Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 01.02.1974 Opis patentowy opublikowano: 30,12.1975 79 mi U. 42k,22/01 MKP* G01m 15/00 Twórcy wynalazku: Henryk Pelc, Iwan Raszków, Michal Hebda, Jan Bobak, Marek Przybylski Uprawniony z patentu tymczasowego: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jaroslawa Dabrowskiego, Warszawa (Polska) Diagnostyczny sposób wyznaczania niektórych wskazników jakosci pracy i strat wewnetrznych maszyn tlokowych i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest diagnostyczny sposób wyznaczania niektórych wskazników jakosci pracy i strat wewnetrznych maszyn tlokowych, a zwlaszcza silników spalinowych i urzadzenie do stosowania tego sposobu. ^r.ane sposoby wyznaczania niektórych wskazników jakosci pracy takich jak: moc siinika, jego moment obrotowy oraz OKreóiama strat na pokonanie oporów wewnetrznych polegaja jesli chodzi o moc silnika na jej pomiarze na stanowisku dynamometrycznym po wyjeciu silnika z samochodu. Silnik taki umieszcza sie na stanowisku dynamometrycznym i laczy z urzadzeniami hamujacymi, które moga byc typu wodnego, elektrycz¬ nego lub tarciowe. Hamulce te daja regulowane obciazenie - nastawne i sa sprzezone z miernikiem obciazenia na podstawie wskazan z którego mozna wyliczyc moc i moment silnika.Znane sa równiez diagnostyczne metody i urzadzenia pozwalajace mierzyc moc silnika bez jego wyjmowa¬ nia z pojazdu tak zwane hamownie podwoziowe. Metoda ta polega na tym, ze pojazd ustawia sie kolami na ukladzie rolek które sa sprzezone z urzadzeniami hamujacymi. Do pomiaru mocy uzyskiwanej z kolejnych cylindrów na stanowisku dynamometrycznym jest stosowana metoda kolejnego wylaczania cylindrów. Nato¬ miast znane i dotychczas stosowane metody pomiaru mocy strat wewnetrznych sa nastepujace: metoda obcego napedu lub metoda kolejnego wylaczania cylindrów.Pierwsza z nich jest stosowana najczesciej przez producentów pojazdów celem okreslenia charakterystyk strat wewnetrznych silnika podczas napedzania nie pracujacego silnika przez zewnetrzne zródlo energii. Metoda ta pozwala równiez na okreslenie charakterystyki wymuszonego biegu jalowego. Napedza sie wówczas silnik pracujacy na minimalnych obrotach biegu jalowego, zmuszajac go do zwiekszenia predkosci obrotowej bez zmiany polozenia przepustnicy i rejestruje sie przy tym moment i moc w funkcji obrotów. Tak uzyskane charakterystyki przedstawiaja przebieg zmian wskazników sumarycznych strat wewnetrznych przy przymknieciu przepustnicy odpowiadajacym minimalnej predkosci obrotowej biegu jalowego. Metoda kolejnego wylaczania cylindrów pozwala na wyznaczenie sumarycznych oporów wewnetrznych po wylaczeniu z pracy kolejnych cylindrów przy zachowaniu niezmiennej predkosci obrotowej.2 79 541 W procesie eksploatacji silniki spalinowe w zaleznosci od aktualnego stanu technicznego osiagaja rózny poziom wskazników jakosci pracy i strat .wewnetrznych. Do wazniejszych dla uzytkownika wskazników zaliczane sa uzyskiwane wartosci mocy i momentu silnika oraz straty na pokonanie oporów wewnetrznych.Dokladne okreslenie wartosci tych wskazników dotychczas stosowanymi metodami wymaga uzycia specjalnych, skomplikowanych i drogich stanowisk oraz, co jest najwazniejsze, pochlania stosunkowo duzo czasu na wykonanie badan oraz opracowanie wyników do postaci powszechnie uzywanych charakterystyk. Dodatkowa wada niektórych z tych metod jest znieksztalcenie wyników pomiarów przez wplyw ukladu napedowego, jesli pomiar jest wykonywany bez wyjmowania silnika z pojazdu. Aby uniknac tych wad, utrudniajacych wykorzysta¬ nie wyzej wymienionych wskazników do diagnostycznego okreslania stanu technicznego, potrzebne sa metodv, które pozwolilyby uzyskac pozadany rezultat prosciej i szybciej.Celem wynalazku jest opracowanie takiego diagnostycznego sposobu pomiaru wskazników jakosci pracy oraz strat wewnetrznych silnika, który nie wymagalby wyjmowania silnika z pojazdu oraz pozwolilby szybko pomierzyc te wskazniki z jednoczesna latwa lokalizacja przyczyn zmian stanu w poszczególnych elementach silnika, bez poslugiwania sie stanowiskiem dynamometrycznym czy hamownia podwoziowa zas celem urzadzenia jest realizacja techniczna takiego sposobu.Diagnostyczny