Hình 3 .3Tỷ lệ trượt và lực trượt
Hình 3.14 Đường cong Stribeck
Ma sát tổng thể được tạo thành từ hai phần ma sát rắn (hay ma sát biên) và ma sát chất lỏng. Khi dừng lại, chúng ta có ma sát tĩnh. Ở số vòng quay động cơ thấp, đầu tiên chúng ta có ma sát rắn và ma sát biên, sau đó xuất hiện dải ma sát hỗn hợp trong đó ma sát giảm khi tăng số vịng quay của động cơ với sự gia tăng tương ứng của màng hỗ trợ thủy động lực. Điểm ly khai trong biểu diễn mơ hình này là điểm tại đó màng hỗ trợ thủy động lực học có thể tách biệt hồn toàn độ nhám bề mặt của hai đối tác ma sát. Tốc độ động cơ đạt được trạng thái này còn được gọi là tốc độ chuyển tiếp mà tại đó ma sát nhỏ nhất xảy ra. Ở tốc độ động cơ cao hơn
tốc độ chuyển tiếp, ma sát chất lỏng xảy ra, và ma sát lại tăng lên do tốc độ cắt ngày càng tăng.
Việc tăng tải trọng lên cặp ma sát hoặc giảm độ nhớt của chất lỏng sẽ làm dịch chuyển tốc độ chuyển tiếp lên trên và mở rộng phạm vi ma sát hỗn hợp.
Các trạng thái hoạt động trên nhánh bên trái của đường cong Stribeck khơng ổn định, vì một sự thay đổi ngắn như tăng số vòng quay động cơ hoặc giảm tải dẫn đến sự gia tăng đáng kể hệ số ma sát và do đó, tự động khuếch đại lỗi. Vì lý do này, điểm hoạt động của một cặp ma sát trong hoạt động liên tục phải đủ xa điểm ly khai trên nhánh bên phải của đường cong Stribeck.
3.5 Phương pháp đo độ ma sát
Tính tốn chính xác tổn thất ma sát liên quan đến rất nhiều cơng việc. Có nhiều cách khác nhau để xác định độ ma sát, mặc dù phần lớn những cách này cho thấy sự khơng chính xác đáng kể. Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để tính ma sát:
• Phương pháp tóm tắt: Ở đây động cơ được tắt sau khi ổn định tại một điểm vận hành và sự thay đổi tốc độ được đo dưới dạng một hàm của thời gian. Mômen ma sát hoặc áp suất ma sát trung bình sau đó được tính bằng cách sử dụng mơmen qn tính của các khối lượng chuyển động.
• Phương pháp ngắt: Trên động cơ nhiều xi lanh, việc cung cấp nhiên liệu cho một trong các xi lanh bị ngắt, và xi lanh này sau đó được kéo theo các xi lanh làm việc khác. Tổn thất ma sát có thể được xác định từ sự thay đổi công suất hiệu dụng của động cơ trước và sau khi ngắt nhiên liệu.
• Đường Willans: Mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ được biểu thị trên trục Y dựa trên Pme áp suất hiệu dụng trung bình đối với các tốc độ động cơ khác nhau. Các giao điểm với trục Pme âm sau đó được xác định bằng phép ngoại suy tuyến tính của các giá trị xuống mức tiêu thụ nhiên liệu bằng khơng; chúng có thể được
coi là áp suất ma sát trung bình ở các tốc độ động cơ tương ứng. • Phương pháp vận hành: Động cơ được động cơ trên giàn thử nghiệm bằng động cơ bên ngồi. Cơng suất cần thiết để dẫn động động cơ được coi là tổn thất ma sát. Với phương pháp này, động cơ có thể được đo ở nhiệt độ vận hành và đo ngay sau khi ngắt nguồn cung cấp nhiên liệu hoặc nó có thể được điều hịa thơng qua lắp đặt bộ điều nhiệt bên ngồi.
• Phương pháp dải: Đo dải là một dạng động cơ đặc biệt được sử dụng để đo tổn thất ma sát của các thành phần động cơ khác nhau, chẳng hạn như ma sát của động cơ, bộ truyền động van và các bộ truyền động phụ. Ký hiệu này bắt nguồn từ phương pháp mà động cơ được tháo (tước) từng bước trên một giàn thử nghiệm động cơ. Tổn thất do ma sát của các thành phần riêng lẻ được xác định từ sự chênh lệch giữa các giá trị đo có và khơng có các thành phần này. Tổng ma sát của động cơ thu được bằng cách cộng các giá trị cho các bộ phận riêng lẻ.
