УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПРИРАБОТКИ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ И КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве и ремонте поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
-1
Известно устройство для приработки ДВС [Кривенко, П.М. Ремонт дизелей сельхозназначения / П.М.Кривенко, И.М.Федосов, В.М.Аверьянов. - М.: Агропромиздат, 1990, с. - 226…228.], содержащее обкатываемый ДВС, коленчатый вал которого соединен с ротором приводной станции, выполненной в виде асинхронной балансирной электромашины с фазным ротором, статор которой механически соединен с измерителем момента, а ротор с измерителем частоты вращения (тахометром) и электрически (обмотки ротора) с регулятором частоты вращения (реостатом), при этом электрический вход приводной станции (обмотки статора электромашины) соединены с выходом блока электроснабжения, вход которого связан с электрической питающей сетью. При холодной обкатке ДВС электромашина работает в режиме двигателя и осуществляет его прокрутку с постепенным повышением частоты вращения, при этом начальная частота вращения составляет не менее 400÷500 мин.
Недостатками устройства является повышенный и неравномерный износ поверхностей трения в начальный период холодной обкатки, вследствие высоких скоростей скольжения неприработанных поверхностей сопряжений, пониженной подачи масла в зоны трения цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и наличия макрогеометрнческих искажений формы поверхностей сопряжений, низкий коэффициент использования электроэнергии при холодной обкатке и его большая мощность, равная мощности механических потерь обкатываемого ДВС. Наличие макрогеометрических искажений (отклонений) формы сопряжений (некруглость, нецилиндричность), вызванных неточностью изготовления, послесборочными деформациями деталей ЦПГ и КШМ (гильз, постелей вкладышей коленчатого вала) обуславливает в начальный период холодной обкатки повышенные местные контактные усилия, затрудняющие поступление масла в эти зоны, особенно к деталям ЦПГ, где смазка осуществляется разбрызгиванием, что приводит к сухому трению и, следовательно, повышенному и неравномерному износу этих зон с возможностью задира.
Инерционность подачи масла штатной смазочной системой ДВС в начале обкатки приводит к масляному голоданию подшипников коленчатого вала, что при начальных высоких частотах вращения приводит к аналогичным недостаткам приработки.
Неравномерность приработки поверхности сопряжений обусловлена тем, что при малых газовых и механических нагрузках в начале холодной обкатки зоны непосредственного контакта вызванного искажениям макрогеометрии сопряжений изнашиваются больше, а при обкатке с нагрузкой, когда происходит исправление макрогеометрии (осадка вкладышей по постелям, исправление формы гильзы), износ этих зон оказывается завышенным по сравнению с остальными.
-1
Известно устройство для обкатки (приработки) ДВС [Пат. 2157515 Россия, МКИ G01M 15/00, F02B 79/00. Способ приработки поршневого двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления / С.В.Тимохин, Ю.В.Родионов, А.Н.Морунков, Д.А.Уханов - Опубл. БИ №28, 2000.], содержащее обкатываемый ДВС, коленчатый вал которого соединен с выходным валом приводной станции, выполненной в виде асинхронной электромашины (электродвигателя) с коротко замкнутым ротором, соединенной через управляемую фрикционную муфту сцепления с коробкой перемены передач, при этом выходной вал приводной станции соединен с измерителем частоты вращения (тахометром), а электрический вход через ваттметр подключен к выходу блока управления, вход которого связан с электрической сетью, кроме этого впускной и выпускной коллекторы ДВС соединены между собой через систему рециркуляции отработавших газов. Устройство обеспечивает прокрутку ДВС при холодной обкатке на нескольких фиксированных скоростных режимах, при этом минимальная частота вращения может составлять 100÷200 мин, а мощность электромашины на данных скоростных режимах в 5÷10 раз меньше мощности механических потерь ДВС, кроме этого на последних ступенях холодной обкатки осуществляется подача во впускной коллектор и цилиндры ДВС воздуха под давлением создаваемым системой рециркуляции отработавших газов, что увеличивает газовые нагрузки на детали ЦПГ и КШМ и следовательно степень и качество приработки сопряжений ДВС.
Недостатком данного устройства, как и предыдущего, является повышенный и неравномерный износ поверхностей трения в начальный период холодной обкатки, вследствие пониженной подачи масла в зоны трения ЦПГ и КШМ штатной системой смазки ДВС при малой частоте вращения коленчатого вала и наличия макрогеометрических искажений формы поверхностей сопряжений.
