Способ определения составляющих суммарного момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области дви- гателестроения и может быть использовано при разработке устройство по тепловой подготовке двигателей внутреннего сгорания перед пуском при их эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды.

Известен способ представления суммарного момента сопротивления (Мс) в виде суммы составляющих моментов от сил трения двигателя и вспомогательных механизмов (Мт) сил инерции от движущихся на масс двигателя (Ми), момент необходимого для сжатия (расширения рабочей смеси М0-р) и момента, необходимого для преодоления сопротивления впуска (МВп):

Мс Мт+Ми+Мс-р+ Мвп.(1)

Недостатком этого способа является низкая информативность о степени влияния различных конструктивных групп двигателя (цилиндро-поршневой группы, кривошип- но-шатунного и вспомогательных механизмов и др.) на величину суммарного момента сопротивления.

Известен способ определения составляющих момента от сил трения, при котором составляющие трения определяют поочередно от различных конструктивных групп двигателя при их раздельной работе. При этом отсоединяют цилиндро -поршневую группу (ЦПГ) от кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и определяют отдельно момент сопротивления провертыванию коленчатого вала и сопротивления перемещению поршня.

Недостатком указанного способа является низкая точность измерения из-за нару- шения целостности кинематической связи механизма, что ведет к устранению физического влияния каждой из этих групп (сил давления газов в камере сгорания, сил инерции движущихся масс и т.д.) на работу друг друга, а следовательно, и на величины искомых моментов.

Известен способ, в котором составляющие суммарного момента сопротивления находят в следующей последовательности, сначала определяют момент сопротивления холодного двигателя (Мс), т.е. суммарный момент сопротивления, затем момент сопротивления горячего двигателя (Мг) и далее момент сопротивления двигателя с прогретой цилиндро-поршневой группой (Мс1). Затем с помощью математических зависимостей находят момент сопротивления пар трения холодного кривошипно-шатун- ного механизма МХк:

Мкх Мс1 - Мг(2)

и пар трения холодной цилиндро-поршневой группы Мхц,

Мхц Мс - Мг - Мхк.

Недостатком указанного технического решения является низкая точность измерений по двум причинам. Во-первых, в известном способе суммарный момент сопротивления холодного двигателя представляется как сумма трех составляющих:

Мс Мг + МХц + МХк .(3)

При этом не учитывается влияние на его величину момента сопротивления пар трения вспомогательных механизмов (ВМ) - Мхв и момента сопротивления от деформа- ции двигателя Мд. Необходимость учета влияния Мхв вызвана тем, что вспомогательные механизмы (генератор, компрессор, топливный и масляный насосы, насос гидроусилителя руля и т.д.), являясь единым це- лым двигателем, оказывают влияние на величину момента сил трения. Следовательно, по аналогии с другими составляющими величину момента сопротивления от вспомогательных механизмов В Мв в общем ви- де можно представить как сумму двух составляющих:

Мв Мгв + Мхв,

где Мгв, Мхв - момент сопротивления пар трения соответственно горячих и холодных вспомогательных механизмов двигателя.

Составляющая Мхв численно равна приросту их момента, вызванного понижением температуры вспомогательных механизмов. Составляющая Мгв входит в момент

сопротивления горячего двигателя Мг, следовательно, оставшийся момент Мхв должен войти в правую часть управления (3), что не учитывается в известном техническом решении.

Наличие момента Мд в правой части уравнения (3) вызвано необходимостью учета влияния напряженно-деформированного состояния двигателя на величину его момента сопротивления, так как деформация ведет к нарушению сопряжений трущихся пар (3), способствуя тем самым увеличению момента сопротивления провертыванию коленчатого вала при пуске, что подтверждается экспериментальными исследованиями на двигателе КамАз - 740. В рассматриваемом техническом решении момент Мс представлен как сумма двух моментов МГд и Мхк. Вместе с тем нагрев только цилиндро-поршневой группы (что учитывалось в рассматриваемом техническом решении при определении Мс ) ведет к неравномерному прогреву блока, а следовательно, к возникновению тепловой деформации, которая обуславливает увеличение общего момента сопротивления на величину Мд. Кроме того, в уравнении (2) необходимо учесть составляющую Мхв, так как при прогреве цилиндро- поршневой группы вспомогательные механизмы не прогреваются. Следовательно, при прогреве только цилиндро-поршневой группы получаемый момент сопротивления должен включать в себя следующие составляющие:

Мс1 Мг 1 Мхк + Мхв + Мд

Преобразуя его получим:

Мхк Мс1 - Мг - Мхв - Мд .(4)

Сравнивая полученное уравнение (4) с уравнением (2) видно, что в известном техническом решении момент сопротивления от пар трения холодного кривошипно-ша- тунного механизма МХк найден неточно, что в целом привело к ошибке при определении величины последующих составляющих суммарного момента сопротивления.

