Способ определения составляющих суммарного момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению. 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 кривошипно-шатунного механизма, момент сопротивления пар трения холодных вспомогательных механизмов и момент сопротивления от деформации двигателя. Способ позволяет улучшить пусковые качества двигателей путем разработки рекомендаций по оптимальным режимам их тепловой подготовки при эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды . 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 М 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4806932/06 (22) 19.01.90 (46) 07.04.92. Бюл. М 13 (71) Восток о С б рск и ф а Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта (72) Б,А.Григорьев (53) 621.43 — 001,5(088,8) (56) Предварительные испытания автомобильных тягачей КАМаз — 23541121 и КАМаз

3532121 северной модификации

ОТ37104.05.2024 — 82. Отчет по НИР. Набережные Челны, 1982, с.44 — 45. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СУММАРНОГО МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОРАЧИВАНИЮ

КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателестроению. Цель изобретения — повышение точности измерений составляющих суммарИзобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при разработке устройство по тепловой подготовке двигателей внутаеннего 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 (M ), момент необходимого для сжатия (расширения рабочей смеси М0-р) и момента, необходимого для преодоления сопротивления впуска (Men)

„„5U ÄÄ 1725082 А1 ного момента сопротивления при пуске двигателя, Способ включает проворачивание коленчатого вала двигателя и замер получаемого при этом момента сопротивления.

Суммарный момент сопротивления провер. тыванию 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 кривошипно-шатунного механизма, момент сопротивления пар трения холодных вспомогательных механизмов и момент сопротивления от деформации двигателя.

Способ позволяет улучшить пусковые качества двигателей путем разработки рекомендаций по оптимальным режимам их тепловой подготовки при эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, Мс = Мт+ Ми+ Мс-р+ Мвп.(1)

Недостатком этого способа является низкая информативность о степени влияния различных конструктивных групп двигателя (цилиндро-поршневой группы, кривошипно-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 мо1725082 мент сопротивления провертыванию коленчатого вала и сопротивления перемещению поршня.

Недостатком указанного способа является низкая точность измерения иэ-эа нару- 5 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 10 друг друга, а следовательно, и на величины искомых моментов.

Известен способ, в котором составляющие суммарного момента сопротивления находят в следующей последовательности, 15 сначала определяют момент сопротивления холодного двигателя (Мс), т.е. суммарный момент сопротивления, затем момент сопротивления горячего двигателя (Mr) и далее момент- сопротивления двигателя с 20 прогретой цилиндро-поршневой группой (Mc ). Затем с помощью математических за1 висимостей находят момент сопротивления пар трения холодного кривошипно-шатунного механизма Мхк, 25

Мкх = Mc Мг

1 (2) и пар трения холодной цилиндра-поршневой группы Мхц, Мхц = Mc - Mr - Мхк.

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

Mc = Mr+ Мхц+ Мхк . (3)

При этом не учитывается влияние на его величину момента сопротивления пар трения вспомогательных механизмов (BM)Мхв и момента сопротивления от деформации 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 целым двигателем, оказывают влияние на величину момента сил трения. Следовательно, по аналогии с другими составляющими величину момента сопротивления от вспомогательных механизмов В Мв в общем виде можно представить как сумму двух составляющих:

Мв = Мгв + Мхв, где Мгв, Mxe — 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

55 сопротивления горячего двигателя Mr, спедовательно, 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 КамАэ — 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

1 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 цилиндропоршневой группы вспомогательные механизмы не прогреваются. Следовательно, при прогреве только цилиндро-поршневой группы получаемый момент сопротивления должен включать в себя следующие составляющие:

Mc = Mr 1 Мхк+ Мхв+ Мд

Преобразуя его получим:

Мхк = Mc - Mr - Мхв - Мд .

1 (4)

Сравнивая полученное уравнение (4) с уравнением (2) видно, что в известном техническом решении момент сопротивления от пар трения холодного кривошипно-шатунного 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.