Известно устройство для холодной обкатки ЦПГ ДВС [А.с. СССР №1343271. Устройство для холодной обкатки цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания / Николаенко А.В., Тимохин С.В. и др. - Опубл. в Б.И. №37, 1987], содержащее обкатываемый ДВС, коленчатый вал которого подключен к выходу, образованного зубчатым венцом маховика и ведущей шестерней штатного или технологического электростартера, понижающего цилиндрического редуктора, вход которого соединен с приводной станцией, выполненный в виде электродвигателя постоянного тока (стартера), электрический вход питания которого подсоединен к выходу регулятора частоты вращения, выполненного в виде тиристорного выпрямителя, при этом электрический вход питания приводной станции (регулятора частоты вращения) подключен к выходу блока управления и электроснабжения, вход которого соединен электрической питающей сетью.
-1
Устройство обеспечивает прокрутку коленчатого вала ДВС при холодной обкатке ЦПГ от штатного или технологического электростартера на пониженных пусковых частотах вращения при плавном их регулировании (от 50 до 250 мин.).
Недостатком устройства также является повышенный и неравномерный износ поверхностей трения ЦПГ и КШМ в начальный период холодной обкатки, вследствие пониженной подачи масла в зоны трения штатной системой смазки ДВС при малой частоте вращения коленчатого вала, кроме этого общим недостатком данного и рассматриваемых выше устройств является неизменность направления и относительная равномерность вращения коленчатого вала ДВС, затрудняющая проникновение смазки в зоны трения работающие с натягом (без зазора) вследствие искажения их макрогеометрии, вызванной неточностью изготовления деталей и их послесборочными деформациями.
Известен автоматический стенд для обкатки поршневого ДВС [А.с. 1550197 СССР, МКИ G01M 15/00, F02B 79/00, Автоматический стенд для обкатки двигателей внутреннего сгорания / А.Л.Шпади, С.Л.Шпади, Ю.В.Моисеев (СССР). №4425047/25-06; Заявлено 16.05.88; Опубл. 15.03.90, Бюл. №10, - 4 с.], содержащее ДВС, коленчатый вал которого связан с первым концом торсионного вала, электромашину с регулятором частоты вращения и тахометром, электрически соединенную с первым выходом блока реле блокировки питания и электроснабжения, нагрузочное устройство, механизм управления органом топливоподачи, первый и второй сельсин-датчики, дифференциальный сельсин-приемник и многоканальный регистратор.
Недостатком данного устройства также является повышенный и неравномерный износ поверхностей трения в начальный период холодной обкатки, вследствие пониженной подачи масла в зоны трения штатной системой смазки ДВС и наличия макрогеометрических искажений формы поверхностей, большая мощность электромашины.
7
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для холодной приработки цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания [Пат. РФ 66527, МКП G01M 15/00, F02B 79/00. Устройство для холодной приработки цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания / С.В.Тимохин, А.Н.Морунков, О.А.Царев (РФ). №2007122656; Заявлено 15.06.07; Опубл. 10.09.07. - 2 с.], содержащее ДВС, коленчатый вал которого связан с первым концом торсионного вала, электромашину с регулятором частоты вращения и тахометром, электрически соединенную с первым выходом блока электроснабжения, червячный редуктор, входной вал которого соединен с выходным валом электромашины, а выходной вал соединен со вторым концом торсионного вала, систему импульсного повышения давления масла, электрический вход которой подсоединен к второму выходу блока электроснабжения, третий выход которого подключен к электрическому входу системы подачи масла низкого давления, гидравлический вход которой подключен к сливному отверстию поддона картера ДВС и второму гидравлическому выходу системы импульсного повышения давления масла, а выход к главной масляной магистрали ДВС и входу обратного клапана, выход которого подключен к первому гидравлическому выходу системы импульсного повышения давления масла и входу (надпоршневому пространству) обкатываемого цилиндра ДВС через соединенные последовательно запорный вентиль и штуцер, установленный в отверстие форсунки или свечи зажигания, причем к впускному или выпускному клапанам газораспределительного механизма обкатываемого цилиндра ДВС подсоединен механизм управления клапаном, а к впускному и/или выпускному каналам головки блока цилиндров или коллекторам ДВС подключены прозрачные, изогнутые в наивысшей точке гидросистемы, трубопроводы (сифоны), соединенные с гидравлическим входом системы подачи масла низкого давления, при этом система импульсного повышения давления масла включает последовательно соединенные регулятор частоты вращения, первый электродвигатель, маховик, кулачковый преобразователь вращательного движения в поступательное, гидропульсатор и регулируемый перепускной клапан, связанный с задатчиком давления, причем к первому выходу гидропульсатора подключен первый манометр, а к валу первого электродвигателя тахометр, кроме этого электрический вход системы импульсного повышения давления масла подключен к регулятору частоты вращения, связанному с задатчиком частоты вращения, а первый и второй гидравлические выходы соединены соответственно с выходами гидропульсатора и регулируемого перепускного клапана, кроме того, система подачи масла низкого давления включает соединенные последовательно гидробак, фильтр, масляный насос и редукционный клапан, выход которого подключен к второму манометру и к входу масляного насоса, механический вход которого связан с валом второго электродвигателя, причем электрический вход соединен с электрическим входом второго электродвигателя, гидравлический вход соединен с гидробаком, а гидравлический выход подключен к выходу редукционного клапана.
