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

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 172508 5 601 М 15/ ПИСА Е ИЗОБРЕ ЕНИ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Восточно-Сибирский филиал Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта(56) Предварительные испытания автомобильных тягачей КАМаз - 23541121 и КАМаз3532121 северной модификацииОТ 37104.05.2024 - 82, Отчет по НИР. Набережные Челны, 1982, с.44 - 45.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СУММАРНОГО МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОРАЧИВАНИЮКОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к двигателестроению. Цель изобретения - повышениеточности измерений составляющих суммарИзобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при разработке устройство по тепловой подготовке двигателей внутоеннего 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 М 0-р) и момента, необходимого для преодоления сопротивления впуска (Мп): ного 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 каче ства 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 момент сопротивления провертыванию коленчатого вала и сопротивления перемещению поршня.Недостатком указанного способа является низкая точность измерения иэ-эа 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 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 (Мг) и далее момент сопротивления двигателя с 20 прогретой цилиндро-поршневой группой (Мс ). Затем с помощью математических зависимостей находят момент сопротивления пар трения холодного кривошипно-шатунного механизма Мхк, 25Мкх= Мс - Мг (2) и пар трения холодной цилиндра-поршневой группы Мхц,Мхц = Мс - Мг - 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;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 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, Мхв - момент сопротивления партрения соответственно горячих и холодных вспомогательных механизмов двигателя.Составляющая Мхв численно равна приросту их момента, вызванного понижением температуры вспомогательных механизмов. Составляющая Мгв входит в момент 30 354045 5055 сопротивления горячего двигателя М, следовательно, оставшийся момент Мхв должен войти в правую часть управления (3), что не учитывается в известном техническом решении.Наличие момента Мд в правой частиуравнения (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 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;Мс = Мг 1 Мхк+ Мхв+ МдПреобразуя его получим:Мхк = Мс - Мг - Мхв - Мд, (4) Сравнивая полученное уравнение (4) суравнением (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.1725082Поставленная цель достигается тем, что момент сопротивления при пуске двига-.и деформации с 1 - в функпредложенный способ определения остав-. теля в состоянии дефо м Мляющих суммарного момента сопротивле- ции от перепада е тур д еляпаде темпе атуры двигателяния двигателя путем проворачивания его ЬТ и частоты вращения коленчатого вала,ри этом величину перепада находят поколенчатого вала при отключенной подаче 5 При этомтоплива и замера получаемого момента осу- следующей матещей математич к зависимости:ществляется в следующей последователь- ЬТ=ЯЛ Тв) +(ЬТг);.ности. Сначала находят суммарный момент г е ЬТ Ь Т - , р ос ьсопротивления проворачиванию коленчато- темпе агде в, г - соответственно, разностьтемператур двигателя вертикальнои гоя с, затем момент сопро ризонтальной плоскостях;тивления горячего двигателя Ми далее -момент сопротивления при пуске двигателямомент сопротивления от дефо ма ии.д ф р ации.в состоянии деформации Мс, например, пу- пе а ы вигателя идвигателя М - в ф нк ииот пе репада температур двн мерного нагрева. о его ве- ленчатого вала;личине находят момент сопротивления от 15 момент сопротивления проворачивадеформации двигателя Мд по следующей нию коленчатого вала и и тматематической зависимости:нию коленчатого вала при отключенныхвспомогательных механизмах Мс 2 - в функд= с; - г (5) цИИ От тЕМПЕратуОЫ дВИГатЕЛя И ЧаСтатЫЗатем определяют момент сопротивле- вращения коленчатого вала;ния проворачиванию коленчатого вала двигателя при отключенных вспомогательныхмоментсопротивления партрения го яр р орячих вспомогательных механизмов Мгв - вмеханизмах Мс 2, по величине которого на- функции от частоты вращения коленчатогоходят момент сопротивления пар трения горячих Мгв, а затем холо ныходных Мхв момент сопротивления па т ения ховспомогательных механизмов по сле юр трения хощим математическим зависимостям;и ледую лодныхвспомогательныхмеханизмовМв хвЯ: в функции от их температуры Тв и частотывращения коленчатого вала;(7)момент сопротивления проворачивадалееопределяют момент сопротивле- нию коленчатогония проворачиванию коленчатого вала двиколенчатого вала двигателя п и и ог ер р регателя при прогретой цилиндро-поршневойтой цилиндро-поршневой г ппе Мс - вРУ сз - вгруппе и холодном кривошипно-шатунномфункцииоттемпе а ык ив шиР тур Р о пно-шатунмеханизме Мсз по его величине, использ яного механизма Т пе пк, ре ада температурыследующие математические зависимости,исползу двигателя, темпе а ы вспом гР тур помогательных менаходятсначала момент сопротивления пар 35 вала;ханизмов и частоты в а ения кол нР, щ коленчатоготрения холодного кривошипно-шатунногомеханизма Ммомент сопротивления пар трения хохк лодного кривошипно-шатунного механизмаа затем момент сопротивлеХК СЗ Г Д ХВ (8) Мхк вф нк ииот гк фу ц е о температуры (илиивления пар трения вязкости масла в злахузлах трения) и частотыТаким образом, определены все состав- лодной цилин о-по шнмомент сопротивления па т ения х -ляющие суммарного момента соп отивле- д 4 др Р евои гРУппы Мхцния. Его величину можно представить л Я туры ц(или вязкостиследующим уравнением: 45 асла Уз Рения) и частоты вращения.