1725082

Поставленная цель достигается тем, что момент сопротивления при пуске двига- . и деформации с — в функпредложенный способ определения остав-. теля в состоянии дефо м M ляющих суммарного момента сопротивле- ции от перепада е тур д еля паде темпе атуры двигателя ния двигателя путем проворачивания его ЛТ и частоты вращения коленчатого вала. ри этом величину перепада находят по коленчатого вала при отключенной подаче 5 При этом топлива и замера получаемого момента осу- следующей мате щей математич к зависимости: ществляется в следующей последователь- ЛТ=(Л Т ) +(ЛТг);. ности. Сначала находят суммарный момент г е ЛТ Л Т вЂ”, р ос ь сопротивления проворачиванию коленчато- темпе а где, г — соответственно, разность а а М я с, затем момент сопро- 10 ризонтальной плоскостях; тивления горячего двигателя Мг, далее— момент сопротивления при пуске двигателя момент сопротивления от дефо ма ии. д ф р ации. в состоянии деформации Mñe, например, пу- пе а ы вигателя и двигателя М вЂ” в ф нк ии от пе репада температуры двигателя часто ы вращения ко вн мерного нагрева. о его s6- ленчатого вала; личине находят момент сопротивления от 15 момент сопротивления проворачивадеформации двигателя Мд по следующей нию коленчатого вала и и т математической зависимости: нию коленчатого вала при отключенных вспомогательных механизмах M ã — в функд= с; - г (5) ции от температуры двигателя и частоты

Затем определяют момент сопротивле- вращения коленчатого вала; ния проворачиванию коленчатого вала дви- 20 гателя при отключенных вспомогательных моментсопротивления партрения го яр р орячих вспомогательных механизмов М н — в механизмах Mcz, по величине которого на- функции от частоты вращения коленчатого ходят момент сопротивления пар трения горячих Mre, а затем холо ных одных Мхв момент сопротивления па т ения ховспомогательных механизмов по сле ю- 25 р трения хощим математическим зависимостям; и ледую- 25 лодных вспомогательных механизмов M в хв в функции от их температуры Те и частоты вращения коленчатого вала; (7) момент сопротивления проворачивадалее определяют момент сопротивле- нию коленчатого ния проворачиванию коленчатого вала дви- 30 коленчатого вала двигателя и и и or eр р регателя при прогретой цилиндро-поршневой той цилиндро-поршневой г ппе Mc — в ру c3 — s группе и холодном кривошипно-шатунном функцииоттемпе а ык ив ши р тур р о пно-шатунмеханизме М з по его величине, использ я ного механизма Т пе и ре ада температуры следующие математические зависимости, используя двигателя, темпе а ы вспом г

Р тур помогательных менаходЯт сначала момент сопРотивлениЯ паР 35 вала ханизмов и частоты в а ения кол н р щ коленчатого трения холодного кривошипно-шатунного механизма М момент сопротивления пар трения хохк: лодного кривошипно-шатунного механизма а затем момент сопротивле хк = сз г - д хв (8) Мхк — в ф нк ии от г к фу ц е о температуры (или ивлениЯ пар тРениЯ вязкости масла в злах узлах трения) и частоты

Таким образом, определены все состав- лодной цилин момент сопротивления па т ения х— ляющие суммарного момента соп отивле- ы или в величину МохНо представить масла в злах еле ю им у as e eM: 45 Это позволяет производить математические расчеты искомых моментов при сос = г xq) хк+ xe+ Мд, 10)

В предложенномтехническом решении поставимых условиях пуск в название мо мента необходимо определять При определении момента М дефока двигателя, в зависимости от изменения сле ю их паи м мента дефорра метров: дующих па- мация двигателя может быть создана на50

1 пример, путем его неравномерного нагрева. ч м характер задаваемого температурсуммарный момент сопротивления про- Причем характер з вертыванию коленчатого вала двигателя Мс ного поля должен соответствовать еально— в функции от темпе а ы в . ( р туры двигателя(или му и определяться исходя из решения вязкости масла) и частоты вращения колен- конкретных за ач, П и различных частей двигателя должна лежать момент сопротивления горячего двига- в пределах так наз т к называемой температуры теля г — .в функции от частоты вращения "горячего двигателя" Т -Т г Т Т коленчатого вала;

1- 2 где 1 и 2— соответственно нижняя и верхняя границы указанного диапазона. Ему соответствует

1725082 определенная вязкость моторного масла. этом решаемая задача сводилась к опредеЭтот диапазон находится в интервале раба- лению оптимальной температуры нагрева чих температур двигателя и характеризует- различных конструктивных групп двигателя ся тем, что в его пределах суммарный с помощью минимизации его суммарного момент сопротивления провертыванию ко- 5 момента сопротивления. ленчатого вала двигателя при его равномер- Пуск двигателя производили с отключенном тепловом состоянии минимален по ной подачей топлива с помощьютарированабсолютной величине и не зависит от изме- ного стартера, при этом замеряли величины нения температуры в этих пределах, а толь- потребляемого им тока, напряжения и частоко от частоты вращения коленчатого вала. 10 ты вращения коленчатого вала. Требуемое