Недостатком данного устройства является неидентичность условий приработки ЦПГ и КШМ отдельных цилиндров, так как они прирабатываются поочередно, за n-оборотов коленчатого вала (где n - число цилиндров ДВС) при этом при приработке первого цилиндра, остальные, вследствие кинематической связи через коленчатый вал, также совершают переносное (за счет привода от червячного редуктора) движение и колебательное относительное движение (за счет импульсной подачи масла системой импульсного повышения давления масла в первый цилиндр) при отсутствии давления в надпоршневом пространстве в остальных ненагруженных цилиндрах. При этом в этих цилиндрах будут преобладать процессы, характерные процессам типовой холодной обкатки - процессы истирания поверхностей сопряжений, а не упрочнения (наклепа), происходящие в первом нагруженном цилиндре. Это приведет к тому, что в последнем по порядку приработки цилиндре износ, вызванный истиранием поверхностей, и соответствующий начальный зазор будут иметь наибольшее значение. Кроме этого в устройстве не предусмотрена смазка гильз и поршней ненагруженных цилиндров, что может ухудшить качество приработки, а также высока трудоемкость обкатки, что связанно с необходимостью остановки процесса и поочередного, ручного переключения линии подачи масла с одного цилиндра на другой.
Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков и от его применения может быть получен следующий технический результат: обеспечение идентичности условий приработки ЦПГ и КШМ цилиндров ДВС, снижение износа поверхностей трения и усиление эффекта их наклепа, повышение равномерности приработки, как по поверхностям приработки так и по цилиндрам ДВС, уменьшение макрогеометрических искажений формы поверхностей трения всех цилиндров с самого начала холодной обкатки ДВС, обеспечение смазки всех поверхностей трения в достаточном объеме, а также снижение мощности электромашины для прокрутки коленчатого вала и автоматизация процесса обкатки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для холодной приработки цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма ДВС дополнительно содержит систему создания высокого давления масла, регулятор давления, блок программного управления, коммутатор, блок распределителя-модулятора, распределительные от первого до n выходы которого соединены с входами от первого до n штуцеров, выход слива масла блока распределителя-модулятора соединен с входом поддона картера ДВС, гидравлический вход блока распределителя-модулятора соединен с выходом системы создания высокого давления масла и входом регулятора давления, а электрические от первого до n входы блока распределителя-модулятора подсоединены к распределительным от первого до n выходам блока программного управления соответственно, управляющий выход которого через коммутатор соединен с управляющим входом блока электроснабжения, третий выход которого соединен с электрическим входом системы создания высокого давления масла, гидравлический вход которой соединен с выходом (сливным отверстием) поддона картера ДВС, кроме этого выход регулятора давления подключен к входу главной масляной магистрали ДВС, при этом система создания высокого давления масла содержит соединенные последовательно гидравлический вход системы создания высокого давления масла, фильтр и масляный насос, выход которого подключен к манометру, гидравлическому выходу системы создания высокого давления масла и входу редукционного клапана, выход которого соединен с входом масляного насоса, механический вход которого связан с валом электродвигателя, электрический вход которого соединен с электрическим входом системы создания высокого давления масла, причем блок распределителя-модулятора содержит n гидрораспределителей с электромагнитным управлением, при этом гидравлический вход блока распределителя-модулятора подсоединен к гидравлическим от первого до n входам гидрораспределителей, первые выходы слива которых объединены и подключены к выходу слива блока распределителя-модулятора, а распределительные от первого до n выходы блока распределителя-модулятора подключены к вторым выходам гидрораспределителей соответственно, кроме этого электрические от первого до n входы блока распределителя-модулятора подключены к электрическим от первого до n входам гидрораспределителей соответственно, кроме этого блок программного управления содержит микропроцессорный вычислитель, распределительные от первого до n выходы которого через электронные ключи подключены к распределительным от первого до n выходам блока программного управления соответственно, а управляющий выход микропроцессорного вычислителя подключен к управляющему выходу блока программного управления.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является наличие системы создания высокого давления масла, регулятора давления, блока распределителя-модулятора, коммутатора и блока программного управления, а также новых связей между известными и вновь введенными элементами.
