СПОСОБ ПРИРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ОСНОВЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
RUNNING-IN METHOD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE BASED ON FEEDBACK

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для приработки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) при их изготовлении.
Mmax
Известен способ приработки ДВС (патент RU № 2084852 C1, опубл. 20.07.1997), заключающийся в том, что двигатель подвергают холодной приработке, приработке на холостом ходу, а затем устанавливают орган топливоподачи в положение 80% от максимального и после разгона двигателя до частоты вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту, производят нагружение таким образом, чтобы компенсировать приращение частоты вращения вала двигателя относительно заданного (n), вызванного приработкой сопряжений двигателя.
Недостатком данного способа является то, что ввиду отсутствия информативного контроля за приработочными процессами, протекающими в сопряжениях, при поддержании нагрузочного режима двигателя, характеризующего граничный режим трения, действующие удельные нагрузки могут вызвать повреждения поверхностей прирабатываемых деталей в виде образования задиров, что в последующем может привести к заеданию сопряжений, а следовательно, выходу двигателя из строя. При этом проведение приработки данным способом позволяет приложить нагрузку на двигатель, составляющую не более 80% от максимальной его мощности, что значительно снижает качество приработки.
Технический результат направлен на улучшение качества и сокращение времени приработки двигателя за счет проведения приработки с обратной связью, заключающейся в управлении режимами нагружения двигателя в зависимости от величины амплитудных параметров акустической эмиссии (АЭ), регистрируемых преобразователями АЭ в виде преобразованных электрических сигналов, основанных на излучении упругих колебательных волн напряжения, возникающих вследствие перестройки структуры поверхностей трения прирабатываемых деталей сопряжений.
Технический результат способа приработки достигается тем, что улучшение качества и сокращение времени приработки двигателя происходит за счет обеспечения объективной обратной связи между режимами нагружения двигателя и протекающими режимами трения в сопряжениях посредством регистрации сигналов амплитуды импульсов АЭ, объективно характеризующей протекание приработочных процессов. Для этого перед началом приработки на крышки коренных подшипников закрепляются преобразователи АЭ, соединительные провода которых через отверстие в технологическом масляном поддоне подключаются к измерительному акустико-эмиссионному комплексу для регистрации и обработки поступающей информации. Подвергают двигатель холодной приработке, приработке на холостом ходу, а после этого выставляют номинальную частоту вращения коленчатого вала и, поддерживая ее на постоянных оборотах посредством органа топливоподачи, одновременно осуществляют равномерное непрерывно-ступенчатое нагружение двигателя на обкаточно-тормозном стенде. Нагружение производят последовательными этапами до достижения максимальной мощности двигателя. На каждом этапе осуществляется увеличение нагрузки и последующая ее стабилизация, при этом длительность увеличения нагрузки ограничивается моментом достижения критического значения амплитуды импульсов АЭ, характеризующей режим трения при несовершенной смазке с элементами схватывания прирабатываемых поверхностей трения. Последующая стабилизация определяется постоянством достигнутой нагрузки и длительностью до момента снижения амплитуды импульсов АЭ до величины, характеризующей адаптацию поверхностей трения к принятому нагрузочному режиму и переход к смешанному режиму трения.
Отличительными признаками способа является то, что перед началом приработки на крышки коренных подшипников закрепляют преобразователи АЭ и устанавливают технологический масляный поддон, посредством которого преобразователи АЭ подключаются к измерительному акустико-эмиссионному комплексу, после приработки на холостом ходу выставляют номинальную частоту вращения коленчатого вала и, поддерживая ее на постоянных оборотах посредством органа топливоподачи, одновременно осуществляют равномерное непрерывно-ступенчатое нагружение двигателя на обкаточно-тормозном стенде, при этом нагружение производят последовательными этапами до достижения максимальной мощности двигателя, на каждом этапе осуществляется увеличение нагрузки и последующая стабилизация, длительность увеличения нагрузки ограничивается моментом достижения критического значения амплитуды импульсов АЭ, характеризующей режим трения при несовершенной смазке с элементами схватывания прирабатываемых поверхностей трения, стабилизация определяется постоянством достигнутой нагрузки и длительностью до момента снижения амплитуды импульсов АЭ до величины, характеризующей адаптацию поверхностей трения к принятому нагрузочному режиму и переход к смешанному режиму трения.
Установка для реализации способа приработки двигателя на основе обратной связи включает двигатель, обкаточно-тормозной стенд, а также измерительный акустико-эмиссионный комплекс, в состав которого входят преобразователи АЭ, усилители сигнала, блок сбора данных, компьютер с программным обеспечением регистрации и обработки поступающей информации.
