CZ306886B6 - Způsob stanovení momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru vozidla - Google Patents

Abstract

Podstata vynálezu spočívá ve využití válcové zkušebny, vhodného postupu měření a vhodného postupu zpracování naměřených hodnot ke stanovení momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru vozidla. Podkladem pro toto stanovení jsou hodnoty otáček, úhlové rychlosti a úhlového zrychlení válců válcové zkušebny a klikového hřídele spalovacího motoru, dosazené do známých vztahů technické mechaniky. V prvním kroku se stanoví převodový poměr mezi spalovacím motorem vozidla a válci válcové zkušebny. Ve druhém kroku se stanoví velikost setrvačné hmoty všech rotujících částí, včetně spalovacího motoru vozidla, vztažené na obvod válců válcové zkušebny. Ve třetím kroku se stanoví velikost setrvačné hmoty všech rotujících částí, bez spalovacího motoru vozidla, vztažené na obvod válců válcové zkušebny. Ve čtvrtém kroku se z hodnot stanovených v prvním až třetím kroku postupu a z konstrukčních hodnot válcové zkušebny stanoví hmotový moment setrvačnosti rotujících částí spalovacího motoru vozidla.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu stanovení momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru vozidla, jehož znalost umožní přesné a zcela bezdemontážní zjišťování výkonových charakteristik spalovacího motoru vozidla. Výkonové charakteristiky spalovacího motoru dávají objektivní obraz o jeho technickém stavu, který má přímý vliv na ekonomiku a ekologii jeho provozu. Jsou také důležitým objektivním podkladem pro plánování a přípravu údržby motorů.

Dosavadní stav techniky

Dynamické zjišťování výkonových charakteristik spalovacích motorů je založeno na aplikaci známých vztahů mechaniky

Μ = I ε

P = Μ ω, kde M je točivý moment, I je hmotový moment setrvačnosti rotujících hmot, ε je úhlové zrychlení rotujících hmot, Τ’je výkon, ®je úhlová rychlost rotujících hmot.

Stanovit úhlové zrychlení jako funkci otáček je s pomocí stávajících přístrojů možno snadno, přesně a zcela bezdemontážně. Pokud bude známa také hodnota hmotového momentu setrvačnosti, která je pro konkrétní stroj konstantou, lze potom snadno, přesně a zcela bezdemontážně stanovit točivý moment a výkon jako funkci otáček.

Možností, jak zjistit hodnotu hmotového momentu setrvačnosti rotujících hmot je více, například:

• Výpočtem z rozměrů, geometrického tvaru, vzájemné polohy a specifických hmotností všech součástí, které se při práci spalovacího motoru pohybují.

• Měřením, při kterém jsou stejným točivým momentem v prvním kroku urychlovány rotující hmoty, pro které je zjišťován jejich hmotový moment setrvačnosti aje změřeno jejich úhlové zrychlení. Ve druhém krokuje připojeno těleso přesného geometrického tvaru, jehož hmotový moment setrvačnosti je znám, a je opět změřeno úhlové zrychlení. Porovnáním naměřených hodnot úhlového zrychlení lze potom určit hledaný hmotový moment setrvačnosti.

• Měřením, při kterém je sledována akcelerace a decelerace motoru podle dokumentu US 5 656 768 či jiné součásti podle dokumentu US 6 098 025, u níž je potřebné získat moment setrvačnosti. Použité dynamometry jsou spojeny přímo s hřídelem motoru nebo s osou rotace dané součásti.

Všechny uvedené způsoby však jsou komplikované a nelze je snadno aplikovat na spalovací motor umístěný ve vozidle, které je určeno k běžnému provozu.

Podstata vynálezu

Vynález odstraňuje známé hlavní nedostatky zjišťování hodnoty hmotového momentu setrvačnosti a umožňuje snadné a přesné stanovení hmotového momentu setrvačnosti individuálně pro každý jednotlivý stroj, a to buď jednorázově, při první technické kontrole stroje, nebo opakovaně, při každé technické kontrole.

- 1 CZ 306886 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladem uskutečnění vynálezu je stanovení momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru osobního automobilu se zážehovým motorem 1,6 MPI, jehož znalost umožní získat výkonové charakteristiky spalovacího motoru. Postup podle vynálezu byl následující:

1. V prvním kroku, při zařazeném druhém převodovém stupni a palivovém pedálu v nulové poloze, byly externím otáčkoměrem změřeny volnoběžné otáčky spalovacího motoru 800 min“¹, snímači válcové zkušebny byly změřeny otáčky válců válcové zkušebny 214 min“¹ a byl vypočten celkový převodový poměr mezi spalovacím motorem automobilu a válci válcové zkušebny 3,738.

