Способ горячей обкатки двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: контрольно-сдаточные испытания двигателей после их изготовления или ремонта. Сущность изобретения: способ включает последовательную работу двигателя на холостом ходу и под нагрузкой. При этом работу двигателя на холостом ходу осуществляют с частичной рециркуляцией газа из выпускного коллектора во впускной при соотношении 0,4 - 0,8 общего расхода газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, и частоте вращения его, обеспечивающей температуру этой смеси на входе в цилиндры 90 - 150°С. Продолжительность холостого хода определяют по температуре масла в двигателе не менее 60°С. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для горячей обкатки двигателей внутреннего сгорания при контрольно-сдаточных испытаниях после их изготовления или ремонта.

Известен способ горячей обкатки двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что запускают двигатель и осуществляют нагружение переменной нагрузкой при неустановившихся режимах разгона и замедления [1].

Недостатком данного способа обкатки является значительная трудоемкость испытаний.

Известен способ горячей обкатки двигателя внутреннего сгорания, включающий обкатку без нагрузки и последующий период принудительного вращения вала двигателя на обкаточном стенде [2].

Недостатком известного способа обкатки является ограниченность его применения, так как его использование требует специальных стендов с электрическими балансирными машинами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ горячей обкатки двигателя внутреннего сгорания, включающий последовательную работу двигателя на холостом ходу и под нагрузкой [3].

Известно, что температура масла в двигателе существенно влияет на механические потери и на его топливную экономичность. При известном способе обкатки продолжительность работы двигателя под нагрузкой в несколько (4-6) раз превосходит продолжительность холостого хода, которая определяется временем на регламентные работы (контрольный осмотр и устранение мелких неисправностей).

Температура масла в двигателе, достигаемая при работе его на холостом ходу, составляет 40-45^oC, т.е. намного ниже температуры, при которой стабилизируются механические потери (80-110^oC), указанная температура масла достигается уже при работе двигателя под нагрузкой по истечении 15-30% от продолжительности этого режима. Это существенно повышает расход топлива и количество вредных выбросов при такой обкатке.

Цель изобретения - снижение расхода топлива и вредных выбросов путем сокращения продолжительности работы под нагрузкой.

Поставленная цель достигается тем, что в способе горячей обкатки двигателя внутреннего сгорания, включающем последовательную работу двигателя на холостом ходу и под нагрузкой, работу на холостом ходу осуществляют с частичной рециркуляцией газа из выпускного коллектора во впускной в объеме 0,4-0,8 от общего расхода газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, и частоте вращения его, обеспечивающей температуру этой смеси на входе в цилиндры 90-150^oC, а продолжительность холостого хода определяют по температуре масла в двигателе не менее 60^oC.

Осуществление рециркуляции газа из выпускного коллектора во впускной во время работы двигателя на холостом ходу позволяет использовать тепло отработавших газов, которое ранее безвозвратно выбрасывалось в атмосферу, для ускорения прогрева двигателя с меньшим расходом топлива по сравнению с работой двигателя под нагрузкой. Кроме того, за счет рециркуляции газа сокращается расход воздуха через двигатель и соответственно этому уменьшается объем вредных выбросов.

Рециркуляция газа в количестве 0,4-0,8 от общего расхода газовоздушной смеси через двигатель поддерживает оптимальный коэффициент избытка воздуха в цилиндре, при котором индикаторный коэффициент полезного действия имеет максимальное значение, а расход топлива - минимальный, а также обеспечивает устойчивую работу двигателя, т.е. стабильную частоту его вращения.

Установление частоты вращения двигателя, обеспечивающей температуру газовоздушной смеси на входе в цилиндры 90-150^o, позволяет осуществить ускоренный прогрев стенок цилиндров двигателя до этой температуры и соответственно масла. Работа двигателя на холостом ходу до температуры масла не менее 60^oC, т. е. температуре, при которой стабилизируются механические потери, снижает продолжительность работы двигателя под нагрузкой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ горячей обкатки двигателя отличается осуществлением частичной рециркуляции газа из выпускного коллектора во впускной при работе двигателя на холостом ходу, установлением соотношения 0,4-0,8 объема перепускного газа от общего расхода газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а также частоты вращения двигателя, при которой обеспечивается температура этой смеси 90-150^oC, и установлением продолжительности холостого хода по температуре масла в двигателе не менее 60^oC.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа обкатки на двигателе с турбонаддувом; на фиг.2 - диаграммы режимов горячей обкатки двигателя; а) известный способ, б) предлагаемый, N_c - мощность нагружения при обкатке, Т - продолжительность обкатки, Т_хх - время работы на холостом ходу.