Благодаря наличию этих признаков имеется возможность одновременной приработки всех цилиндров ДВС за один оборот коленчатого вала, в автоматическом режиме, по программе, записанной для каждого типа ДВС в памяти блока программного управления. В частности, в ней записывается число цилиндров ДВС, время его обкатки (время одного оборота, коленчатого вала) и параметры управляющих импульсов для каждого цилиндра ДВС и каждого момента времени начиная от начала и до конца обкатки, определяющие текущие значения давлений в цилиндре и соответственно нагрузки на сопряжения ДВС (длительность импульса подачи масла в надпоршневое пространство) и длительность интервала между концом (задним фронтом) импульса подачи масла в данный цилиндр и началом (передним фронтом) импульса подачи масла в следующий цилиндр по порядку их чередования в шаге обкатки (определяющая время полного сброса давления в данном цилиндре до атмосферного). За один шаг, время которого зависит от быстродействия электромагнитных клапанов блока распределителя-модулятора, давления и производительности системы создания высокого давления масла, числа цилиндров и других факторов, импульсы давления с крутыми фронтами за счет высокого до 10÷15 МПа давления на входе блока распределителя-модулятора и большой скорости открытия и закрытия его электромагнитных клапанов, последовательно, по кольцу поступают во все цилиндры ДВС, обеспечивая возвратно-поступательное перемещение поршней с амплитудой не менее трех высот поршневого кольца данного ДВС и импульсное, гидродинамическое нагружение сопряжений с эффектом наклепа, а также одновременность и равномерность приработки всех цилиндров.
Кроме этого, под действием импульса давления в текущем цилиндре, скорость поршня и угловая скорость коленчатого вала, а, следовательно, и их ускорения будут изменяться по величине и направлению, вызывая дополнительные, инерционные знакопеременные нагрузки на детали и сопряжения всех цилиндров, действующие в условиях достаточной смазки сопряжений, и обеспечивающие их приработку преимущественно за счет пластического деформирования поверхностей и наклепа, а не их истирания. Большие значения импульсных нагрузок, действующих с самого начала движения деталей КШМ и ЦПГ до трех и более раз превышающих нагрузки в известных устройствах обеспечивают исправление макрогеометрии формы сопряжений - осадку по постелям шатунных и коренных вкладышей, коррекцию эпюры радиальных усилий поршневых колец, формы гильзы цилиндров. Кроме этого, вследствие действия импульсов давления масла выявляются герметичность клапанов газораспределительного механизма, прокладки головки блока цилиндров, микротрещины гильз цилиндра ДВС 1 и другие дефекты.
Применение новых существенных признаков совместно с известными позволяет получить технический результат, заключающийся в обеспечении идентичности условий приработки ЦПГ и КШМ цилиндров ДВС, снижении износа поверхностей трения и усилении эффекта их наклепа, повышении равномерности приработки, как по поверхностям приработки так и по цилиндрам ДВС, уменьшении макрогеометрических искажений формы поверхностей трения всех цилиндров с самого начала холодной обкатки ДВС, обеспечении смазки всех поверхностей трения в достаточном объеме, а также снижении мощности электромашины для прокрутки коленчатого вала и автоматизации процесса обкатки.