М М + М М М , Это позволяет производить математические расчеты искомых моментов при сос= г хц 1 хк+ хв+ Мд, 10)В предложенномтехническом решении поставимых условиях пуск вназвание мо мента необходимо определять При определении момента Мс 1 дефока двигателя,в зависимости от изменения сле ю их паи м мента с 1 дефорра метров:дующих па- мация двигателя может быть создана на 501пример, путем его неравномерного нагрева.ч м характер задаваемого температурсуммарный момент сопротивления про- Причем характер звертыванию 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 решениявязкости масла) и частоты вращения колен- конкретных за ач, П иразличных частей двигателя должна лежатьмомент сопротивления горячего двига- в пределах так назт к называемой температурытеля г - .в функции от частоты вращения "горячего двигателя" Т -Т г Т Тколенчатого вала;1 2,ГДЕ 1 И 2соответственно нижняя и верхняя границыуказанного диапазона. Ему соответствуетопределенная 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 Т 1 до Т 2 не влияет на величину момента сопротивления, который называется моментом сопротивления горячегодвигателя Мг. 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 двигателяПри определении момента Мсз температура цилиндро-поршневой группы должна лежать в интервале температур "горячего двигателя" Т 1 + Т 2, Это позволяет исключить из уравнения (8) составляющую момента МхцАнализируя 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, перепадтемпературы 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 КСПили цифровом измерителе температуры А 56 А, 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 нагреваразличных конструктивных групп двигателяс помощью минимизации его суммарного5 момента сопротивления.Пуск двигателя производили с отключенной подачей топлива с помощью тарированного стартера, при этом замеряли величиныпотребляемого им тока, напряжения и часто 10 ты вращения коленчатого вала. Требуемоетопливо тепловое состояние двигателя задавали путем его охлаждения или нагрева. Деформированное состояние двигателязадавали путем его нагрева с помощью подо 15 гревателя ПЖД - 30 и других источников тепла. Изменение частоты вращенияколенчатого вала достигали изменением напряжения на клеммах стартера при пуске.Суммарный момент сопротивления и его со 20 ставляющие были определены при изменении параметров пуска в следующих пределах:температура отдо+100 С, перепадтемпературы от 0 до 100 С, частота вращения коленчатого вала двигателя от 50 до 250 мин 1.25 Использование способа позволяет разрабатывать обоснованные рекомендации потепловой подготовке двигателей перед пуском при их эксплуатации в условиях низкихтемператур окружающей среды,30 Формула изобретения1, Способ определения составляющихсуммарного момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания при пуске, заключающийся35 в том, что проворачивают коленчатый вал двигателя, измеряют момент Мс сопротивления,холодного двигателя, прогревают двигатель,проворачивают коленчатый вал и измеряютмомент Мс сопротивления горячего двигате 40 ля, прогревают цилиндро-поршневую группу,проворачивают коленчатый вал и измеряютмомент сопротивления двигателя с прогретойцилиндра-поршневой группой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения45 точности, дополнительно производят неравномерный прогрев двигателя и приводят егов деформированное состояние, проворачивают коленчатый вал и измеряют момент Мс 1сопротивления двигателя, рассчитывают со 50 ставляющую Мд момента сопротивления отдеформации как Мд = Мс 1 - Мг, отключаютвспомогательные механизмы, проворачиваЮт КОЛЕНЧатЫй ВаЛ И ИЗМЕРЯЮТ МОМЕНТ Мс 2,по величине которого находят составляющие55 Мгв и Мхв момента сопротивления соответственно горячих и холодных вспомогательныхмеханизмов, как Мгв = Мг - Мс 2, Мхв = Мс -Мс 2 - Мгв, прогревают цилиндро-поршневуюгруппудотемператур "горячегодвигателя" и и риЗаказ 1170 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, 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 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 - Мха Мкц = Мс - Мг - -Мхк Мхе2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я 5 тем, что момент сопротивления от деформации двигателя определяют в интервале температур "горячего двигателя".