Во-вторых, низкая точность определения составляющих суммарного момента сопротивления в известном техническом решении обусловлена тем, что величина момента определена на различных частотах вращения коленчатого вала двигателя при пуске. Следовательно, сравнивать их, а тем более делать вычисления методически неверно, так как частота вращения оказывает значительно влияние на величину получаемых моментов.

Целью изобретения является повышение точности измерений составляющих суммарного момента сопротивления при пуске двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный способ определения остав ляющих суммарного момента сопротивления двигателя путем проворачивания его коленчатого вала при отключенной подаче топлива и замера получаемого момента осуществляется в следующей последовательности. Сначала находят суммарный момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя Мс, затем момент сопротивления горячего двигателя Mr, далее - момент сопротивления при пуске двигателя в состоянии деформации Мс, например, путем его неравномерного нагрева. По его величине находят момент сопротивления от деформации двигателя Мд по следующей математической зависимости:

Мд Мс. - Мг(5)

Затем определяют момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя при отключенных вспомогательных механизмах МС2, по величине которого находят момент сопротивления пар трения горячих Мгв. а затем холодных Мхв вспомогательных механизмов по следующим математическим зависимостям:

Мгв Мг - Мс2(6)

МХВ Мс-Мс2-Мгв.(7)

Далее определяют момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя при прогретой цилиндро-поршневой группе и холодном кривошипно-шатунном механизме Мсз по его величине, используя следующие математические зависимости, находят сначала момент сопротивления пар трения холодного кривошипно-шатунного механизма МХк:

Мхк Мсз - Мг - Мд - Мхв ,(8)

а затем момент сопротивления пар трения холодной цилиндро-поршневой группы МХц: МХц Мс - Мг - МХк - Мхв,(9)

Таким образом, определены все составляющие суммарного момента сопротивления. Его величину можно представить следующим уравнением:

Мс Мг + М ХЦ1 Мхк + Мхв + Мд. (10) В предложенном техническом решении название момента необходимо определять в зависимости от изменения следующих параметров:

суммарный момент сопротивления провертыванию коленчатого вала двигателя Мс - в функции от температуры двигателя (или вязкости масла) и частоты вращения коленчатого вала;

момент сопротивления горячего двигателя Mr - в функции от частоты вращения коленчатого вала;

момент сопротивления при пуске двигателя в состоянии деформации Мс 1 - в функции от перепада температуры двигателя А Т и частоты вращения коленчатого вала.

При этом величину перепада находят по следующей математической зависимости:

АТ 1 Гдтв + (ДТгГ- где АТВ, А Тг - соответственно, разность температур двигателя в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

момент сопротивления от деформации двигателя Мд - в функции от перепада температуры двигателя и частоты вращения коленчатого вала;

момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала при отключенных вспомогательных механизмах МС2 - в функции от температуры двигателя и частоты вращения коленчатого вала;

момент сопротивления пар трения горячих вспомогательных механизмов Мгв - в функции от частоты вращения коленчатого вала;

момент сопротивления пар трения холодных вспомогательных механизмов Мхв в функции от их температуры Тв и частоты вращения коленчатого вала;

момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя при прогретой цилиндро-поршневой группе Мсз - в функции от температуры кривошипно-шатунного механизма Тк, перепада температуры двигателя, температуры вспомогательных механизмов и частоты вращения коленчатого

вала;

момент сопротивления пар трения холодного кривошипно-шатунного механизма Мхк - в функции от его температуры (или вязкости масла в узлах трения) и частоты

вращения коленчатого вала;

момент сопротивления пар трения холодной цилиндро-поршневой группы МХц - функции от ее температуры Тц (или вязкости масла в узлах трения) и частоты вращения.

Это позволяет производить математические расчеты искомых моментов при сопоставимых условиях пуска двигателя.

При определении момента Мс i деформация двигателя может быть создана, например, путем его неравномерного нагрева. Причем характер задаваемого температурного поля должен соответствовать реальному и определяться исходя из решения конкретных задач. При этом температура

различных частей двигателя должна лежать в пределах так называемой температуры горячего двигателя Ti-T2. где Ti и Та - соответственно нижняя и верхняя границы указанного диапазона. Ему соответствует

определенная вязкость моторного масла. Этот диапазон находится в интервале рабочих температур двигателя и характеризуется тем, что в его пределах суммарный момент сопротивления провертыванию коленчатого вала двигателя при его равномерном тепловом состоянии минимален по абсолютной величине и не зависит от изменения температуры в этих пределах, а только от частоты вращения коленчатого вала. Иными словами изменение температуры двигателя от Ti до Т2 не влияет на величину момента сопротивления, который называется моментом сопротивления горячего двигателя Mr. Это позволяет, деформируя двигатель в указанном диапазоне, определять прирост момента сопротивления за счет появления дополнительного сопротивления провертыванию коленчатого вала. Полученный при этом момент- есть момент сопротивления от деформации двигателя

Мд.

