Способ оценки идентичности последовательных циклов работы двигателя внутреннего сгорания

 

СПОСОБ ОЦЕНКИ ИДЕНТИЧНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦИКЛОВ РАБОТЫ ДНИГДТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в том/ что измеряют максимальные значения текущей угловой скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные преобразования измеренных значений и формируют первый непрерывный сигнал, пропорционсшьный дисперсии преобразованных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют минимальные значения угловой скорости коленчатого вала, при вычислительном преобразовании определяют разность максимальных и минимальных значений угловой скорости формируют второй непрерывный сигнсШ, пропорциональный дисперсии всех экстремальных значений текущей угловой скорости вращения вала, а, о состоянии .двигателя судят по совокупности значений этих дисперсий. 8 00 CD J 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

9(59 01 М 15 00 ,1

;! ,(ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф \

° ° эа

Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I (21 ) 3415596/25-06 (22) 02.04 ° 82 (46) 15.09 ° 83. Бюл. Р 34 (72) A.N. Лукин и В.И. Хавкин (71 ) Центральный научно-исследовательский и конструкторский институт .. топливной аппаратуры автотракторных и стационарных двигателей и Ленин-; ; градский карбюраторно-арматурный завод им. В.В. Куйбышева (53 ) 621. 43. 001. 5 (088. 8) (56 ) 1. Патент США 9 4179922, кл. 73-11 6, 1979. (54) (57) СПОСОБ ОЦЕНКИ ИДЕНТИЧНОСТИ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦИКЛОВ РАБОТЫ ДВИ-.

ГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в том, что измеряют макси-. мальные значения текущей угловой

„„SU„„,1 041894 А скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные.преобразования измеренных значений и формируют первый непрерывный сигнал, пропор.циональный дисперсии преобразованных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности,. дополнительно измеряют минимальные значения угловой скорости коленчатого вала, при вычислительном преобразовании определяют разность максимальных и минимальных значений угловой скорости вала, формируют второй непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии всех экстремальных значений текущей угловой скорости вращения вала, а,о состоянии,дви- Я гателя судят по совокупности значений этих дисперсий.

1041894

На фиг. 1 представлена возможная блок-схема устройства для осущестИзобретение относится к способам испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преиму, ществен»»о по частоте вращейия вала.

Известны способы оценки идентичности последовательных циклов работы двигателй внутреннего сгорания, заключающиеся в том, что измеряют максимальные значения текущей угловой скорости врашения коленчатого вала,проводят вычислительные преобразования иэ-10 меренных значений и формирует первый не- . прерывный сигнал, пропорциональный дис-: персии преобразованных значений 1.)

Связанное с неидентичностью протекания рабочих процессов в последо- 15 вательных циклах колебание амплитуд-,: ных значений угловой скорости вращения коленчатого вала за период изменения сум»ларного крутящего момента эа серию последовательных периодов, количественно характеризуемое дисперсией или любым, другим статистическим параметром, несет ,информацию "меры" о степени идентичности последовательных рабочих циклов и используется для количественной оценки качества работы топ- . ливной аппаратуры при двоичных моторных испытаниях.

Однако такой способ дает лишь приблизительную оценку, так как не разграничивает влияние на амплитуд-, ное значение угловой скорости коленчатого вала за данный период суммар-. ного момента показателей протекания рабочих процессов предыдущего и данного циклов.

Целью изобретения является повышение точности оценки идентичности последовательных рабочих циклов.

