования уровня жидкостей и сыпучих материалов. Центральный научноисследовательский институт информации и технико-экономических исследований приборостроения, средств автоматизации и систем управления. М., 1979, с. 24. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВЫПУСКНЫХ ОКНАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее источник питания, регистратор и сигнализатор, выполненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах пластин, одна из которых подключена к положительному, 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, с целью повьппения эффективности, одна из пластин сигнализатора выполнена меньшей. длины, пластины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку и обращены косым срезом 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 выступа другой пластины, выполнена с изгибом, выпуклос-, тью обращенным к соседней пластине, при этом высота выступов выполнена большей, чем расстояние между вы" пуклостью и пластиной.

1 1142

Изобретение относится к устройствам оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания и может найти широкое применение в автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для диагностирования предельных отложений на вы пускных окнах двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник пита- 10 ния, регистратор и сигнализатор, выполненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах газохода пластин, одна иэ которых подключена к положительному, а другая — к 15 отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор (11 .

Принцип действия такого устройства основан на измерении емкости первичного преобразователя, величина 3g

"которой зависит от положения контролируемой среды.

Однако известное устройство малоэффективно при диагностировании предельных отложений, например, на вы- 25 пускных окнах газохода двигателя внутреннего сгорания. . Цель изобретения — повышение эффективности. .!

Цель достигается тем, что в устройстве для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания, содержащем источник питания, регистратор и сигналиэатор, выполненный в 35 .виде двух параллельно установленных в выпускных окнах пластин, одна из которых подключена к положительному, а другая — к отрицательному полюсам источника питания, с которым связан 40 регистратор, одна из пластин сигналиэатора выполнена меньшей длины, пластины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку и обращены косым 45 срезом к последнему, пластины выполнены с концевыми выступами на противоположных сторонах, установлены одна относительно другой таким образом, что каждый выступ обращен к не имею- 50 щей выступа стороне соседней пластины, пластина меньшей длины на участке, примыкающем к концу без выступа другой пластины, выполнена с изгибом, выпуклостью обращенным к соседней пластине, при этом высота выступов выполнена большей, чем расстояние между выпуклостью и пластиной.

749 2

На фиг. 1 показан цилиндр с выпуклыми окнами (на примере двухтактного дизеля), общий вид; на фиг. 2— узел I на фиг. 1 с отложением нагара ниже допустимой нормы; на фиг. 3— то же, с отложением нагара выше допустимой нормы; на фиг. 4(а-в) варианты установки пластин при экспериментальном исследовании; на фиг. 5 — 7 †. схема отложений нагара в окнах при установке пластин под

Q углом 45, 70 и 90 соответственно; на фиг. 8 — зависимость отложений от расположения пластин; на фиг. 9— пластины, пример выполнения.

В цилиндровой втулке 1 двигателя внутреннего сгорания (в качестве примера взят 2-тактный дизель с противоположно движущимися поршнями, расположенными в одной и той же цилиндровой втулке) расположены верхний 2 и нижний 3 поршни. Верхний поршень 2 открывает и закрывает продувочные окна 4, а нижний поршень

3 — выпускные окна 5. Отработавшие . газы через выпускные окна 5 поступают в газоход 6. В газоходе 6 размещен сигнализатор, выполненный в виде дугообразной пластины 7 и прямой пластины 8, которые установлены параллельно. Дугообразная пластина .

7 подключена к положительному, а прямая пластина 8 — к отрицательному полюсу источника 9 питания. Дугообразная пластина 7 выполнена меньшей длины по сравнению с прямой пластиной 8. Дугообразная 7 и прямая

8 пластины установлены одна относительно другой с образованием косого среза под углом к потоку выпускных . газов и обращены косым срезом навстречу этому потоку. Дугообразная

7 и прямая 8 пластины выполнены с концевыми выступами 10 и 11 на противоположных сторонах при этом концевой- выступ 10 обращен к не имеющей выступа части прямой пластины 8, а концевой выступ 11 — к не имеющей выступа 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 выпуклостью дугообразной пластины 7 и прямой, пластиной 8 °

Дугообразная пластина 7 крепится в гаэоходе 6 при помощи трубы 12

3 11427 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 газоходе 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 д 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 пластинами ? и 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 вынесена

40 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 выпуск45 ным окнам 5 не изменяют.

Провод 30 изолирован и не контактирует с трубами 12 и 21 (изоляторй не показаны).

Устройство работает следующим о - 50 разом.

Поток выпускных газов проходит через выпускные окна 5, и на последных происходит отложение нагара. Затем поток попадает на дугообразную 7 55 и прямую 8 пластины. Наличие косого среза и размещение дугообразной пластины 7 и прямой пластины 8 под углом

49 4 к 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

I 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 дугообраз ной пластины 7 под действием центробежной силы отбрасываются к противоположной прямой пластине 8 и также тормозятся. Ступенчатый разгон и торможение потока вдоль канала обеспечивает относительное торможение твердых частиц по длине (разность скорости потока и частиц увеличивается). Таким образом, все твердые частицы концентрируются и тормозятся в зоне концевого выступа 11. Все это создает благоприятные условия для более интенсивного, чем на выпускных окнах 5, отложения твердых частиц. Увеличение интенсивности позволяет обеспечить большее расстояние между дугообразной 7 и прямой 8 пластинами, что упрощает технологию (при прямых пластинах для обеспечения условия своевременного преду- . преждения предельных отложений на выпускных окнах 5 необходимо обеспечить расстояние между пластинами