sposób wyznaczania niektórych wskazników jakosci pracy i strat wewnetrznych maszyn tlokowych wedlug wynalazku polega na tym, ze do wyznaczania wskazników jakosci pracy silnika takich jek: przyspieszenie predkosci obrotowej moment obrotowy moc silnika w funkcji obrotów silnika uzyskiwana w zakresie uzytkowym tej predkosci — wykorzystuje sie efekt samoobciazenia bezwladnosciowego silnika to znaczy w pracujacym na biegu jalowym silniku gwaltownie zwieksza sie, przez otwarcie przepustnicy, dawka paliwa do maksymalnie mozliwej lub innej — okreslonej wielkosci, rejestruje sie w funkcji czasu zmiane predkosci obrotowej, natomiast celem wyznaczenia wskazników strat wewnetrznych takich jak: ujemne przyspieszenie predkosci obrotowej, moment i moc strat wewnetrznych w funcji obrotów, wykorzystuje sie efekt samonapedza- nia bezwladnosciowego silnika, a mianowicie gwaltownie zmniejsza sie dawke doprowadzonego paliwa przez przymkniecie przepustnicy lub wylaczenie silnika, oraz rejestruje sie zmiany predkosci obrotowej w funkcji czasu. Ponadto zmiany predkosci obrotowej w funkcji czasu-rózniczkuje sie otrzymujac zmiany przyspieszen dodatnich i ujemnych w funkcji czasu a nastepnie okresla sie zmiany przyspieszen wfunckji corotów i ponadto znajac wartosc zredukowanego momentu bezwladnosci dla danego typu silnika wyznacza sie odpowiednio moment i moc pracujacego silnika oraz moment i moc strat wewnetrznych, tegoz silnika w funkcji obrotów.Natomiast urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wynalazku jest wyposazone w czujnik predkosci obrotowej i dwa pisaki X—Yr przy czym pradnica tachometryczna jest polaczona do pierwszego pisaka X—Y przez czlon, proporcjonalny i jednoczesnie do czlonu rózniczkujacego, przy czym czlon ten jest polaczony z drugim pisakiem X—Y za posrednictwem drugiego czlonu proporcjonalnego.Metoda samoobciazenia jest bardzo wygodna do praktycznego okreslania charakterystyk wskazników jakosci pracy silnika w warunkach eksploatacyjnych. Jesli wylaczyc z pracy, podczas pomiarów, kolejno poszczególne cylindry, to mozna równiez uchwycic wplyw ich pracy na prace calego silnika i w ten sposób uproscic lokalizacje ewentualnych niedomagan.Ze wzgledu na bardzo krótki czas trwania pomiaru, prostote jego wykonania oraz zdecydowane r,,<.;zy koszt niz przy stosowaniu innych metod, samoobciazenie moze byc wykorzystywane w codziennej praktyce eksploatacyjnej do sprawdzania i doboru optymalnych nastawów regulacyjnych zwiazanych z praca ukladów zasilania i zaplonowego w aktualnym stopniu zuzycia. Pozwala to w pewnych granicach kompensowac wplyw ogólnego pogorszenia stanu technicznego na skutek zuzycia oraz zmiany jakosci materialów eksploatacyjnych (np. olej, paliwo).W procesie samonapedzania dzieki mozliwosci szczególowego rozgraniczenia, poprzez eliminowanie pod¬ czas pomiarów nosników poszczególnych skladowych oporów, dro^a porównania róznicy uzyskanej przy pomiarze z nosnikiem i bez nosnika, wstanie wyjsciowym, z taka sama róznica uzyskana wstanie biezacym mozna okreslac stan lub wplyw poszczególnych nosników. Korzysta sie przy tym z faktu, ze przy rozpoczynaniu pomiaru od tych samych obrotów, przy róznych stanach obiektu, uzyskuje sie dwie rózne krzywe wykladnicze charakteryzujace sie róznymi wartosciami wspólczynników majace jako wspólny punkt jedynie punkt wyjscio¬ wy.W ten sposób mozna np. okreslic zmiany oporów filtra powietrza, w miare jego zanieczyszczenia, dobrac najbardziej optymalny wklad i ksztlt obudowy filtra, ksztalt kolektorów ssacego i wydechowego rury wydecho¬ wej i tlumika. Mozna równiez badac wplyw rodzaju oleju i jego temperatury na opory wewnetrzne silnika oraz jakosc urzadzen dodatkowych (wentylator, pómapa wodna, pradnica itp). Poza tym omawiany sposób moze byc wykorzystany do diagnostycznego badania np. takiego ukladu silnika, którego dotychczas nie mozna bylo sprawdzac metodami posrednimi, a mianowicie ukladu chlodzenia. Na skutek wytracania sie zwiazków ^ \79 541 3 chemicznych z cieczy chlodzacych, nastepuje stopniowe odkladanie sie ich na sciankach przestrzeni chlodzacej kadluba, glowicy i chlodnicy, powodujac zmniejszenie przepustowosci i zwiekszenie chropowatosci scianek, powodujace