На фиг.1 показана функциональная схема устройства для холодной приработки поршневого ДВС, на фиг.2 - функциональная схема системы создания высокого давления масла, на фиг.3 - функциональная схема блока распределителя-модулятора, на фиг.4 - функциональная схема блока программного управления и блок схема реализуемого им алгоритма управления, на фиг.5 - упрощенная электрическая схема блока электроснабжения и коммутатора.
Устройство для холодной приработки ЦПГ и КШМ ДВС (фиг.1), содержит ДВС 1, коленчатый вал которого связан с первым концом торсионного вала 2, электромашину 3 с регулятором 4 частоты вращения и тахометром 5, электрически соединенную с первым выходом 6.1 блока 6 электроснабжения, червячный редуктор 7, входной вал которого соединен с выходным валом электромашины 3, а выходной вал соединен со вторым концом торсионного вала 2 и, установленные в отверстия от первого до n (где n число цилиндров ДВС) форсунок или свечей зажигания, штуцеры 8 от первого до n, выходы которых соответственно соединены с надпоршневыми пространствами от первого до n цилиндров ДВС 1, систему 9 создания высокого давления масла, регулятор 10 давления, блок 11 программного управления, коммутатор 12, блок 13 распределителя-модулятора, распределительные от первого до n выходы которого соединены с входами от первого до n штуцеров 8, n+1 выход слива масла блока 13 распределителя-модулятора соединен с n+2 входом ДВС 1 (с поддоном картера), гидравлический n+1 вход блока 13 распределителя-модулятора соединен с выходом системы 9 создания высокого давления масла и входом регулятора 10 давления, а электрические от первого до n входы блока 13 распределителя-модулятора подсоединены к распределительным от первого до n выходам блока 11 программного управления соответственно, управляющий n+1 выход которого через коммутатор 12 соединен с управляющим входом 6.2 блока 6 электроснабжения, третий выход 6.3 которого соединен с электрическим входом 9.3 системы 9 создания высокого давления масла, гидравлический вход 9.1 которой соединен с n+3 выходом ДВС 1 (сливным отверстием поддона картера), кроме этого n+1 выход регулятора 10 давления подключен к n+1 входу ДВС 1 (к главной масляной магистрали).
Система 9 создания высокого давления масла (фиг.2) содержит соединенные последовательно гидравлический вход 9.1 системы 9 создания высокого давления масла, фильтр 14 и масляный насос 15, выход которого подключен к манометру 16, гидравлическому выходу 9.2 системы 9 создания высокого давления масла и входу редукционного клапана 17, выход которого соединен с входом масляного насоса 15, механический вход которого (приводной вал) связан с валом электродвигателя 18, электрический вход которого соединен с электрическим входом 9.3 системы 9 создания высокого давления масла.
Блок 13 распределителя-модулятора (фиг.3) содержит n гидрораспределителей 19 с электромагнитным управлением, при этом гидравлический n+1 вход блока 13 распределителя-модулятора подсоединен к гидравлическим от первого до n входам гидрораспределителей 19, первые выходы слива которых объединены и подключены к n+1 выходу слива блока 13 распределителя-модулятора, а распределительные от первого до n выходы блока 13 распределителя-модулятора подключены к вторым выходам гидрораспределителей 19 соответственно, кроме этого электрические от первого до n входы блока 13 распределителя-модулятора подключены к электрическим от первого до n входам гидрораспределителей 19 соответственно.
Блок 11 программного управления (фиг.4) содержит микропроцессорный вычислитель 20, распределительные от первого до n выходы которого через электронные ключи 21 подключены к распределительным от первого до n блока выходам 11 программного управления соответственно, а управляющий n+1 выход микропроцессорного вычислителя 20 подключен к управляющему n+1 выходу блока 11 программного управления.
Блок 6 электроснабжения (фиг.5) содержит связанный с электрической питающей сетью входной рубильник 22, первый 23 и второй 24 магнитные пускатели, нормально разомкнутые контакты которых 23.1 и 24.1 включены между выходом рубильника 22 и первым 6.1 и вторым 6.2 выходами блока 6 электроснабжения соответственно, при этом цепь питания катушек магнитных пускателей 23 и 24 присоединена к управляющему входу блока 6 электроснабжения, а третий выход 6.3 блока 6 соединен с выходом рубильника 22.