Двигатель 1 с масляным картером соединен с тормозным стендом 2. Турбокомпрессор 3 подсоединен турбиной 4 к выпускному коллектору 5, а компрессором 6 - к впускному коллектору 7 двигателя 1. Выпускной патрубок 8 турбины 4 сообщен с впускным патрубком 9 компрессора каналом 10 рециркуляции, в котором установлена поворотная заслонка 11. Стенд оборудован также приборами для замера всех рабочих параметров процесса обкатки двигателя: термометрами для замера температуры воды, масла, газовоздушной смеси на входе в цилиндры, тахометром для измерения частоты вращения и др.

Перед запуском двигателя заслонку 11 устанавливают в положение, при котором выпускной патрубок 8 турбины 4 разобщен с впускным патрубком 9 компрессора. Затем одним из известных способов (электростартером, пусковым двигателем или от балансирной машины) производят запуск двигателя и устанавливают его в режим холостого хода (без нагрузки). После запуска заслонку 11 в канале 10 рециркуляции переводят в положение, при котором происходит частичная рециркуляция газа из выпускного коллектора 5 во впускной коллектор 7 в объеме 0,4-0,8 от общего расхода газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Остальная часть газа выбрасывается в атмосферу.

При работе двигателя на холостом ходу (отрезок Т_хх на фиг.2,б) по тахометру устанавливают такую частоту его вращения, при которой достигается температура газовоздушной смеси на входе в цилиндры 90-150^oC. При этом за счет рециркуляции газа из выпускного коллектора во впускной в количестве 0,4-0,8 от общего расхода газовоздушной смеси через двигатель обеспечивается оптимальный коэффициент избытка воздуха в цилиндре (для дизеля - 2,1-2,3), при котором индикаторный коэффициент полезного действия имеет максимальное значение, а также обеспечивается устойчивая работа двигателя, т.е. стабильная частота его вращения.

При содержании отработавшего газа в смеси более 0,8 ее объема двигатель глохнет из-за недостатка кислорода. При содержании отработавшего газа в газовоздушной смеси менее 0,4 ее объема уменьшается температура этой смеси, поступающей в цилиндры, и для ускорения прогрева двигателя на этом режиме необходимо увеличивать частоту его вращения, что повышает расход топлива.

В процессе работы двигателя на холостом ходу за счет рециркуляции газовоздушной смеси при температуре ее 90-150^oC на входе в цилиндры происходит ускоренный прогрев стенок цилиндра, поршневой группы, воды и масла соответственно. При уменьшении температуры газовоздушной смеси менее 90^oС скорость этого прогрева уменьшается, а следовательно, продолжительность холостого хода увеличивается, что отрицательно сказывается на топливной экономичности обкатки. С увеличением температуры смеси более 150^oС возникает опасность в пригорании кромок поршневых колец и нарушении экономичной работы двигателя в дальнейшем при эксплуатации.

За счет приработки трущихся поверхностей и с увеличением температуры масла в двигателе величина механически потерь (момент сил трения на коленчатом валу двигателя) постепенно снижается.

Продолжительность холостого хода с рециркуляцией газовоздушной смеси зависит от исходной температуры масла, заправляемого в двигатель, причем режим холостого хода Т_хх осуществляют по достижению температуры нагрева масла не менее 60^oC. Эта температура соответствует началу стабилизации вязкости моторных масел на минимальном уровне. Моменту стабилизации вязкости масел примерно соответствует стабилизация механических потерь, а это дает возможность перевести двигатель с холостого хода на нагрузочные режимы (см. фиг.2,б). Поэтому при достижении указанной температуры масла режим холостого хода с рециркуляцией газа прекращают и последующее нагружение двигателя производят уже при температуре масла, обеспечивающей минимальные механические потери. Это соответственно снижает продолжительность этого периода обкатки, т.е. режима с повышенным расходом топлива и вредных выбросов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ГОРЯЧЕЙ ОБКАТКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в его последовательной работе на холостом ходу и под нагрузкой, отличающийся тем, что при работе двигателя на холостом ходу с помощью стендового оборудования осуществляют частичную рециркуляцию газа из выпускного коллектора во впускной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рециркуляцию газа осуществляют в объеме 0,4-0,8 общего расхода газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при работе двигателя на холостом ходу температуру газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры, поддерживают в пределах 90-150^oС.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что при работе двигателя на холостом ходу измеряют температуру масла и при достижении ею не менее 60^oС, переводят двигатель в режим работы под нагрузкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2