zwiekszenie oporów przeplywu.Jesli omawianym sposobem okresli sie wielkosc mocy traconej na przetlaczanie cieczy chlodzacej w silniku nowym oraz po pewnym przebiegu, to z róznicy strat mocy mozna bedzie wnioskowac o zmianach jakie zaszly w ukladzie chlodzenia. Oprócz tego jezeli znana bedzie wartosc momentu bezwladnosci elementów skrzyni biegów (z wyjatkiem walka' glównego), to mozliwe równiez bedzie okreslenie strat wynikajacych z pracy kól zebatych i lozysk przy zastosowaniu róznych olejów i w róznych temperaturach. Wytwórnie produkujace silniki spalinowe czesto podaja krzywe Nsw gr = f/n/ lub Msw gr = f/n/, umozliwiajace sprawdzenie prawidlowosci i stopnia docierania.Jezeli podczas docierania silnika, zostanie wykonany pomiar omawianym sposobem, w efekcie którego uzyska sie krzywe Msw = f/n/, Nsw = f/n/ — to po naniesieniu na wykres wartosc granicznych podawanych przez wytwórnie i porównaniu z aktualnie zmierzonymi, mozna szybko, sposobem diagnostycznym ocenic stopien dotarcia silnika. Wiedzac o tym, ze w okresie docierania silnik nie moze osiagac obrotów maksymalnych, przeprowadzono badania eksperymentalne i analize matematyczna, które pozwolily stwierdzic, ze niezaleznie od tego, jakie beda obroty, wyjsciowe nw, przy niezmienionym stanie technicznym, charakter i nachylenie uzyskanej krzywej eksperymentalnej n = f/t/ nie ulegnie zmianie. Zmieni sie jedynie wspólczynnik dx (d) o wielkosc An; o która zostana przesuniete nw.Reasumujac, nalezy stwierdzic, ze sposoby samoobciazenia i samonapedzania, stosowane oddzielnie lub lacznie pozwalaja: uzyskac pewne zasadnicze, interesujace producenta i uzytkownika charakterystyki jakosci pracy i strat wewnetrznych w funkcji obrotów, wnioskowac o zmianie stanu technicznego spowodowanej zuzyciem lub rozregulowaniem, wyodrebnic i zlokalizowac zmiany zachodzace w procesie eksploatacji w posz¬ czególnych elementach, przeprowadzic badania optymalizacji doboru elementów podczas ich konstruowania, uchwycic wplyw materialów eksploatacyjnych na prace i warunków cieplnych na prace. Wszystko to mozna uzyskac w warunkach eksploatacyjnych, bez potrzeby stosowania specjalnych, drogich stanowisk dynamome¬ trycznych i oprzyrzadowania laboratoryjnego. Rejestracja krzywych eksperymentalnych i wnioskowanie jest szybkie, proste i tanie. Dzieki temu sposób moze byc szeroko wykorzystywany zarówno w warunkach stacjonarnych stalych stacji obslugi jak równiez w warunkach polowych.Wynalazek zostanie dokladnie wyjasniony na przykladzie jego wykonania na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadzenia. Urzadzenie to sklada sie z czujnika predkosci obrotowej np. pradnicy 1 tachometrycznej polaczonej z walem korbowym silnika za pomoca uchwytu szybkomocujacego. Pradnica 1 jest podlaczona przez czlon 2 proporcjonalny do pierwszego pisaka X—Y oraz do czlonu 3 rózniczkujacego, który jest podlaczony do drugiego pisaka X—Y przez drugi czlon 4 proporcjonalny. Sygnal wyjsciowy z pradnicy 1 tachometrycznej o amplitudzie okreslonej przez czlon 2 proporcjonalny pierwszy jest zapisany na pierwszym pisaku 5 X—Y i poddawany jest rózniczkowaniu w czlonie 3 rózniczkujacym. Sygnal z jego wyjscia jest podawany do drugiego czlonu 4 proporcjonalnego warunkujacego jego amplitude i jest zapisany na drugim pisaku X—Y. Oba sygnaly sa zapisywane na pisakach w funkcji czasu.Przejscie od zaleznosci czasowych fig. 2 do zaleznosci od obrotów dokonuje sie w sposób nastepujacy: Aby uzyskac tradycyjnie uzywany przebieg zmiany momentu funkcji obrotów, nalezy przetransformowac uzyskana w opisany wyzej sposób krzywa Me = f/t/ na krzywa Me = f/n/. Realizacje graficzna omówionych zagadnien przedstawia fig. 3.Podobnie jak w przypadku samoobciazenia rózniczkowanie mozna wykonac metoda analityczna, graficzna lub przy pomocy specjalnego przyrzadu, który automatycznie zarejestruje krzywa eksperymentalna n = f/t/oraz jednoczesnie, rózniczkujac ja, wyznacza e = dd^ = f/t/. Do tego celu moze byc uzyty ten sam co poprzednio przyrzad .Majac krzywa e = f/t/ oraz majac wartosc lr po pomnozeniu tych wielkosci przez siebie otrzymuje sie krzywa Msw = f/t/. Droga transformacji, uzyskuje sie krzywa Msw = f/t/ fig. 4, a nastepnie krzywa Nsw = f/n/. PL PL