Устройство для контроля загрузки двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность степени загрузки. Переменный во времени сигнал ьт датчика 1 угловой скорости поступает одновременно на входы блока 10 дифференцирования и измерителя 2 частоты вращения . С выхода последнего сигнал, соответствующий частоте вращения вала , последовательно проходит через блоки 3 и 4 дифференцирования, на выходе которых вьфабатьшается сигнал, поступающий на нуль - орган 5, срабатьшающий в момент равенства нулю этого сигнала, т.е. при оптимальном загрузочном режиме работы двигателя, С выхода блока 10 дифференцирования сигнал поступает на вход фильтра 11, на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя 2 частоты вращения. Сигнал ускорения с фильтра 11 поступает на вход блока 6 памяти и фиксируется в нем в момент наличия сигнала на блоке 6 памяти, поступающего с нуль - органа 5. Одновременно этот сигнал поступает на вход блока 8 сравнения. Через задатчик 7 рабочей зоны сигнал подается на блок 8 сравнения, где сравнивается с текущим значением ускорения, и выходной сигнал несет информацию о степени загрузки двигателя. 2 ил. ГЕ (Л ю vl СХ) О) 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ Х

РЕСПУБЛИН

А1 (191 (11) (Ю4 G01L 324

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3951124/24 — 10 (22) 17.06.85 (46) 23.12.86, Бюл. ¹ 47 (71) Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства и Сибирское отделение по автоматизации машинотракторных агрегатов Научно-про.изводственного объединения НАТИ (72) И.П. Добролюбов, В.М. Лившиц, А.P. Голштейн, A.Ê. Гладков, С.В. Самойлов, В.Ф. Капканец, В.И. Маракин и Г„Б. Шипилевский (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 968499, кл. F 02 D 35/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1091040, кл. G 01 L 3/24, 31.01.83. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность степени загрузки. Переменный во времени сигнал от датчика 1 угловой скорости поступает одновременно на входы блока 10 дифферейцирования и измерителя 2 частоты вращения. С выхода последнего сигнал, соответствующий. частоте вращения вала, последовательно проходит через блоки 3 и 4 дифференцирования, на выходе которых вырабатывается сигнал, поступающий на нуль — орган 5, срабатывающий в момент равенства нулю этого сигнала, т.е. при оптимальном загрузочном режиме работы двигателя.

С выхода блока 10 дифференцирования сигнал поступает на вход фильтра 1f на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя 2 частоты вращения. Сигнал ускорения с фильтра

11 поступает на вход блока 6 памяти и фиксируется в нем в момент наличия сигнала на блоке 6 памяти, поступающего с нуль — органа 5. Одновременно этот сигнал поступает на вход блока 8 сравнения. Через эадатчик

7 рабочей зоны сигнал подается на блок 8 сравнения, где сравнивается с текущим значением ускорения, и выходной сигнал несет информацию о степени загрузки двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для контроля и регулирования работы двигателей.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Эффективная мощность двигателя

N связана с его крутящим моментом

Ф1е соотношением

Ne = МеЯ = (M; — М,.)u, где M; — индикарторный момент, Нд, М вЂ” момент внутренних потерь (преимущественно трения),Ищ, са — угловая скорость, рад/с.

Указанные моменты при неравномерном вращении связаны с угловым ускорением Е = du/dt с помощью уравнения динамики при моменте нагрузки

Мн п

f,- — — =М; — М,— М„, (2)

А 2 dip

2 (iÕ )

2 dp

1 (M — 1

-т

1 к,г (М +М °

T д I

М н

М„„- М.— М„) к + - Г + ми т

-Е

Нэ (4) где М„н — инерционная составляющая крутящего момента:

278633 3 среднее} будут определяться величинами V, Р и Р;, не зависящими от угла поворота. Как видно из анализа кривых (фиг. 1), активная часть крутящего момента занимает участок в пределах от BMT до 20-40 после

ВМТ (в зависимости от значения f. ), т.е. ее можно аппроксимировать отрезком синусоиды с периодом, составляющим 1/3 †1/4 часть оборота с частотой, кратной 3-4-й гармоникам частоты вращения.

Согласно (2) при неравномерном вравращении вала угловое ускорение равно: где I †моме инерции двигателя, кг, м2.

В стационарном режиме работы двигателя среднее значение ускорения равно нулю.