Указанная цель достигается тем, 40 что согласно способу оценки идентичности последовательных циклов работы двигателя внутреннего сгорания, заключающемуся в том, что измеряют максимальные значения .текущей угло- 45 вой скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные преобразования измеренных значений и формируют первый непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии преобразованных значений, дополнительно измеряют минимальные значения угловой скорости коленчатого вала, при вычислительном преобразовании определяют разность максимальных и минимальных значений угловой скорости вала, формируют второй непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии всех экстремальных значений текущей угловой скорости вращения вала, а о состоянии двигателя 60 судят по совокупности значений этих дисперсий. вления предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость степени идентичности последовательных рабочих циклов от состава бензовоздушной смеси (дд„„ ". коэффициент вариации разностей значений угловой скорости вращения коленчатого вала йм„=ь(ы„ „; oL - коэффициент избытка воздухаj; на фиг. 3 - экспериментальные осциллограммы (Зм — режи»л работы двигателя n = 900 об/мин, хол.ход, o4 = 1,1, угол опережения зажигания

9 = 17 п.к.a.; 3»» - h = .900 об/мин, хол.ход о(=1,1, угол опережения зажигания 9 =6 п.к.в.) на фиг. 4 координатная плоскость с координатами е д„,„, а (а „; - коэффициент вариации разностей значений угловой скорости вращен1»я коленчатого вала »"»»= к»пак »„,»„.к д „ -. коэффициент вариации всех экстремальных значений! угловой скорости ).

Примером конкреТного выполнения способа может служить оценка иден тичности последовательных циклов четырехтактного 4-цилиндрового двигателя с числом зубцов венца маховика

Z = 129 с помощью устройства, которое содержит зубчатый элемент 1, жестко закрепленный на валу двигателя, частотный датчик 2, преобразо" ватель 3 частоты в напряжение, селектор 4 ам»»литудных:значений угловой скорости вращейия коленчатого вала, селектор 5 экстремальных минимальных значений угловой скорости, арифметическое устройство 6, датчик 7 границ циклон, устройство В для определения дисперси»» разностей дю и устройство 9 для определения дисйерсии всех экспериментальных 1 значений ыз„.

Частотный датчик 2 установлен на расстоянии 1,5-2 мм от зубцов венца маховика двигателя. Измерение проводится за время, соответствующее 40 оборотам коленчатого ва ла двигателя. При вращении коленчатого вала .двигателя в обмотке частотного датчика 2 наводятся импульсы напряжения, частота которых пропорциональна угловой скорости вращения коленчатого вала. Импульсы частотного преобразователя поступают йа преобразователь 3 частоты "в напряжение, с выхода которого напряжение подается на селектор 4 амплитудных значений и селектор 5 экстремальных минимальных значений, затем сигналы поступают на арифметическое усгройство 6. Для определения экстремельных значений напряжения, соответствующих одному и тому же рабочему циклу двигателя, на арифметическое устройст во 6 подаются сигналы с датчйкоз 7.границ цикла. Арифметическов .у»,т-" ройство 6 определяет значение йМ»

1041894 для кажЕ(ого рабочего цикла и посы-. ных циклов согласно предложенному лает значениями и зэк на соответст- способом обусловлено следующим. вующие устройства 8 и 9 определе- Амплитудное значение угловой ния значений дисперсий этих вели- скорости вращения коленчатого вала чин. в конкретном К-ом периода изменения

Поскольку дисперсия случайной, 5 суммарного крутящего момента опредевеличины имеет размерность квадра- ляется как параметрами рабочего прота последней, удобнее .пользовать- цесса данного К-го цикла, так и ся более универсальной (с точки параметрами (К-1)-го цикла и завизрения сравнения степени идентич; сит: ности последовательных рабочих цик- )О от величины полезной работы галов на разных режимах работы дви- зов в данном К-ом цикле, которая опгателя} безразмерной величиной коэф ределяется величиной потенциальной фициента .вариации, в математическое энергии рабочего тела, перешедшей в выражение которого входит диспер- кинетическую энергию вращения коленсия ур 5 чатого вала и выввавыей просорциональное увеличение угловой скорости где о " - коэффициент вариации ту- в этом К-ом периоде (асик=(ЧсгпжГ Ч в ) айн и в л ин „ от величины минимальной скоРости

