Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СМАЗОЧНОГО МАСЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области технической диагностики технических систем, имеющих замкнутую систему смазки, и может быть использовано для контроля качества моторных масел в процессе эксплуатации.

Известен аналогичный способ, описанный в патенте [1], заключающийся в том, что в ходе эксплуатации деталей узлов трения отбирают пробы смазочного материала. Определяют в них методом спектрального анализа концентрации выделившихся в процессе износа таких элементов, как алюминий, железо, медь, свинец, титан, цинк. Для каждой детали узла трения с учетом процентного содержания элементов, являющихся преимущественными в составе материала каждой детали узла трения, судят о степени износа узлов трения. Дополнительно определяют концентрации серы, фосфора, азота, хлора и т.п., входящие в состав противоизносных присадок. Определяют скорость расходования противоизносных присадок. По изменению концентраций элементов, входящих в состав противоизносных присадок и в состав деталей узлов трения, скорости расходования противоизносных присадок судят об износе деталей узлов трения на ранней стадии, о смазывающей способности масла с протовоизносными присадками и годности его к эксплуатации.

Недостатком данного способа является ограниченность функциональных возможностей способа и недостаточная объективность получаемых данных.

В качестве прототипа выбран способ, описанный в патенте [2], в котором определяют изменение электрической емкости датчика в зависимости от степени и качества загрязнения работающего масла.

Изменение регистрируют частотным методом, вместе с тем степень и качество загрязнений работающего масла определяют по отклонению частоты импульсов перестраиваемого генератора от эталонного значения, полученного для неработавшего масла. Сравнение осуществляют по условному показателю импульсов, определяемому по формуле

где K₁ - частотный коэффициент деления опорного частотного генератора; T₁ - период колебаний опорного частотного генератора; К₂ - частотный коэффициент деления перестраиваемого частотного генератора; Т₂ - период колебаний перестраиваемого частотного генератора. Изобретение обеспечивает выявление конкретных примесей в исследуемом масле, повышает точность и достоверность оценки технического состояния машин.

Недостатком данного способа является ограниченность функциональных возможностей способа и недостаточная объективность получаемых данных.

Известно аналогичное устройство для встроенного контроля параметров рабочей жидкости гидросистем, используемое в системе «ФОТОН» [3], содержащее корпус, в котором размещены два идентичных емкостных преобразователя, образованных цилиндрическими электродами, причем часть электродов заземлена, а часть - закреплены с помощью изолированной втулки и через контактные винты подключаются к электронному блоку обработки информации. Датчик используется для оценки содержания загрязнений (эмульгированной воды) в масле.

Недостатком данного устройства является ограниченность функциональных возможностей и недостаточная объективность получаемых данных.

Прототипом устройства для контроля качества масла является датчик-щуп фотоэлектрического анализатора загрязнений жидкостей типа АЗЖ-955 [3] для определения содержания механических загрязнений в отобранных пробах или непосредственно в емкостях и баках при эксплуатации различных машин. Датчик содержит излучатель, создающий пучок света, и фотоприемник, размещенные друг напротив друга. Щуп в процессе эксплуатации вращается приводом вращения. В зависимости от степени прозрачности жидкости в чувствительной зоне датчика (между излучателем и фотоприемником) изменяется световой поток, падающий на фотоприемник. Сигналы с фотоприемника поступают в блок обработки информации, содержащий усилитель, детектор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой индикатор.

Недостатком данного устройства является ограниченность функциональных возможностей и недостаточная объективность получаемых данных.

Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и повышении объективности получаемых данных.

Технический результат достигается тем, что оценивают степень загрязнения масла в процессе эксплуатации, при этом дополнительно одновременно оценивают антифрикционные свойства, антизадирные свойства, температуру и вязкость масла и по полученным характеристикам делают заключение о пригодности масла к дальнейшему использованию. Устройство для контроля смазочного масла, выполненное в виде щупа, содержащее датчик чистоты, привод вращения, блок обработки информации, при этом дополнительно в щупе установлены датчики вязкости, несущей способности и момента трения, температуры и уровня масла, причем все датчики выполнены в виде отдельных модулей, размещенных в гибкой трубке из материала, устойчивого к действию масла, а также имеется дополнительная панель для размещения в кабине оператора, информирующая о текущем состоянии масла.