• Phương pháp chỉ thị: Phương pháp này có thể được sử dụng để xác định ma sát của động cơ ở chế độ lái xe. Tích hợp áp suất xi lanh đo được trong một chu kỳ làm việc mang lại công việc được chỉ định Wi
mà, được gọi là thể tích qt, cho biết áp suất trung bình pmi. Nếu áp suất hiệu dụng trung bình pme tính được từ mômen đo được tại trục truyền động được trừ đi, chúng ta thu được áp suất ma sát trung bình pmr.
• Phương pháp đo đặc biệt: Ngồi các phương pháp đo ma sát được mô tả ở trên, có một số lượng lớn các phương pháp khác để xác định, ví dụ, ma sát của các bộ phận riêng lẻ trong q trình hoạt động. Mặt bích đo mơ-men xoắn có thể được sử dụng để thực hiện các phép đo trên các bộ phận được dẫn động bằng trục. Đối với nhóm piston, có nhiều phương tiện khác nhau để đo lực ma sát của piston.
Một khía cạnh quan trọng đối với độ chính xác và độ tái lập của các phương pháp riêng lẻ và do đó, đối với khả năng so sánh của các phép đo khác nhau là tuân thủ
nghiêm ngặt các điều kiện biên. Ví dụ, đối với tất cả các phương pháp đo này, nhiệt độ dầu bôi trơn và nước làm mát của động cơ phải được đặt ở mức nhỏ hơn ± 1 K. Điều này thường chỉ có thể thực hiện được khi chỉ sử dụng lắp đặt bộ điều nhiệt bên ngồi có độ chính xác cao.
Trong số các khả năng được mô tả để xác định pmr, ba khả năng đầu tiên có thể khơng chính xác đáng kể từ nguyên tắc của phương pháp và do đó chỉ thích hợp cho việc xác định các xu hướng.
Với phương pháp truyền động cơ, vấn đề là mơmen qn tính của một động cơ hồn chỉnh khơng chỉ bao gồm ma sát của động cơ cơ học và công suất truyền động của các bộ truyền động phụ mà còn bao gồm cả tổn thất chu kỳ nạp và nếu khơng có dấu hiệu bổ sung thì khơng thể phân biệt được giữa ma sát. và tổn thất chu kỳ phí. Tuy nhiên, vì tổn thất chu kỳ nạp phản ứng rất nhạy cảm với những thay đổi của điều kiện xung quanh trên giàn thử nghiệm hoặc với những khác biệt nhỏ trong hệ thống nạp và hệ thống xả, nên phương pháp này khá hạn chế khả năng so sánh của các động cơ khác nhau.
Với phương pháp dải, các điều kiện biên có thể được thiết lập rất chính xác bằng cách sử dụng các hệ thống bên ngồi để có thể đạt được độ tái lập tốt và khả năng so sánh của các kết quả. Đặc trưng cho phương pháp dải là thực tế là động cơ luôn được truyền động qua trục đầu ra. Điều này có ưu điểm so với các phương pháp đo khác là các điều kiện biên đối với các bộ phận được xem xét càng gần với điều kiện thích hợp của động cơ càng tốt và đảm bảo khả năng chuyển giao kết quả tốt. Đồng thời, điều này dẫn đến hạn chế đối với việc áp dụng phương pháp dải để xác định tổn thất ma sát của bất kỳ bộ phận cụ thể nào của động cơ quay: Cấu hình chức năng (theo nghĩa vận hành) của động cơ phải khả thi khi có và khơng có chuyển động đồng thời của các bộ phận đang xét.Do đó, điều này có nghĩa là các giá trị ma sát được đo cho một thành phần luôn bao gồm cả ma sát quy về ổ đĩa;
những thứ này cũng bị loại bỏ khi các thành phần được loại bỏ. Ví dụ, việc xác định ma sát trong bộ truyền động van cũng bao gồm ma sát sinh ra trong đai thời gian hoặc chuỗi thời gian. Điều này cũng hợp lý ở chỗ tổn thất điện năng có thể được phân bổ đến thành phần được đề cập và tải và bất kỳ động lực nào ảnh hưởng đến mức độ tổn thất công suất.
Phương pháp chỉ dẫn yêu cầu đo lường cao hơn phức tạp để có được kết quả đáng tin cậy. Một điều tuyệt vời ảnh hưởng đến từ thực tế là với nhiều xi lanh động cơ, các xi lanh riêng lẻ có thể thể hiện đáng kể sự khác biệt về áp suất trung bình của chúng. Vì lý do này, một phép đo áp suất trên tất cả các chai cùng một lúc là cần thiết. Điều này gây ra sự phức tạp đáng kể cho phép đo trong thực tế. Hơn nữa, sự phức tạp là tăng lên bởi thực tế là ngay cả những lỗi nhỏ trong TDC định vị và sai lệch trong phép đo áp suất từ đường chuẩn của cảm biến áp suất gây ra sự khác biệt đáng kể trong giá trị pmi và lỗi trong phép đo mô-men xoắn làm sai lệch giá trị pme. Rất tuyệt do đó, địi hỏi phải được thực hiện dựa trên độ chính xác của chỉ báo và phép đo mơ-men xoắn, do kết quả của phép trừ (của áp suất ma sát trung bình) là nhiều hơn nhỏ hơn một công suất nhỏ hơn các thông số ban đầu, do đó phần trăm lỗi được nhân với hệ số mười.