Коммутатор 12 (фиг.5) выполнен в виде электромагнитного реле с нормально-разомкнутыми контактами 25 включенными между шиной питания и выходом коммутатора 12, а цепь питания катушки реле присоединена к управляющему входу коммутатора 12.
Работа устройства на примере холодной обкатки четырехтактного n - цилиндрового ДВС происходит следующим образом.
Перед началом использования устройства осуществляют программирование микропроцессорного вычислителя 20 блока 11 программного управления с использованием программы разработанной на основе представленного на фиг.4 алгоритма, а в память микропроцессора вычислителя 20 заносят параметры обкатываемых ДВС - число цилиндров, время обкатки, а также определенные предварительно (теоретически или экспериментально) зависимости или массив значений длительности импульсов включения электромагнитов гидрораспределителей 19 (определяющих текущие значения максимальных давлений в цилиндрах) и длительности пауз между задним фронтом текущего импульса и передним фронтом следующего (определяющих время сброса давления до атмосферного), от времени обкатки (угла поворота коленчатого вала), для каждого из цилиндров ДВС данной марки. В общем случае создаваемое в цилиндрах давление должно быть максимально при нахождении поршней вблизи мертвых точек и минимально при угле поворота кривошипа коленчатого вала 70…80 и 250…260 градусов, а развиваемый крутящий момент не больше допустимого для данного ДВС по условию механической прочности деталей КШМ и ЦПГ.
Перед началом обкатки отключают привод клапанов газораспределительного механизма (ГРМ) например, демонтажом или не установкой при сборке ДВС1 распределительного вала, устанавливают поршень первого цилиндра ДВС 1 в положение ВМТ (по меткам), в отверстия с первого по n форсунок или свечей зажигания заливают масло (до заполнения надпоршневых пространств) и устанавливают в них штуцеры 8, подключают выход регулятора давления 10 к n+1 входу ДВС (к главной масляной магистрали), n+3 выход ДВС 1 (сливное отверстие поддона картера) соединяют с гидравлическим входом 9.1 системы создания высокого давления масла 9 и соединяют коленчатый вал ДВС 1 с первым концом торсионного вала 2. Далее подают питание на устройство рубильником 22 блока электроснабжения 6.
При включении клавиши «пуск» блока 11 программного управления (на схеме фиг.4 не показана) согласно алгоритма работы микропроцессорного вычислителя 20 на его управляющем выходе П0 и управляющем n+1 выходе блока 11 появится сигнал высокого уровня, который включит коммутатор 12 через контакты 25 которого с шины питания поступит управляющее напряжение на вход 6.2 блока 6 электроснабжения (на катушки магнитных пускателей 23, 24), при этом, через контакты 23.1 магнитного пускателя 23 поступит напряжение на выход 6.1 блока 6 и далее на электромашину 3, а через контакты 24.1 на выход 6.3 блока 6, затем на вход 9.3 блока 9 и далее на электродвигатель 18 привода масляного насоса 15.
Начнется вращение коленчатого вала ДВС 1 за счет крутящего момента, создаваемого червячным редуктором 7, создастся требуемое, заданное настройкой редукционного клапана 16 и контролируемое по манометру 16, давление на гидравлическом n+1 входе блока 13 распределителя-модулятора. Кроме этого часть масла через регулятор 10 давления будет поступать масло на n+1 вход ДВС (в главную масляную магистраль) и далее к подшипникам коленчатого вала (с давлением 0.3 МПа).
Согласно алгоритма работы блока 11 программного управления с момента пуска программы начнется отсчет времени обкатки, а на электромагниты гидрораспределителей 19 поочередно начнут поступать импульсы управления с распределительных от первого до n выходов блока 11 программного управления, с переменной, в зависимости от положения поршней длительностью, определяющей максимальное давление в цилиндре ДВС 1 и соответственно нагрузку на сопряжения.
Во время действия импульса масло будет поступать в надпоршневое пространство цилиндра, давить на поршень и перемещать его к нижней мертвой точке прокручивая на некоторый угол коленчатый вал ДВС 1 и закручивать торсионный вал 2, второй конец которого затормаживается медленно вращающимся выходным валом червячного редуктора 7. Происходят силовое, ударное нагружение всех деталей и сопряжений ЦПГ и КШМ и процессы пластического деформирования и наклепа поверхностей трения (исправление макро- и микрогеометрии).