0 д„ и„ . ВраЩениЯ Вала s том же периоДе ℠— математическое ожидание. y() (Щ,„дп), абсолютное значение которой, Необходимость оценки степени в свою очередь, определяется в осидентичности последовательных раб новном соотношением значений полочйх циклов по совокупности значений жительного крутящего моментау созда двух статических параметров, од1 н из ваемого поршнем в конце хода расшикоторых а,„ характеризует разброс Q$ РениЯ (К-1 )-го цикла и отРицательцикла к циклу раз ностей QQJ т ного крутЯЩего моме а, созДаваемо" к иначе говоря величи pa5O " го поршнем в конце хода сжатия К-го к пкхх ты каждого Отдельного цикла, а дру- цикла гой с/" характеризует их поряд о Таким обРазом,-амплитУДное значе.эк вое распределение, подтвержда :,.ние Угловой скоРости вРаЩениЯ колен- экспериментами.

ЗО чатого вала за период изменения сумНтак, идентичность последователь- марного крутящего момента есть функ ных циклов оценивают по совокупности ция двух аргументов значений непрерывных сигналов, кото "пРираЩениЯ:" Угловой скоРости врарые формируют пропорцион н : щения вала за тот же Рабочий цикл чениями. дисперсий: . З5 .@ к= " к монга 4„ )

a)- разнОстей между амплитудиы йй . МИНИМаЛЪНОГО ЗНаЧЕНИЯ УГЛОВОЙ ,(максимальными) и миним льн на скоРости враЩениЯ вала за тот же чениями угловой скорости в каждое -. цикле эа серию последовательных . . Оп е ел

:4О р деление степени идентичности кос " ктвд rcmilli где последовательных циклов по дисперШкп1 - аМПЛИтуЛНОЕ ЗНаЧЕНИЕ УГРО- сии "приращений" угловой скорости вой скорости вращения коленчатого вала в К-ом периоде изменения и позволяет оценивать идентичность к ного крутящего rëoìåíòà .а ш

Р д ме е ия суммФР циклов по величине, непосредственно ру щ о ломента, .а шк,,; - пропорциональной, работе газов в минимальное экстремальное значеийелс 45 каждом:отдельном цикле, а рассмотре-. в том же периоде ние совокупности значения этой дисЕ:( персии и дисперсии всех экстремаль, „> ) -,ных значений w позволяет. учитывать

4 m р = также их порядковое распределение. где ю „„ — математическое ожидаииеу ; Такая совокупность значений дис— число айализируеьых ра-,персий наглядно определяется коордибочих циклов; . -, натной плоскостью K=f(0 0 ) уб) совокУпности амплитУДных и -, Это Лает возможность более точ и к " э к экстремальных минимальных абсолютных но оценивать как степень идентич

55 ь идентичносзначений угловой скорости вала, т.е. ти последовательных рабочих циклов; всех экстремальных значений за так и степень "устойчивости" работы каждый цикл (м „) в игателя. и Экспериментальное исследование

) (,„m ф по определению зависимости степени к=1 1 э" шэк/

9 » к=" идентичности последовательных циклов от состава смеси, проведенное где N - число анализируемых экс- . Wf режиме малых об

ых о оротов холостого . тремальных значений. хода (и = 900 об/мин) с Оценкой

Повышение точности определения . степени идентичности только по коэфстепени идентичности последователь Эициенту вариации разностей ос

I(Вччгч

1041894

ы„,„ „показывает, что в рабочем диацазойе бензиновых двигателей по составу смеси пау ученная зависимость совпадает с классической и ухудшает- ся по мере обеднения смеси (фиг. 2 ), .Однако при работе на граничных 5 пб составу смесях в диапазоне примерных значений ю(п д*- 0,05<Ы<Ы„ обеднение смеси не йриводит к значительному ухудшению идентичности последовательных циклов, хотя имеет 10 место значительное ухудшение устойчивости работы двигателя, проявляющееся в его повышающейся вибрации и тряске.