Сущность изобретения заключается в том, что традиционно определяемые параметры качества масла по содержанию механических загрязнений и воды не указывают на главные параметры состояния масла, каковыми являются антифрикционные свойства (коэффициент трения, момент трения), антизадирные свойства (несущая способность) и вязкость, которые указывают на способность масла защищать поверхности трения деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Так, например, если в моторном масле будут отсутствовать антифрикционные и антизадирные присадки, то оно, даже будучи прозрачным, может привести к заклиниванию трущихся поверхностей и повышенному расходу энергии на трение. Учитывая, что данные присадки в процессе эксплуатации масла постепенно вырабатываются, то контроль масла по антифрикционным и антизадирным свойствам не только обеспечивает расширение функциональных возможностей способа и устройства для оперативного контроля качества масла, но и делает этот контроль полностью объективным. Дополнительная объективность и полнота оценки качества смазочных масел обеспечивается дополнительным определением температуры и вязкости масла.

Способ реализуется по следующим этапам.

- Щуп вводят в среду контролируемого масла таким образом, чтобы все датчики были погружены в масло, а блок обработки информации и привод вращения находились снаружи. Например, щуп можно установить в двигатель внутреннего сгорания на место традиционного маслоуказательного щупа.

- Подключают щуп к источнику питания, например аккумулятору. Включают требуемый режим контроля (непрерывный, периодический). При выборе периодического контроля выбирают длительность интервала между процедурами контроля.

- Подключают к блоку обработки информации дополнительную информационную панель и выводят ее на приборную панель оператора двигателя (например, на приборную панель в салон автомобиля).

- Щуп в соответствии с выбранным режимом контроля будет одновременно собирать данные о температуре, чистоте, вязкости, несущей способности, моменте трения и уровне масла и в зависимости от результатов контроля выдавать на информационную панель данные о годности масла к эксплуатации дифференцированно по каждому критерию. Это позволит оператору не только получить информацию о пригодности масла к эксплуатации, но и принимать решение о целесообразности замены масла (в случае срабатывания датчика чистоты масла), или добавки антифрикционных (антизадирных) присадок (в случае срабатывания датчиков антифрикционных и антизадирных свойств соответственно), или доливки масла (при срабатывании датчика уровня масла), или дополнительного прогрева двигателя (при срабатывании датчика вязкости).

Устройство для контроля качества смазочного масла (фиг. 1) выполнено в виде щупа и содержит датчики уровня масла - 1, чистоты - 2, вязкости - 3, несущей способности и момента трения - 4, температуры - 5, причем все датчики выполнены в виде отдельных модулей, размещенных в гибкой трубке - 6 из материала, устойчивого к действию масла (например, силиконовой трубке), соединенной с корпусом 7, в котором размещены: привод вращения - 8 (электрический двигатель постоянного тока или шаговый двигатель), связанный с датчиками вязкости, несущей способности и момента трения; блок обработки информации - 9, связанный со всеми датчиками и передающим данные о качестве масла на информационную панель - 10. Кроме того, блок обработки информации обеспечивает возможность выбора режима контроля качества масла (непрерывный и периодический). Для удобства эксплуатации щупа имеется дополнительная информационная панель - 11, информирующая о текущем состоянии масла и размещаемая в любом месте, удобном для контроля (например, в кабине оператора), которая дублирует показания информационной панели 10 и связана с ней посредством проводной или беспроводной связи. Конструкция щупа обеспечивает возможность его установки в двигателе внутреннего сгорания вместо стандартного маслоуказательного щупа.