По окончании импульса управления гидрораспределитель 19 соединяет надпоршневое пространство с n+2 входом поддона картера ДВС 1, происходит слив масла в поддон картера, давление в надпоршневом пространстве снижается до атмосферного и торсионный вал 2 раскручиваясь возвращает КШМ в исходное положение. Прямоугольная форма управляющего импульса обеспечивает высокую скорость нарастания и сброса давления, и следовательно ударные, динамические воздействия на сопряжения усиливающие эффект наклепа.
После завершения цикла гидродинамического нагружения первого цилиндра (истечения заданного для данного шага и цилиндра времени такта сброса давления) блок 11 программного управления подает управляющий сигнал на гидрораспределитель 19 другого цилиндра, который нагружается аналогично, но с соответствующей положению его поршня величиной давления.
После завершения прохода по всем цилиндрам (шага обкатки) циклы гидродинамического нагружения цилиндров повторяются в той же последовательности и с величинами давлений и времени такта сброса давлений, соответствующими номеру шага и цилиндра (или текущему значению времени обкатки).
Через регулятор 10 давления часть масла с выхода системы создания высокого давления поступает в главную масляную магистраль ДВС 1 для смазки подшипников коленчатого вала, откуда оно стекает в поддон картера ДВС 1. Туда же стекает масло просочившееся из надпоршневых пространств цилиндров ДВС 1 (через неплотности между гильзой, поршнем и поршневыми кольцам.
По истечении времени обкатки появляется нулевой уровень на управляющем n+1 выходе блока 11 программного управления и коммутатор 12 дает команду блоку 6 электроснабжения на отключение питания электромашины 3 и электродвигателя 18 системы 9 создания высокого давления. Процесс холодной приработки ЦПГ и КШМ ДВС 1 заканчивается. После ее завершения отключают элементы устройства от ДВС, собирают и регулируют газораспределительный механизм и переходят к горячей обкатке или испытаниям.
Система 9 создания высокого давления создает необходимое для приработки ДВС 1, заданное настройкой редукционного клапана 17 давление масла, величина которого может быть неизменной для всех типов ДВС 1, большей или равной максимальному давлению цикла наиболее форсированного по этому параметру ДВС (до 10÷15 МПа). Повышенное значение давления увеличивает скорость нарастания давления в цилиндре, тем самым сокращает время цикла гидродинамического нагружения и усиливает динамические инерционные нагрузки на детали ЦПГ и КШМ и эффект наклепа. Система 9 может быть выполнена по классической схеме систем питания гидрооборудования с приводом масляного насоса от электродвигателя, с фильтром на входе и редукционным клапаном.
Блок 13 распределителя-модулятора давления управляет поступающим потоком масла от системы 9 создания высокого давления, направляя его поочередно в цилиндры ДВС 1, через штуцеры 8 установленные в отверстия форсунок или свечей зажигания, и обеспечивает широто-импульсную модуляцию потока масла, путем изменения длительности открытия канала подачи масла электромагнитного клапана каждого цилиндра, по командам блока 11 программного управления. Чем меньше длительность открытия электромагнитного клапана, тем до меньших значений поднимается давление в данном цилиндре и наоборот. По окончании процесса нагнетания масла в цилиндр (окончании импульса управления электромагнитным клапаном блока 13), канал подачи закрывается, а открывается канал слива масла из надпоршневого пространства через штуцер 8, нормально-открытый электромагнитный клапан, в поддон картера ДВС 1. Блок 13 представляет собой сборку типовых гидрораспределителей для управления гидроцилиндрами одностороннего действия с электромагнитным управлением (например, от гидросистемы комбайна ДОН-1500).
Блок 11 программированного управления обеспечивает автоматическое управление процессом приработки, а также электромагнитными клапанами блока 13 распределителя-модулятора путем подачи импульсов управления с оптимальными для каждого типа ДВС, каждого цилиндра и положения поршня, параметрами - длительностью импульса и длительностью паузы между задним фронтом данного импульса и передним фронтом следующего, определенными экспериментально и занесенными в память программного блока управления в файл данного типа ДВС, куда также заносится число цилиндров ДВС и время обкатки (одного полного оборота коленчатого вала). Длительность импульса определяет амплитуду давления масла и нагрузку на детали и сопряжения ДВС, а длительность паузы - продолжительность сброса давления в данном цилиндре до атмосферного. Это необходимо для идентичности начальных условий нагружения всех цилиндров.