Сущность заявленного изобретения поясняется с помощью графических материалов на которых:
Фиг.1 - схема испытательной установки для проведения приработки двигателя на основе обратной связи;
Фиг.2 - места установки преобразователей акустической эмиссии в двигателе;
Фиг.3 - схема проведения приработки двигателя на основе обратной связи;
Фиг.4-7 - интерпретация сигналов амплитуды импульсов АЭ, регистрируемых со всех сопряжений, а также изменение действующих нагрузок в процессе приработки двигателя КАМАЗ-7403.10 на основе обратной связи по этапам.
Способ реализуется следующим образом.
В соответствии со схемой испытательной установки для проведения приработки двигателя на основе обратной связи, представленной на фиг.1, на каждую крышку коренного подшипника коленчатого вала двигателя (1) закрепляются преобразователи АЭ (2) посредством магнитных держателей (3). На двигатель (4), установленный на обкаточно-тормозной стенд (5), крепится технологический масляный поддон (6) с отверстием под соединительные провода преобразователей АЭ с измерительным акустико-эмиссионным комплексом. Через усилители сигналов (7) преобразователи АЭ (2) соединяются с блоком сбора данных (8), подключаемым к компьютеру для регистрации и обработки поступающей информации (9). Места установки преобразователей АЭ в двигателе в соответствии с фиг.1 представлены на фиг.2.
имп
Двигатель подвергают холодной приработке, приработке на холостом ходу, с целью подготовки сопряжений для восприятия дальнейших нагрузок. Преобразованный преобразователем АЭ (2) электрический сигнал амплитуды импульсов АЭ, выраженный в микровольтах (мкВ) - А и несущий информацию о происходящих приработочных процессах в сопряжениях двигателя, фиксируется на компьютере с момента начала испытаний.
имп
В последующем предлагаемый способ приработки на основе обратной связи графически интерпретируется посредством схемы, показанной на фиг.3, представленной в координатах изменения амплитуды импульсов АЭ (А) от условий протекания приработки сопряжений двигателя (S).
имп
имп
имп
Так, по окончании приработки на холостом ходу, характеризующейся образованием жидкостного трения, значение А находится в практически стабильном состоянии, что графически отображается на фиг.3 по кривой 0-1. После чего устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала и, поддерживая ее на постоянных оборотах, одновременно осуществляют равномерное непрерывно-ступенчатое нагружение двигателя на обкаточно-тормозном стенде. В результате A начинает расти, что характеризует переход от жидкостной к смешанной и граничной смазке. Значение A, соответствующее началу нагружения на первом этапе, показано на фиг.3 точкой 1, ее изменение при росте нагрузки - кривой 1-1'.
имп
Увеличение нагрузки, сопровождаемое постепенным ухудшением условий приработки (S), на первом этапе производится до тех пор, пока значение A не достигнет установленного предела в 110 мкВ, показанного на фиг.3 точкой 1', соответствующего предельной нагрузке, при которой отсутствует повреждение поверхностей трения деталей сопряжений, а процесс приработки происходит при несовершенной смазке с элементами схватывания при интенсивной пластической деформации микровыступов прирабатываемых поверхностей.
После чего нагружение двигателя прекращается, и происходит приработка при постоянной нагрузке, так как последующее ее увеличение в установленном режиме может привести к образованию дефектов в прирабатываемых сопряжениях с последующим выходом из строя всего двигателя.
имп
имп
имп
В результате приработки на постоянной нагрузке постепенно происходит улучшение общих условий приработки (S) при восстановлении поверхностных смазочных слоев прирабатываемых поверхностей, вследствие чего A уменьшается и постепенно стабилизируется при ее значении в 36 мкВ, что характеризует переход от режима несовершенной смазки к граничной и смешанной при адаптации прирабатываемых поверхностей трения к принятому нагрузочному режиму. Процесс уменьшения величины A, характеризующий постепенную стабилизацию приработочных процессов в сопряжениях при постоянной нагрузке на первом этапе, отображен на фиг.3 по кривой 1'-2. При этом интенсивность приработочных процессов значительно падает, что делает нецелесообразным продолжение приработки на достигнутой нагрузке при значении А ниже 36 мкВ, так как в дальнейшем наступает режим трения при жидкостной смазке, характеризующийся практически полным прекращением приработки.
имп
На следующем этапе вновь производят нагружение в установленном режиме, поддерживая номинальную частоту вращения коленчатого вала. При последующем росте нагрузки на втором этапе характеристики изменения амплитуды импульсов АЭ (А) в зависимости от условий протекания приработки сопряжений двигателя (S) смещаются в нижнюю левую ветвь диаграммы, представленной на фиг.3.