Датчик уровня масла (фиг. 2) состоит из: корпуса 12, вставленного в трубку 6; изолирующей пробки 13, вставленной в корпус с внутренней стороны; регулируемого электрода 14, имеющего возможность перемещаться по резьбе в центре изолирующей пробки 13; сильфона 15 с внешней стороны закрытого металлической крышкой 16, а с внутренней герметично соединенного с пробкой 13 и электрически соединенного с электродом 17, вставленным в пробку 13. Работа датчика заключается в следующем. В зависимости от высоты уровня масла над датчиком на сильфон действует давление масляного столба, и сильфон упруго сжимается пропорционально высоте уровня масла. Регулировкой электрода 14 добиваются такого зазора между крышкой сильфона и острием электрода 14, чтобы при должном уровне масла сжатие сильфона обеспечивало электрический контакт между электродами 14 и 17. При снижении уровня масла давление на сильфон уменьшается, он вытягивается, электрический контакт между электродами 14 и 17 разрывается, а на информационных панелях 10 и 11 загорается светодиод, информирующий о недостаточном уровне масла.

Датчик чистоты масла состоит из: корпуса 18, вставленного в трубку 6; пробок 19 и 20, вставленных в корпус 18 с обеих сторон; излучателя 21 (светодиод), вставленного в пробку 20; фотоприемника 22 (фоторезистор, фототранзистор, фотодиод и т.п.), вставленного в пробку 19. Излучатель 21 и фотоприемник 22 расположены встречно друг к другу, а в зоне чувствительности между ними на корпусе и трубке расположены сквозные отверстия для свободного доступа смазочного масла. Датчик работает аналогично выбранному прототипу за счет изменения степени прозрачности масла, которая в свою очередь зависит от степени его загрязнения. Чем больше загрязнений, тем больше они рассеивают световой поток и тем меньше его поступает на фотоприемник. При снижении светового потока на фотоприемнике ниже допустимого уровня на информационных панелях 10 и 11 загорается светодиод, указывающий на то, что превышен уровень загрязнения смазочного масла.

Датчик вязкости масла состоит из: корпуса 23, вставленного в трубку 6; ведущего диска 24, установленного с внутренней стороны корпуса 23 через подшипник 25 и связанного с тросом 26, связанным с приводом вращения; ведомого диска 27, установленного с внешней стороны корпуса 23 через подшипник 28 и связанного с отрезком упругого металлического торсиона 29 (в качестве такового можно использовать отрезок металлического троса), закрепленного в пробке 30; металлического флажка 31, электрически соединенного (например, пайкой) с торсионом 29; электрода 32, пропущенного через пробку 30. Ведущий и ведомый диски разделены тарированным зазором, в который поступает смазочное масло через отверстия на корпусе 23 и трубке 6. В нерабочем состоянии электрод 32 и флажок 31 также разделены тарированным зазором. Датчик работает следующим образом, при запуске вращения ведущий диск передает крутящий момент ведомому диску, который удерживается от вращения торсионом 29. Чем выше вязкость масла, тем больше величина передаваемого крутящего момента, тем больше угол закручивания торсиона и, соответственно, тем ближе флажок 31 приближается к электроду 32. При превышении вязкости масла допустимого значения (если масло недостаточно прогрелось или вязкость повысилась из-за окисления масла) величина скручивания торсиона обеспечит электрический контакт между торсионом и электродом, при этом на информационной панели загорится светодиод, информирующий о повышенном значении вязкости масла.