При определении момента Мез температура цилиндро-поршневой группы должна лежать в интервале температур горячего двигателя Тч + Та. Это позволяет исключить из уравнения (8) составляющую момента МХц.

Анализируя полученное уравнение (10) видно, что момент Мг включает в себя все составляющие правой части уравнения (1) при пуске горячего двигателя, т.е.

Мг Мгт + Ми + Мс-р + МВп(11)

где Мгт - момент сопротивления от сил трения двигателя и вспомогательных механизмов горячего двигателя.

Согласно изобретению суммарный момент и его составляющие определяют при изменении факторов (температура, частота вращения коленчатого вала, перепад температуры и т.д.) в диапазонах, охватывающих реальные условия работы двигателя.

Измерение моментов сопротивления производят известным способом, например, методом тарированного стартера (4). Определение параметров пуска двигателя осуществляется также общеизвестными способами. Например, частота вращения коленчатого вала - с помощью индуктивного датчика, входящего в комплект цифрового тахометра Тц - 5, температура - с помощью хромель-копелевых термопар с регистрацией показаний на потенциометре КСП-4 или цифровом измерителе температуры А56А, вязкости масла - с помощью вязкостиметров.

Реализация предложенного способа осуществлена при разработке рекомендацией по тепловой подготовке двигателей КамАз-740 при эксплуатации автомобилей в условиях низких температур окружающей среды. При

этом решаемая задача сводилась к определению оптимальной температуры нагрева различных конструктивных групп двигателя с помощью минимизации его суммарного

момента сопротивления.

Пуск двигателя производили с отключенной подачей топлива с помощью тарированного стартера, при этом замеряли величины потребляемого им тока, напряжения и частоты вращения коленчатого вала. Требуемое топливо тепловое состояние двигателя задавали путем его охлаждения или нагрева. Де- формированное состояние двигателя задавали путем его нагрева с помощью подогревателя ПЖД-30 и других источников тепла. Изменение частоты вращения коленчатого вала достигали изменением напряжения на клеммах стартера при пуске. Суммарный момент сопротивления и его составляющие были определены при изменении параметров пуска в следующих пределах: температура от-40 до+100°С, перепад температуры от 0 до 100°С, частота вращения коленчатого вала двигателя от 50 до 250 .

Использование способа позволяет разрабатывать обоснованные рекомендации по тепловой подготовке двигателей перед пуском при их эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды.

Формула изобретения

1, Способ определения составляющих суммарного момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания при пуске, заключающийся

в том, что проворачивают коленчатый вал двигателя, измеряют момент Мс сопротивления холодного двигателя, прогревают двигатель, проворачивают коленчатый вал и измеряют момент Мс сопротивления горячего двигателя, прогревают цилиндро-поршневую группу, проворачивают коленчатый вал и измеряют момент сопротивления двигателя с прогретой цилиндро-поршневой группой, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности, дополнительно производят неравномерный прогрев двигателя и приводят его в деформированное состояние, проворачивают коленчатый вал и измеряют момент Мс 1 сопротивления двигателя, рассчитывают составляющую Мд момента сопротивления от деформации как Мд МС1 - Мг, отключают вспомогательные механизмы, проворачивают коленчатый вал и измеряют момент МС2, по величине которого находят составляющие

Мгв и Мхв момента сопротивления соответственно горячих и холодных вспомогательных механизмов, как Мгв Мг - МС2, Мхв Мс - МС2 - Мгв, прогревают цилиндро-поршневую группу до температур горячего двигателя и при

холодном кривошипно-шатунном механизме проворачивают коленчатый вал, измеряют момент Мез, по величине которого определяют составляющие МХк и МХц момента сопротивления соответственно пар трения холодного кривошипно-шатунного механизма и пар трения цилиндро-поршневой группы по следующим уравнениям: Мхк МсЗ Мг Мд - Мхе, Мхц Me - Mr -Мхк Мхв.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что момент сопротивления от деформации двигателя определяют в интервале температур горячего двигателя.

Изобретение относится к двигателест- роению. Цель изобретения - повышение точности измерений составляющих суммарного момента сопротивления при пуске двигателя. Способ включает проворачивание коленчатого вала двигателя и замер получаемого при этом момента сопротивления. Суммарный момент сопротивления провертыванию коленчатого вала двигателя определяют как сумму пяти составляющих: момент сопротивления горячего двигателя, момент сопротивления пар трения холодной цилиндро-поршневой группы, момент сопротивления пар трения холодного кри- вошипно-шатунного механизма, момент со- противления пар трения холодных вспомогательных механизмов и момент сопротивления от деформации двигателя. Способ позволяет улучшить пусковые качества двигателей путем разработки рекомен- даций по оптимальным режимам их тепловой подготовки при эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды. 1 з.п. ф-лы.