Известно, что при увеличении 15 угла опережения зажигания на режиме малых оборотов холостого хода ймеет место резкое ухудшение устойчивости работы двигателя. Было проведено осциллографирование переменной составляюцей угловой скорости вращения коленчатого вала на режиме работы двигателя и = 900 об/мин, о = 1,1 с углами опережения зажигания 9 = 17О п.к.в. и 8 = б,п.к.в. без изменения регулировки других по-казателей двигателя. Участки полученных осциллограмм приведены соответственно на фиг. Зо и 36.

При оценке степени идентичности

ПОследоватЕЛЬИых рабочих циклов по коэффициенту вариации с,„, разностей .значений угловой скорости (ш " " к к max ,- фщ,„) для режимов с углами опережения зажигания 9=17 и 9 =бо п.к.в. (оценка производится по 80 последоВательным,рабочим циклам на каждом

Режиме) степень идентичности.последовательных рабочих циклов оказывается примерно .одинаковой, что выражается в значениях козффициен- 40 .ТоВ соответственно д <„ „(д =17 о) =1, 05 ис > (О= бо) = 1,03,в то время как субъективная оценка испытателями и, главным образом, характер измерения угловой скорости на осцилло-.45 грамме, свидетельствует о .значительном ухудшении устойчивости работы двигателя на режиме с 6 =17О п.к.в. 1ричем анализ осциллограмм показы- . вает, что при этом количество про- 50 пусков воспламенения, определяемых по отсутствию увеличения скорости, в течение периода изменения суммарного крутящего момента, изменяется на этих режимах незначительно и составляет при 8 =17 19 пропусков и при 9=6 16 пропусков. Резкое же ухудшение устойчивости работы двигателя вызывается тем, что циклы, . Ме совершающие.положительной работы, группируются в серии из нескольких 60 циклов (трех) - зоны А, Б на фиг. Зсь

Г

Это приводит к з-начительному колебанию оборотов и к резкому, ухудшению устойчивости работы двигателя.

Расчет коэффициентов вариации всех экстремальных значений сиз„ угловой скорости вращения коленчатого вала для режимаов с 8 =17 п.к.в. и пределяет (8=17 )= 3,9.-10 2 ид",„> „(О =б )=2,2- 10

Эти коэффициенты в совокупности с коэффициентами вариации разностей дюк=шктах шкт п(с лю„(8=17 )=1 сЯ (е=бо )=1,03) количественно отражают действительную степень идентичности последовательных рабочих циклов на этих режимах с учетом их порядкового рас-..ределения, приводящего на режиме с О =17е п.к.в. к резкому ухудшению устойчивости работы двигателя.

Результаты измерения в виде комплексного критерия представлены на .фиг. 4.

Таким образом, предложенный спо со6 и его количественный комплексный критерий дают возможность определять степень идентичности последовательных рабочих циклов непосредственно по параметрам, отражающим .как величину работы отдельных циклов, так и нх порядковое распределение. Такую дифференцированную информацию нельзя извлечь проводя измерение известным способом, при котором оценивают степень идентичности последовательных рабочих циклов, измеряя только дисперсию амплитудных значений угловой скорости врацения коленчатого вала. Поэтому предложенный способ повышает точность оценки степени идентичности по сравнению с известным.

Использование предлагаемого способа испытания двигателя внутреннего сгорания имеет следуюцие техникоэкономические преимуцества но сравнению с известным: увеличивает точность и объективность определения степени идентичности последовательных рабочих циклов непосредственно во время испытаний, что позволяет оперативно оценивать качество вносимых изменений в регулировке и конструкции двигателя; использование предложенного способа и устройства для его реализации йозволяет повысить экономичность работы двигауеля внутреннего сгорания и уменьшить токсичность отрабо,тавших газов.

1041894

1041894

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор С. Тимохина Техред B,далекорфй Корректор А. Зимокосов

ЮЮЮЮЮ ЮЮЮЮ ° б ° Ю

Заказ 7117/43 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комнтета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4