Датчик несущей способности и момента трения состоит из: корпуса 33, вставленного в трубку 6; подвижного диска 34, установленного с внутренней стороны корпуса 33 через подшипник 35 и связанного с тросом 26, связанным с приводом вращения; стальных шариков 36, составляющих пару трения с поверхностью подвижного диска 34 и прижимаемых к его поверхности пружинами 37, связанных посредством втулок 38 с плоскими пружинами 39, закрепленными в пробке 40, вставленной в корпус с внешней стороны; электрода 41, вставленного в пробку 40, конец которого в нерабочем состоянии имеет тарированный зазор относительно одной из втулок 38. Сила прижатия шариков 36 к поверхности диска 34 обеспечивается такой, чтобы при допустимых антизадирных свойствах масла не происходил разрыв масляной пленки между вышеуказанными шариками и диском. Жесткость плоских пружин 39 и величина зазора между электродом 41 и втулкой 38 выбираются такими, чтобы при допустимых антифрикционных свойствах контролируемого масла не происходило касания втулкой электрода. Датчик работает следующим образом. При запуске вращения подвижного диска 34 плоские пружины 39 деформируются в направлении трения за счет силы трения между шариками и диском. Если момент трения превышает допустимое значение произойдет электрическое замыкание между электродом и одной из плоских пружин, при этом на информационных панелях 10 и 11 загорится светодиод, указывающий на снижение антифрикционных свойств (и, соответственно, повышение потерь на трение) ниже допустимого уровня. Если несущая способность смазочной пленки, характеризующая антизадирные свойства масла, снизится ниже допустимого уровня, в местах контакта шариков с диском произойдет разрыв смазочной пленки, и возникнет электрический контакт между плоскими пружинами, при этом на информационных панелях 10 и 11 загорится светодиод, указывающий на снижение антизадирных свойств масла ниже допустимого уровня.

Датчик температуры представляет собой термопару 42, закрепленную во втулке 43, вставленной в трубку 6 и имеющей центральное отверстие для пропускания троса 26. Вблизи спая термопары на трубке имеется отверстие для свободного доступа масла. Сигнал с термопары поступает в блок обработки информации, где усиливается усилителем. При превышении (или снижении) температуры масла допустимых пределов на информационных панелях 10 и 11 загорится светодиод, указывающий на необходимость прогрева (или охлаждения) контролируемого масла.

Трубка 6 надета на патрубок корпуса 44 блока обработки информации. Внутри трубки трос соединен с двигателем 8 посредством муфты 45 (фиг. 3).

Внутри корпуса размещен блок обработки информации, состоящий из платы 46 и блока переключателей 47, которые позволяют устанавливать режим работы щупа. На плате 46 осуществляется преобразование сигналов датчиков в электрические сигналы для светодиодов 48 информационной панели. На корпусе имеется разъем 49 для возможности подключения выносной информационной панели для размещения по усмотрению оператора. На трубке 6 в месте крепления с корпусом 44 имеется резиновая втулка 50, обеспечивающая плотное сопряжение с отверстием для маслоуказательного щупа соответствующего ДВС.

Пример. Изготовили щуп для контроля качества моторного масла легкового автомобиля Hyundai Solaris. Датчики размещали в силиконовой трубке внутренним диаметром 10 мм и наружным диаметром 12 мм. Выбрали периодический режим контроля масла с интервалом 1 час. После смены масла в двигателе (Castrol) показания всех датчиков находились в норме (отсутствовало свечение светодиодов на информационной панели). После пробега автомобиля 16800 км сработал датчик чистоты масла, после чего была произведена его замена.

На фиг. 1. показана структурная схема щупа для контроля качества смазочного масла.

На фиг. 2. представлена конструкция части устройства (щупа) для реализации способа, погружаемой в масло.

На фиг. 3. представлена конструкция наружной части устройства (щупа) для реализации заявленного способа.

Используемая литература

1. Патент РФ №2319946. Способ оценки технического состояния и интенсивности изнашивания узлов трения, работающих в присутствии смазочного материала / Степанов В.А., Антонов А.Н., Денисов Е.А., Жулин В.Г. Опубл. 20.03.2008. Бюл. №8.

2. Патент РФ №2473884. Способ диагностики агрегатов машин по параметрам работающего масла / Власов Ю.А., Тищенко Н.Т., Будько Ю.А., Ляпина О.В., Гильц В.О., Ляпин А.Н., Исмаилов Г.М. Опубл. 27.01.2013. Бюл. №3.

3. Логвинов Л.М. Техническая диагностика жидкостных систем технологического оборудования по параметрам рабочей жидкости: Учеб. пособие. - М.: ЦНТИ «Поиск», 1992. - 90 с.