имп
Соответственно значение А снова увеличивается до величины 110 мкВ, соответствующей максимально-возможной нагрузке на данном этапе, после чего при стабилизации нагрузки вновь постепенно снижается и выходит на плато при значении 36 мкВ, что характеризует улучшение условий протекания приработки (S) и связанное с ним снижение интенсивности приработочных процессов.
имп
max
В дальнейшем этапы увеличения нагрузки и связанного с ней изменения значений А в процессе приработки в соответствии со схемой, показанной на фиг.3, производятся до достижения нагрузки, соответствующей максимальной мощности двигателя (N).
Пример
Устанавливался двигатель КАМАЗ-7403.10 на обкаточно-тормозной стенд. После закрепления преобразователей АЭ на все крышки коренных подшипников коленчатого вала двигателя и установки технологического масляного поддона подключался измерительный акустико-эмиссионный комплекс.
Проводили холодную приработку, приработку на холостом ходу, в соответствии с режимами, указанными в конструкторской документации для данного двигателя. АЭ сигналы о происходящих приработочных процессах в сопряжениях двигателя поступали от преобразователей АЭ на блок сбора данных через усилители сигналов и отображались на мониторе компьютера в программе регистрации и обработки поступающей информации.
После приработки на холостом ходу значение амплитуды импульсов АЭ составляло в среднем 34-36 мкВ.
N
В последующем интенсивность нагружения производилась по разработанному способу приработки, обеспечивая равномерное непрерывно-ступенчатое нагружение двигателя со скоростью (V), составляющей 6±0,1 кВт/мин при поддержании номинальной частоты вращения коленчатого вала, соответствующей 2600 об/мин. В процессе нагружения непрерывно регистрировались значения действующей нагрузки, частоты вращения коленчатого вала на обкаточно-тормозном стенде, а также электрический сигнал величины амплитуды импульсов АЭ со всех прирабатываемых сопряжений, отображаемый на мониторе компьютера в программе регистрации и обработки поступающей информации. Интерпретация сигналов амплитуды импульсов АЭ, регистрируемых со всех сопряжений, а также изменение действующих нагрузок в процессе приработки двигателя КАМАЗ-7403.10 на основе обратной связи по этапам представлены на фиг.4-7.
1
2
В начале приработки на первом этапе, при приращении нагрузки, происходило монотонное увеличение регистрируемого сигнала амплитуды импульсов АЭ (фиг.4, участок Т-Т).
2
3
В последующем, при нагружении в принятом режиме, наблюдалось постепенное ухудшение условий приработки, выраженное соответствующим скачкообразным увеличением как самой амплитуды импульсов АЭ, так и ее дисперсии, характеризующей постепенное разрушение смазочного граничного слоя и переход от граничной к несовершенной смазке с элементами схватывания прирабатываемых поверхностей трения сопряжений двигателя (фиг.4, участок Т-Т). По достижению амплитудой импульсов АЭ критического значения в 110 мкВ даже в одном из прирабатываемых сопряжений нагружение двигателя в установленном режиме прекращалось, и проводилась приработка при постоянной нагрузке 66 кВт, характеризующейся максимальной нагрузкой на первом этапе, так как при дальнейшем ее увеличении, ввиду повышенного содержания в зоне контакта частиц износа и потери маслом смазочной способности, возможно образование задиров в сопряжениях.
3
4
По мере приработки на достигнутой нагрузке 66 кВт амплитуда импульсов АЭ постепенно уменьшалась со 110 до 36 мкВ (фиг.4, участок Т-Т), что свидетельствовало об улучшение общих условий приработки вследствие снижения интенсивности приработочных процессов и адаптации всех сопряжений двигателя к принятому нагрузочному режиму. При этом дальнейшее продолжение приработки на данной нагрузке ниже значений амплитуды импульсов АЭ, составляющей 36 мкВ, нецелесообразно, так как происходит переход от смешанной к жидкостной смазке, что приводит к практически полному прекращению приработочных процессов в данных условиях.
На следующем этапе вновь производилось нагружение двигателя в установленном режиме, поддерживая заданную частоту вращения коленчатого вала до тех пор, пока величина амплитуды импульсов АЭ не достигнет значений 110 мкВ, соответствующих максимально возможной в данных условиях нагрузке 120 кВт, с последующей ее стабилизацией до достижения ее величины, составляющей 36 мкВ, характеризующей улучшение условий приработки и адаптацию прирабатываемых поверхностей к принятому нагрузочному режиму (фиг.5).
Весь процесс приработки продолжался последовательно и непрерывно на последующих этапах (фиг.6 и фиг.7) до нагрузки 191,1 кВт, соответствующей максимальной мощности двигателя КАМАЗ-7403.10, при непрерывной обратной связи между режимами нагружения двигателя и происходящими приработочными процессами в сопряжениях посредством регистрации сигнала амплитуды импульсов АЭ.