Иными словами изменение температуры топливо тепловое состояние двигателя зададвигателя от Т до Tz не влияет на величину вали путем его охлаждения или нагрева. Демомента сопротивления, который называет- формированное состояние двигателя ся моментом сопротивления горячего двига- задавали путем его нагрева с помощью подотеля Мг. Это позволяет, деформируя 15 гревателя ПЖД вЂ” 30 и других источников тепдвигатель в указанном диапазоне, опреде- ла. Изменение частоты вращения лять прирост момента сопротивления за коленчатого вала достигали изменением насчет появления дополнительного сопротив- пряжения на клеммах стартера при пуске. ления провертыванию коленчатого вала, Суммарный момент сопротивления и его соПолученный при этом момент — есть момент 20 ставляющие были определены при изменесопротивления от деформации двигателя нии параметров пуска в следующих пределах: м. температура от-40 до+100 С, перепад темпеПри определении момента М зтемпера- ратуры от 0 до 100 С, частота вращения котура цилиндро-поршневой группы должна ленчатого вала двигателя от 50 до 250 мин . лежать в интервале температур "горячего 25 Использование способа позволяет раздвигателя" Т + Tz. Это позволяет исключить рабатывать обоснованные рекомендации по из уравнения (8) составляющую момента тепловой подготовке двигателей перед пусМхц. ком при их эксплуатации в условиях низких

Анализируя полученное уравнение (10) температур окружающей среды. видно, что момент Mr включает в себя все 30 Формула изобретения составляющие правой части уравнения (1) 1, Способ определения составляющих при пуске горячего двигателя, т.е. суммарного момента сопротивления провоМг = Мгт+ Ми+ Mc-p+ Man (11) рачиванию коленчатого вала двигателя внутгде Мгт — момент сопротивления от сил тре- реннего сгорания при пуске, заключающийся ния двигателя и вспомогательных механиз- 35 втом,что проворачиваютколенчатый валдвимов "горячего двигателя", гателя, измеряют момент Мс сопротивления, Согласно изобретению суммарный мо- холодного двигателя, прогревают двигатель, мент и его составляющие определяют при проворачивают коленчатый вал и измеряют изменении факторов (температура, частота момент Мс сопротивления горячего двигатевращения коленчатого вала, перепад темпе- 40 ля, прогревают цилиндро-поршневую группу, ратуры и т.д.) в диапазонах, охватывающих проворачивают коленчатый вал и измеряют реальные условия работы двигателя. момент сопротивления двигателя с прогретой

Измерение моментов сопротивления цилиндра-поршневой группой, о т л и ч а юпроизводят известным способом, напри- шийся тем, что, с целью повышения мер, методом тарированного стартера (4), 45 точности, дополнительно производят неравОпределение параметров пуска двигателя номерный прогрев двигателя и приводят его осуществляется также общеизвестными спо- в деформированное состояние, проворачивасобами. Например, частота вращения колен- ют коленчатый вал и измеряют момент Мс чатого вала — с помощью индуктивного сопротивления двигателя, рассчитывают содатчика, входящего в комплектцифровогота- 50 ставляющую Мд момента сопротивления от хометра Тц — 5, температура.— с помощью деформации как Мд = Mc1 — Mr, отключают хромель-копелевых термопар с регистрацией вспомогательные механизмы, проворачивапоказаний на потенциометре КСП-4или циф- ют коленчатый вал и измеряют момент М, ровом измерителе температуры А56А, вязко- по величине которого находят составляющие сти масла — с помощью вязкостиметров. 55 М и Мх момента сопротивления соответстРеализация предложенного способа осу- венно горячих и холодных вспомогательных ществленаприразработкерекомендациейпо механизмов, как Mrs = Mr — Mc2, Mxe = Mc— тепловой подготовке двигателей КамАз — 740 Mt:2 — M fg прогревают цилиндро-поршневую при эксплуатации автомобилей в условиях группудотемператур"горячегодвигателя" ипри низких температур окружающей среды. При

1725082

10

20

30

40

50

Составитель В.Золотов

Редактор В.Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Заказ 1170 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 холодном кривошипно-шатунном механизме проворачивают коленчатый вал, измеряют момент Мсз, по величине которого определяют составляющие Мхх и М ц момента сопротивления соответственно пар трения холодного кривошипно-шатунного механизма и пар трения цилиндро-поршневой группы по следующим уравнениям:

MxK = Mc3 Mr Мл Ы а, Мхц = Mc — Mr—

Мхк Мхе

2. Способ по п.1, отличающийся

5 тем, что момент сопротивления от деформации двигателя определяют в интервале температур "горячего двигателя".