Ngay cả những sai lệch nhỏ trong việc xác định TDC của piston do đó ảnh hưởng đến việc tính tốn áp suất trung bình được chỉ ra và do đó, cũng là trung bình áp suất ma sát. Các nghiên cứu cơ bản đã chỉ ra rằng một sai số chỉ 0,1 ° ở vị trí TDC của trục khuỷu có thể ảnh hưởng đến áp suất ma sát trung bình được tính tốn nhiều hơn 10%, tùy thuộc vào tải động cơ.
So sánh trực tiếp các phép đo khác nhau không thể thực hiện được các phương pháp vì các điều kiện biên khác nhau ảnh hưởng đến kết quả đo. Điều này được minh họa như một ví dụ về động cơ diesel với trực tiếp sự phung trong Hình 3.15. Nhiệt độ chất lỏng đã được được giữ nguyên cho loạt thử nghiệm hoàn chỉnh: dầu
90°C nhiệt độ trong phịng trưng bày chính và đầu ra nước làm mát 90 ° C nhiệt độ. Một mối tương quan tốt trên toàn bộ động cơ dải tốc độ thu được giữa các kết quả của dải các phép đo và phép đo vận động (phí tổn thất chu kỳ được xác định bằng cách chỉ ra và khấu trừ). Các giá trị ma sát khác nhau được phát hiện với động cơ là do những ảnh hưởng sau:
• Nhiệt độ màng dầu nhờn trong động cơ là cao hơn mặc dù cùng nhiệt độ trong dầu chính bộ sưu tập.
• Q trình đốt cháy dẫn đến nhiệt độ cao hơn ở nhóm pít-tơng và ống xi-lanh. • Lực piston phần bên thay đổi do áp suất khí.
• Điều kiện tải của bơm phun thay đổi.
Hình 3.15:So sánh các phương pháp đo khác nhau trên một động cơ diesel ô tô với phun trực tiếp
Ảnh hưởng của Trạng thái hoạt động và Các điều kiện ranh giới
Trạng thái hoạt động của động cơ và các điều kiện biên mà động cơ được vận hành có ý nghĩa ảnh hưởng đến hành vi ma sát. Điều quan trọng nhất các thông số được mô tả bên dưới.
3.5.1 Trạng thái chạy bên trong động cơ đốt cháy
Trong những giờ đầu tiên hoạt động, sự thích nghi của lực ma sát các đối tác diễn ra tại các điểm trượt riêng lẻ và với nó là sự làm mịn của bề mặt khơng đồng đều. Q trình này liên quan đến một lượng mòn nhất định và làm tăng tổng thất ma sát của động cơ. Do đó, q trình chạy diễn ra đặt ở các tốc độ khác nhau cho các cặp ma sát khác nhau và được hoàn thành trong động cơ xe hơi hiện đại sau khoảng 20–30 giờ hoạt động, nhưng trong các trường hợp cá nhân chỉ sau hơn 100 giờ hoạt động, để động cơ đạt một mức ma sát không đổi. Điều này ít nhiều vẫn khơng đổi cho đến khi các thành phần động cơ đạt đến giới hạn tuổi thọ, dẫn đến sự gia tăng ma sát một lần nữa.
3.5.2Độ nhớt của dầu
Thông qua sự thay đổi của lực cắt, độ nhớt của chất bơi trơn có ảnh hưởng đáng kể đến các điều kiện tại điểm bôi trơn. Với ranh giới không thay đổi điều kiện, hoạt động của động cơ đốt trong với các loại dầu bơi trơn có độ nhớt khác nhau dẫn đến thay đổi trạng thái ma sát. Độ nhớt thấp hơn của dầu bơi trơn có nghĩa là khả năng chịu tải của khe hở bôi trơn thấp hơn và do đó, giảm màng bơi trơn độ dày. Điều này cũng liên quan đến sự gia tăng tiếp xúc giữa các chất rắn trong vùng ma sát hỗn hợp. Tùy ở các điều kiện biên, ma sát sau đó giảm xuống nếu phần ma sát thủy động học chiếm ưu thế hoặc tăng nếu tiếp điểm rắn tăng mạnh. Các hành
vi của khác nhau dầu có độ nhớt khác nhau được minh họa trong (Hình 3.16)