Алгоритм работы блока 11 программного управления (фиг.4) определяет следующую последовательность выполнения обкатки ДВС 1.
0
Перед началом обкатки оператором устанавливается на панели управления (на фиг.4 не показано) блока 11 программного управления марка обкатываемого ДВС (ввод марки двигателя). После запуска микропроцессорный вычислитель 20 считывает марку двигателя и вводит из постоянного запоминающего устройства параметры ДВС (число цилиндров n) и время обкатки (т заданное), устанавливает начальные значения для номера цилиндра i и шага j обкатки. Далее запускается 1-й таймер, задающий время обкатки Т.
В цикле гидродинамического нагружения отрабатываются следующие действия:
1
- по номеру цилиндра i и шагу j обкатки считывается длительность импульса нагружения τ;
- запускается 2-й таймер на время нагружения и включается электромагнитный клапан блока 13 распределителя-модулятора подающий масло в цилиндр с текущим номером;
2
- по номеру цилиндра и шагу обкатки считывается время длительность импульса сброса давления τ;
- по завершении времени нагружения обнуляется 2-й таймер, выключается электромагнитный клапан и масло из цилиндра поступает на слив, при этом снова запускается 2-й таймер на время сброса давления (нагрузки);
2
- по завершении времени сброса нагрузки (τ=0) увеличивается на единицу содержимое счетчика номера цилиндра (i:=i+1);
- по содержимому счетчика определяется завершение прохода по всем цилиндрам на текущем шаге и в случае если проход не завершен, происходит возврат в начало цикла
- если проход завершен (i=n+1), то производится приращение счетчика номера шага на единицу (j:=j+1), а в счетчик номера цилиндра записывается 1 и начинается следующий шаг.
- проверяется завершение времени обкатки двигателя по содержимому таймера 1; если обкатка не завершена, то происходит возврат в начало цикла;
- по истечении времени обкатки выдается команда «останов» на коммутатор 12 и далее на блок 6 электроснабжения, при этом отключается питание электродвигателя 18 системы 9 создания высокого давления масла и электромашины 3. Программа обкатки завершается.
Электромашина 3 с регулятором 4 частоты вращения и червячным редуктором 7 обеспечивает прокрутку коленчатого вала ДВС через торсионный вал 2, с требуемой сверхнизкой частотой вращения.
Торсионный вал 2 обеспечивает противодействие крутящему моменту ДВС 1 при нарастании давления в цилиндре и нагружение сопряжений ЦПГ и КШМ с возможностью поворота коленчатого вала на некоторый угол за счет закрутки и обратный поворот коленчатого вала в исходное положение при сбросе давления (за счет раскрутки), а также передачу крутящего момента от червячного редуктора 7 к коленчатому валу ДВС 1 без остановки выходного вала редуктора 7 и электромашины 3 при нарастании давления в цилиндрах. Характеристика торсионного вала (зависимость момента от угла закрутки) выбирается исходя из максимального значения крутящего момента ДВС возникающего в процессе рассматриваемого способа приработки с гидродинамическим нагружением.
-1
Использование червячного редуктора 7 совместно с электромашиной 3 позволяет получить сверхнизкую частоту вращения коленчатого вала ДВС 1 (0,05÷1 мин) и исключить передачу момента от коленчатого вала ДВС 1 на электромашину 3 вследствие эффекта самоторможения его выходного вала. В качестве электромашины 3 могут быть использованы электродвигатели допускающие глубокое регулирование частоты вращения - шаговые, постоянного тока и другие. При большом передаточном числе червячного редуктора 7 потребная мощность электромашины будет небольшой.
Коммутатор 12 обеспечивает включение и выключение электропитания электромашины 3 и электродвигателя 18 системы 9 создания высокого давления по командам блока 11 программного управления. Выполнен в виде электромагнитного реле с нормально-разомкнутыми контактами (фиг.5) включенными в цепь питания катушек магнитных пускателей 23, 24 блока 6 электроснабжения. Шина питания контактов коммутатора 12 на фиг.1 не показана.