2. Ve druhém kroku byla změřena hodnota všech rotujících setrvačných hmot, tj. hmoty spalovacího motoru automobilu, převodů a kol vozidla a válců a dalších rotujících hmot válcové zkušebny, vztažená na obvod válců 557,94 kg.

3. Ve třetím kroku byla změřena hodnota rotujících setrvačných hmot bez hmot spalovacího motoru, vztažená na obvod válců 389,21 kg.

4. Ve čtvrtém kroku byla vypočtena hodnota rotujících setrvačných hmot spalovacího motoru, vztažená na obvod válců 168,73 kg a z této hodnoty byl vypočten hmotový moment setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru automobilu vztažený na obvod válců 2,6364 kg.m². Takto stanovený hmotový moment setrvačnosti byl přepočten k ose klikového hřídele spalovacího motoru vynásobením čtvercem celkového převodového poměru stanoveného v kroku prvním. Hmotový moment setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru konkrétního uvedeného automobilu, vztažený k ose klikového hřídele motoru, má hodnotu /=0,1887 kg.m².

Znalost správné konkrétní hodnoty hmotového momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru automobilu umožní akcelerační měření výkonových charakteristik spalovacího motoru. Pro uvedený konkrétní spalovací motor byla takto stanovena maximální hodnota točivého momentu 147 Nm při 4007 min“¹, tabulkově 148 Nm, a maximální hodnota výkonu 75 kW při 5666 min¹, tabulkově 75 kW a byl také stanoven průběh točivého momentu a výkonu v závislosti na otáčkách.

Průmyslová využitelnost

Vynález umožní přesné a zcela bezdemontážní dynamické zjišťování výkonových charakteristik spalovacího motoru vozidla a tím získání objektivního obrazu o jeho technickém stavu, hospodárnosti a ekologii provozu. Je využitelný pro plánování a přípravu údržby spalovacích motorů, pro kontrolu jejich stavu ve Stanicích technické kontroly a pro zkoušení motorů při jejich vývoji.

Typická aplikace je stanovení momentu setrvačnosti jako vstupního údaje pro zjištění konkrétní momentové anebo výkonové otáčkové charakteristiky spalovacího motoru, přímým dosazením do známých vztahů technické mechaniky

M = I ε P = M ε P = I ε · ω, kde M je točivý moment, / je hmotový moment setrvačnosti rotujících hmot, ε je úhlové zrychlení rotujících hmot, P je výkon, zuje úhlová rychlost rotujících hmot.

-3 CZ 306886 B6

Podstata vynálezu spočívá ve využití válcové zkušebny, vhodného postupu měření a vhodného postupu zpracování naměřených hodnot.

Válcová zkušebna má dvě dvojice válců a dva hnací elektromotory ovládané frekvenčními měniči. Každý z elektromotorů pohání jeden válec z každé dvojice válcové zkušebny. Každý poháněný válec válcové zkušebny je vybaven čidlem, z jehož údajů lze stanovit okamžité hodnoty otáček, úhlové rychlosti a úhlového zrychlení válce.

Postup měření, jehož výsledkem je stanovení hmotového momentu setrvačnosti konkrétního stroje, je realizován v těchto čtyřech krocích:

1) V prvním krokuje u vozidla, umístěného na válcové zkušebně, změřen převodový poměr mezi spalovacím motorem vozidla a válci válcové zkušebny. Výchozími údaji jsou otáčky válců válcové zkušebny měřené čidlem válcové zkušebny a otáčky spalovacího motoru vozidla měřené dalším, externím, čidlem, nebo odečtené z on-board diagnostiky vozidla.

2) Ve druhém kroku se měří všechny setrvačné hmoty všech rotujících částí, tj. hmoty spalovacího motoru vozidla, převodů a kol vozidla a válců a dalších rotujících částí válcové zkušebny, redukované na obvod válců válcové zkušebny.

