Спосіб визначення ефективного крутного моменту та ефективної потужності двигуна автомобіля

Реферат: Спосіб визначення ефективного крутного моменту й ефективної потужності двигуна автомобіля полягає в тому, що збільшують подачу палива до максимального значення і вимірюють прискорення колінчатого вала. Прискорення колінчатого вала визначають шляхом виміру кутової швидкості ведучих коліс автомобіля, а потім диференціюють кутову швидкість і визначають ефективний крутний момент по результатах визначення при раніше проведеному вибігу, приведеного до коліс моменту інерції обертових мас трансмісії й двигуна, моментах сухого й грузлого тертя в трансмісії, після чого визначають потужність двигуна перемножуванням ефективного крутного моменту на кутову швидкість вала двигуна. UA 69235 U (12) UA 69235 U UA 69235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до транспортної техніки, а саме до способів перевірки технічного стану транспортних засобів. Відомий спосіб визначення ефективної потужності двигуна внутрішнього згоряння шляхом виміру його крутного моменту. При мінімальних оборотах холостого ходу двигуна збільшують подачу палива до максимального значення і по досягненні номінальних обертів вимірюють прискорення колінчатого вала для того, щоб по добутку значення прискорення на момент інерції судити про крутний момент і, відповідно, про потужність [Авторське посвідчення СРСР №243999, кл. 46а 2, 45. 1969. Аналог]. Недоліком способу є низька точність виміру в результаті коливань рейки паливного насоса при миттєвій подачі палива до максимального значення й витримці після досягнення номінальних частот вала двигуна, а також те, що потужність двигуна визначають не в умовах його експлуатації. Відомий спосіб визначення потужності двигуна внутрішнього згоряння полягає в тому, що в умовах експлуатації при мінімальних оборотах холостого ходу двигуна миттєво збільшують подачу палива до максимального значення й по досягненні номінальних обертів вимірюють прискорення колінчатого вала. При цьому, рейку паливного насоса фіксують у положенні, що відповідає заданій частоті обертання колінчатого вала двигуна. При досягненні цієї величини виконують вимір кутового прискорення колінчатого вала двигуна для того, щоб по добутку значення прискорення приведеного моменту інерції двигуна визначити крутний момент двигуна при заданому режимі й потужність множенням крутного моменту на задану частоту обертання колінчатого вала двигуна [патент № 2266527, кл. G01L3/24; G01M15/00, 2005. Найближчий аналог]. В результаті цього, точність виміру потужності підвищується, але це не пов'язано з потужністю двигуна, встановленого на транспортному засобі. Недолік способу полягає в тому, що при визначенні ефективної потужності двигуна, установленого на транспортному засобі, неможливо точно вимірювати кутову швидкість колінчатого вала двигуна через вплив на вимір втрат на тертя в трансмісії. Крім цього, відсутні точні значення наведеного моменту інерції трансмісії транспортного засобу. Технічна задача корисної моделі - визначення ефективного крутного моменту й ефективної потужності двигуна, установленого на транспортному засобі з урахуванням впливу трансмісії на результат виміру потужності двигуна. Технічний результат - підвищення точності діагностики технічного стану транспортного засобу. Технічна задача й результат досягаються тим, що спосіб визначення ефективного крутного моменту й ефективної потужності двигуна автомобіля полягає у тому, що в умовах експлуатації, при мінімальній частоті холостого ходу двигуна, миттєво збільшують подачу палива до максимального значення і, по досягненні номінальної частоти обертання колінчатого вала, вимірюють прискорення колінчатого вала. Новим є те, що прискорення колінчатого