1142

Параметры

Тепловоз

459

463

442

389

365

372

348

360

353

437

421

445

5-10

3-7

5" 9

3- 6

3-5 о

2 - 4

3- 5

2 "5 достаточно малое, что трудно осущест- вимо) ° Увеличение интенсивности, а следовательно, возможности увеличения расстояния, между пластинами повышает эффективность диагностирова- 5 ния, так как повышается чувствительность при той же точности средств измерения. Расстояние между пластинами 7 н 8 выбрано таким, что при отложении нагара на выпуклых окнах 5 выше допустимой нормы (см. фиг. 3) нагар на прямой пластине 8 соединяется с выпуклостью дугообразной пластины 7 и замыкает цепочку, при этом загорается сигнальная лампоч- 15 ка 34. По этому сигналу необходимо производить очистку выпускных окон 5.

Проводят промышленные испытания предложенного устройства на 2-тактных тепловозных дизелях 10Д100, имею- 20 щих десять цилиндровых втулок, в каждой из которых имеется десять выпускных окон, два выпускных коллектора.

Испытания проводят одновременно 25 на трех тепловозах 2ТЭ10Л-049, 2ТЭ10Л-574, 2ТЭ10Л-635.

На каждом тепловозе устанавливают по три датчика в одном из выпускных окон трех разных цилиндровых ЗО втулок. Контакты (пластины) датчика устанавливают на расстоянии 20 мм от наружной кромки одного иэ выпуск ных окон. Размер каждого выпускного окна 50х40 мм, причем в первой циВремя зарастания (замыкания) пластин, ч, при

Время зарастания выпускных окон на 3-5 мм, ч

Величина нагароотложений на выпускных окнах, мм, в момент замыкания пластин при сС = 90 о

749 6 линдрической втулке контакты (пласо тины) расположены под углом М =90 к плоскости выпускного окна, т.е. параллельно горизонтальной плоскости о (фиг. 4а); во торой под угломо(=70 (фиг. 4б) в третьей — под углом о =45 (фиг. 4в).

При установке контактов (пластин) во втором и третьем случае (фиг.4б,в) при уменьшении угла о6 нижнюю пластину укорачивают так, чтобы плоскость среза оставалась перпендикулярной потоку выпускных iàçîâ.

Размеры верхней пластины во всех трех случаях равны 35хIOx2 мм.

Размеры нижней пластины в первом случае 35х10х2 мм, во втором

32х10х2 мм, в третьем 30х10х2 мм.

Расстояние между пластинами 6 мм.

В процессе эксплуатационных испытаний на трех тепловозах производят замер времени отложения нагара на контактах (пластинах) до момента их замыкания, причем в момент замыкания производят замеры нагароотложений на 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 10Д100, уровень предельных отложений на выпускных окнах составляет 3-2 5 мм.

Результаты испытаний приведены в таблице.

t0 окно

n„„ бЪ Э

"М

7 114

По полученным временным параметрам построен график зависимости времени замыкания пластин от угла расположения пластин к плоскости выпускного окна (фиг. 8).

Как 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 от технических воэможностей в конкретных условиях.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что выявленная закономерность не является индивидуальной для каждого двигателя, а является общей для всего класса двигателей,.

Прослеживается очевидная связь интенсивности отложения на пластинах датчика и в выпускных окнах. При угле ф коэффициент связи равен где ьQ — время зарастания выпуск/ н Окон на 3 — 5 иу 30 т.е. на предельный уровень отложений; рЪ вЂ” время зарастания пластин, расположенных под углом о(, к потоку вы-у пускных газов.

Из приведенной формулы следует, о что коэффициент связи (К4) при Ж=70 находится в пределах 1,143 — 1,175; при угле Ж =45 коэффициент связи о (К ) 1, 209 — 1, 237.

Как видно, если сами величины

/ л л

"окна и "уоо или "окна и" 4о между собой различаются на несколько часов то коэффициенты связи 4 и K K45 более стабильны, т.е. всегда, зная™5 сигнал (время) на пластинах, можно достоверно оценить .время до предельного загрязнения выпускных окон двигателя.

Эксперимент с параллельными пластинами выявил существенным угол оь в процессе испытаний возникли трудности.при выборе расстояния между

2749 8 пластинами. При больших расстояниях (в конкретном случае свыше 6 мм) пластины замыкаются, когда выпускные окна зарастают на величину сверх установленной нормы (в конкретном примере свыше 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

2ТЭ10Л-1041.

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 оС =45 о

Расстояние между пластинами 6 мм, расстояние от кромки окна 20 мм.

Размеры параллельных пластин:

35х10х2 мм — верхней и 30x t 0x2 мм— нижней. Размеры пластин предлагаемой конфигурации указаны на фиг. 9.

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 тепловозных дизелей без разборки газохода, что упростило технологию, повысило эффективность. Годовой экономический эффект 17334,63 руб.

1142749

1142749

1142749

Наг

Фы|

)I 42749 Риг. б

I)42749

Ч00

350

L(yam)

8реюя зарастания ппастин

Ь данные с теппобоза 2ТЭНВ-ОЧ9

П данные с тепло8оза 2ТЗ)ОЛ-51Ч

Q данные с тепподаза 2ТЭ)ОП-б35

Уга наклона пластин

K плоскости 8ыпчскного окна

1142749

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Л. Веселовская Техред А.Бабинец Корректор Л. Пилипенко

Закаэ 710/38 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4