Spalovací motor vozidla umístěného na válcové zkušebně běží ve volnoběžných otáčkách, v převodovce je zařazen vhodný převodový stupeň. Válce válcové zkušebny jsou poháněny koly vozidla a otáčejí se otáčkami odpovídajícími volnoběžným otáčkám spalovacího motoru vozidla. Poté jsou zapnuty elektromotory válcové zkušebny, přičemž na jejich ovladačích jsou nastaveny otáčky vyšší, než odpovídá volnoběžným otáčkám spalovacího motoru vozidla. Všechny rotující části jsou tedy urychlovány působením známého hnacího točivého momentu elektromotorů. V průběhu zrychlování jsou zaznamenávány údaje čidel válcové zkušebny, z nichž lze stanovit okamžité hodnoty otáček, úhlové rychlosti a úhlového zrychlení válců válcové zkušebny a z nich vypočítat setrvačnou hmotu všech rotujících částí včetně spalovacího motoru vozidla, vztaženou na obvod válců válcové zkušebny.

3) Ve třetím kroku se měří setrvačné hmoty všech rotujících částí kromě spalovacího motoru vozidla a příslušné části převodovky, redukované na obvod válců válcové zkušebny. Spalovací motor vozidla umístěného na válcové zkušebně běží ve volnoběžných otáčkách, v převodovce není zařazen převodový stupeň. Další postup je stejný jako v kroku druhém. Všechny rotující části jsou tedy opět urychlovány působením známého hnacího točivého momentu elektromotorů válcové zkušebny. V průběhu zrychlování jsou opět zaznamenávány údaje čidel válcové zkušebny, z nichž lze stanovit okamžité hodnoty otáček, úhlové rychlosti a úhlového zrychlení válců válcové zkušebny a z nich vypočítat setrvačnou hmotu všech nyní rotujících částí kromě spalovacího motoru vozidla, vztaženou na obvod válců válcové zkušebny.

4) Ve čtvrtém kroku se odečte od hodnoty setrvačné hmoty rotujících částí, vztažené na obvod válců válcové zkušebny a stanovené postupem podle kroku druhého, hodnota setrvačné hmoty rotujících částí, stanovená postupem podle kroku třetího. Získaný rozdíl je setrvačná hmota rotujících částí spalovacího motoru vozidla, vztažená na obvod válců válcové zkušebny. Vynásobením čtvercem poloměru válce válcové zkušebny je stanoven hmotový moment setrvačnosti rotujících částí spalovacího motoru vozidla vztažený na obvod válců válcové zkušebny. Takto stanovený hmotový moment setrvačnosti se přepočítá k ose klikového hřídele spalovacího motoru vozidla vynásobením čtvercem celkového převodového poměru stanoveném v kroku prvním. Výsledkem je hmotový moment setrvačnosti rotujících částí spalovacího motoru vozidla, který je potřebný pro následné bezdemontážní stanovení výkonových charakteristik spalovacího motoru vozidla.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob stanovení hmotového momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru vozidla, vyznačující se tím, že na válcové zkušebně vozidel s možností pohonu válců známým konstantním hnacím točivým momentem a vybavené čidly poskytujícími údaje, z nichž se v prvním kroku stanoví okamžitá úhlová rychlost a okamžité úhlové zrychlení válců válcové zkušebny, a s využitím údajů vhodného nezávislého otáčkoměru pro bezdemontážní měření otáček spalovacího motoru se stanoví celkový převodový poměr mezi spalovacím motorem vozidla a válci válcové zkušebny, přičemž je v převodovce vozidla zařazen převodový stupeň a spalovací motor běží ve volnoběžných otáčkách, ve druhém kroku se stanoví okamžitá úhlová rychlost a okamžité úhlové zrychlení válců válcové zkušebny, přičemž je v převodovce vozidla zařazen převodový stupeň a spalovací motor běží ve volnoběžných otáčkách a po zapnutí elektromotorů válcové zkušebny jsou všechny rotující části urychlovány známým hnacím točivým momentem válcové zkušebny, ve třetím kroku se stanoví okamžitá úhlová rychlost a okamžité úhlové zrychlení válců válcové zkušebny, přičemž v převodovce vozidla není zařazen převodový stupeň, a ve čtvrtém kroku se porovnáním výsledků měření úhlového zrychlení všech rotujících hmot vozidla včetně válců válcové zkušebny a měření úhlového zrychlení rotujících hmot vozidla včetně válců válcové zkušebny bez rotujících hmot spalovacího motoru vozidla a přepočtem naměřených hodnot podle známých vztahů technické mechaniky stanoví konkrétní hodnota hmotového momentu setrvačnosti rotujících hmot spalovacího motoru vozidla a těch částí, které rotují se spalovacím motorem vozidla, není-li v převodovce zařazen převodový stupeň.