вала визначають шляхом виміру кутової швидкості ведучих коліс автомобіля при відсутності контакту останніх з опорною поверхнею. Потім диференціюють кутову швидкість і визначають ефективний крутний момент за результатами визначення при раніше проведеному вибігу, приведеного до ведучих коліс моменту інерції обертових мас трансмісії й двигуна, моментах сухого й грузлого тертя в трансмісії. Після цього визначають ефективну потужність двигуна перемножуванням ефективного крутного моменту на кутову швидкість вала двигуна. Нові ознаки корисної моделі необхідні й достатні для досягнення технічного результату. Спосіб характеризується також тим, що попередній вибіг трансмісії й двигуна здійснюють при ведучих колесах, які не мають контакту з опорною поверхнею, двічі, із установленими на півосях ведучими колесами й без них. Ці ознаки факультативні, оскільки створюють додатковий результат - визначення ефективної потужності з урахуванням впливу інерції мас коліс і без них. Причинно-наслідковий зв'язок нових ознак і результату, що досягається, полягає в наступному: визначення прискорення колінчатого вала шляхом виміру кутової швидкості ведучих коліс автомобіля при відсутності контакту останніх з опорною поверхнею, дозволило враховувати вплив трансмісії на вимір ефективної потужності двигуна; диференціювання кутової швидкості коліс і визначення їхнього ефективного моменту за результатами визначення при раніше проведеному вибігу, приведеного до ведучих коліс моменту інерції мас трансмісії й двигуна, моментів сухого й в'язкого тертя в трансмісії й двигуні, дозволило проводити комп'ютерну діагностику технічного стану транспортних засобів з урахуванням всіх втрат у трансмісії й двигуні; 1 UA 69235 U 5 10 визначення потужності двигуна перемножуванням ефективного крутного моменту на кутову швидкість колінчатого вала двигуна, дозволило визначити його ефективну потужність і ефективний крутний момент при експлуатаційних умовах; визначення попереднього вибігу трансмісії автомобіля при ведучих колесах, які не мають контакту з опорною поверхнею, двічі, із установленими на півосях ведучими колесами й без них, дозволило підвищити точність вимірів. На фіг. 1 - показаний вимір ефективного крутного моменту й ефективної потужності автомобіля із установленими колесами; фіг. 2 - те ж, зі знятими колесами. Для визначення ефективного крутного моменту й ефективної потужності колеса 1 (передні або задні) автомобіля 2 підіймають домкратом 3 і під кузов установлюють опору 4. До осі підвішених коліс 1 приєднують датчик 5 кутової швидкості, для подачі сигналу к на комп'ютер. Запускають двигун автомобіля 2, прогрівають його до нормальної робочої температури води й масла й установлюють мінімальні оберти, потім миттєво збільшують подачу палива й 15 розганяють ведучі колеса 1 до заданої кутової швидкості к і відключають двигун, наприклад, припиненням подачі палива, вимиканням зчеплення або переходом на нейтральну передачу. Комп'ютер із кроком t=t2-t1 знімає з датчика 5 кутової швидкості значення швидкостей k1 ( t1 ) и k2 (t 2 ) . Ці значення диференціюються в комп'ютері, і здобувають значення d k 1 d k 2 dt і dt . Становлять рівняння динаміки обертового руху при вибігу   Iпр  к  к 0  к1  к , 20 (1) де Іnр - наведений момент інерції трансмісії автомобіля;   к ;к - кутова швидкість і кутове прискорення підвішених ведучих коліс; 25 к0 - момент опору в трансмісії, обумовлений силами сухого тертя й наведений до ведучих коліс; к1 - коефіцієнт пропорційності між моментом грузлого (рідинного) тертя в трансмісії, наведений до ведучих коліс, і кутовою швидкістю ведучих коліс. Розділивши ліву й праву частини (1) на Iпр, одержимо рівняння парціальних прискорень  к   k 0 k1   к , Iпр Iпр (2) Для моментів часу t1 і t2 (t2 – t1=t - крок часу)   k0 k   1  к1 ( t1 ); (3)  k1 ( t1 )   Iпр Iпр     ( t )   k 0  k 1   ( t ). ( 4)  к2 2  k2 2 Iпр Iпр  Вирішуючи систему рівнянь із двома невідомими, визначимо   k1 k1 ( t1 )  k 2 ( t 2 )   A 2;  k ( t 2 )  k ( t1 )  Iпр  2 1   k ( t1)  k 2 ( t 2 )  k1 ( t1)k 2 ( t 2 ) k0  1  A1; Iпр k 2 ( t 2 )  k1 ( t1) 30 (5) (6) Одержуємо А1 і А2 при послідовному попарному складанні й рішенні рівнянь (3) і (4) по формулах (5) і (6). Середнє значення параметрів А1 і А2 A1  1 u  A1 ; n i 1 i (7) A2  1 u  A2 ; n i 1 i (8) Число реалізацій залежить від часу Твиб вибігу й кроку часу t n Tвиб . t (9) 2 UA 69235 U 5 Крок часу t вибирають таким чином, щоб у межах цього кроку робити для чисельного диференціювання кутової швидкості к. Для того, щоб розділити параметри К0 і Іпр, а також К1 і Іпр проводять другий цикл вибігу трансмісії автомобіля. Для цього знімають ведучі колеса, а датчик кутової швидкості приєднують до фланця провідної півосі. Рівняння (3) і (4) у цьому випадку приймуть вигляд k0 k1  k  к   1 ( t1 )   I  І  I  І   1 ( t1 ); (10)  пр k пр k   k ( t 2 )   k 0  k 1   ( t 2 ). (11)  к2 2  Iпр  Іk Iпр  Іk  Де Ik - сумарний момент інерції двох ведучих коліс. Рішення рівнянь (10) і (11) маємо у вигляді k  k 2 k  k 2  ( t1 )   2 ( t  )   1 ( t1 )   2 ( t  ) k0  1  B1; (12) Iпр  Ik  2 ( t  )   1 ( t1 ) k 2 k  k  k 2  ( t1)   2 ( t  ) k1  1  B 2 ; (13) Iпр  Ik  2 ( t  )   1 ( t1) k 2 k  10 Значення Ik вимірюють або беруть по довіднику й становлять дві системи рівнянь  k0  I  А 1;  пр  k 0   B1.  Iпр  Ik  (14)  k1  I  А 2;  пр  k 1   B2.  Iпр  Ik  (15) Вирішуючи системи рівнянь (14) і (15), визначаємо Iпр  K0  Ik ; A 1 1 B1 (16) Ik ; 1 1  A 1 B1 K 1  A 2  Iпр  15 (17) А 2Ik . A 1 1 B1 (18) Визначивши параметри Іпр, Ко, К1, можна діагностувати двигун, визначивши ефективний крутний момент та ефективну потужність. Для цього становлять рівняння динаміки розгону ведучих коліс при максимальній (до упора педалі) подачі палива.  Iпр  к  Me  u0  uk  к 0  к1  к , (19) Звідки знаходять ефективний крутний момент і ефективну потужність двигуна. Me   Iпр  к  к 0  к1  k u0uk , (20) 2  Ne  Me  e  Me  k  u0  uk  Iпр  к  k  к 0 k  k1  k 20 , (21) Спосіб дозволяє проводити комп'ютерне діагностування технічного стану транспортних засобів і вимір ефективного крутного моменту й ефективної потужності двигуна в експлуатаційних умовах. Він може знайти застосування в навчальному процесі вивчення експлуатації транспортних засобів, а також у центрах сервісного обслуговування. 3 UA 69235 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Спосіб визначення ефективного крутного моменту й ефективної потужності двигуна автомобіля полягає в тому, що в умовах експлуатації, при мінімальній частоті холостого ходу двигуна, миттєво збільшують подачу палива до максимального значення і, по досягненні номінальної частоти обертання колінчатого вала, вимірюють прискорення колінчатого вала, який відрізняється тим, що прискорення колінчатого вала визначають шляхом виміру кутової швидкості ведучих коліс автомобіля при відсутності контакту останніх з опорною поверхнею, а потім диференціюють кутову швидкість і визначають ефективний крутний момент по результатах визначення при раніше проведеному вибігу, приведеного до коліс моменту інерції обертових мас трансмісії й двигуна, моментах сухого й грузлого тертя в трансмісії, після чого визначають потужність двигуна перемножуванням ефективного крутного моменту на кутову швидкість вала двигуна. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередній вибіг трансмісії й двигуна здійснюють при ведучих колесах, що не мають контакту з опорною поверхнею, двічі, із установленими ведучими колесами й без них. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4