Индикаторный момент в одном цилиндре может быть записан в виде и, (lp)= (pK(q)+p;в м1 к т

=М, +M

Э (3) где ц угол поворота коленчатого вала, рад; объем цилиндра, м ; давление сжатия, Па; среднее индикаторное давление, Па;

1 4

P с

K(q) и

S(g) — безразмерные компрессионная и газовая (индикаторная) силовые функции;

К Г

М;, и M;, — компрессионная и газовая составляющие момента М;

При этом для всего множества двигателей функции K(q) и S(q) цля различных значений политроп сжатия и расширения могут быть аппроксимированы набором кривых, зависящих только от степени сжатия К,,к(фиг. 1) .Следовательно,с учетом (3) и фиг. 1 индикаторный момент

M; {q) по форме повторяет функции

К (g) и S (ч), только значения этого момента (как амплитудное, так и

$5 М

Nrr 2 drp

При определенном скоростном и нагK рузочном режимах величины М, М,, ° Мн„ и Мч являю гся неизменными (эна30 чит Fk (т frrH и pe также неиэмен ны) и информацию о крутящем моменте и мощности двигателя в соответствии с (1) и (4) несет газог-.эя составляющая углового ускорения E „, которая повторяет по форме функцию S (y).

Следовательно, составляющую Г,, также как и функцию S (q) можно аппроксимировать отрезком синусоиды с частотой, кратной 3-й или 4-й гармонике частоты вращения (в зависимости от степени сжатия Е,к).

Уравновешенные двигатели имеют инерционную составляющую, близкую к

45 нулю, а составляющие трения E u т нагрузки Ен, как правило, имеют более низкочастотный спектр, чем составляющие Г „и < ц . Следовательно, у таких двигателей достаточно измерить ускорение на частоте, кратной 3-4-й

50 гармонике частоты вращения на холосгом ходу (амплитуда А ).

Прирост амплитуды указанных гармоник (А - А ) будет непосредственно характеризовать мощность, развиваемую двигателем (т.е. загрузку), так как зависимость амплитуд ускорений от мощности линейная. При контроле неуравновешенных двигателей из-за

1278633 влияния инерционной составляют;ей за висимость амплитуд укаэанных гармоник от мощности нелинейная, 3 этом случае для каждой марки двигателя необходимо иметь градуировочный график (связь эталонных значений ускорений указанных гармоник с мощностью двигателя) .

На фиг. 1 представлены безразмерные компрессионная и газовая силовые 10 функции; на фиг. 2 — блок-схема устройства для контроля загрузки двигателя.

Устройство для контроля загрузки двигателя содержит датчик 1 угловой скорости, измеритель 2 частоты вращения, последовательно соединенные первый блок 3 дифференцирования, второй блок 4 дифференцирования, нуль-орган

5, блок 6 памяти, задатчик 7 рабочей зоны, блок 8 сравнения и индикатор

9, а также третий блок 10 дифференцирования, вход которого соединен с выходом датчика 1 угловой скорости, который подключен также к входу измерителя 2 частоты вращения, а выход третьего блока 10 дифференцирования соединен с первым входом перестраиваемого резонансного фильтра 11, второй вход которого подключен к выхо- 30 ду измерителя 2 частоты вращения, который соединен также с входом первого блока 3 дифференцирования, а выход перестраиваемого резонансного фильтра 11 соединен с вторыми входами -. 5 блока 6 памяти и блока 8 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 1 угловой скорости вследствие изменения момента 4д инерции двигателя и чередования вспышек по цилиндрам, представляющий собой переменный во времени сигнал даже при постоянной средней загрузке двигателя, поступает одновременно на 45 входы третьего блока 10 дифференцирования и измерителя 2 частоты вращения. С выхода измерителя 2 сигнал, сосоответствующий частоте вращения вала двигателя (средней угловой ско- 50 рости за цикл работы двигателя), последовательно проходит через блоки 3 и 4 дифференцирования, на выходе которых вырабатывается сигнал, пропор-. циональный второй производной частоты вращения вала. Указанный сигнал поступает на вход нуль-органа 5, срабатывающего в момент равенства нулю этого сигнала, что соответствует оптимальному загрузочному режиму работы двигателя. С выхода третьего блок

10 дифференцирования сигнал, пропорциональный мгновенному значению углового ускорения вала двигателя, поступает на первый вход перестраиваемого резонансного фильтра 11, на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя 2 частоты вращения.

Получаемый на выходе фильтра 11 сигнал ускорения, соответствующий третьей или четвертой гармонике частоты вращения, поступает на второй вход блока 6 памяти и фиксируется в нем в-момент наличия сигнала на первом входе блока 6, поступающего с нуль-органа 5. Одновременно этот сигнал поступает. на второй вход блоков

8 сравнения.

Значение зарегистрированного в блоке 6 памяти ускорения соответствует номинальному значению момента двигателя на выбранной характеристик( (внешней или частичной) работы двигателя.

Через задатчик 7 рабочей зоны, выполненный в виде порогового устройства на два уровня граничных значений по моменту, соответствующих в рхНему и нижнему пределам оптимальной

4 загрузки, и схемы ИЛИ, сигнал подается на первый вход блока 8 сравнения, где сравнивается с текущим значением ускорения, соответствующего третьей или четвертой гармонике частоты вращения, и выходной сигнал несет информацию о степени загрузки двигателя.

Если это значение находится за пределами оптимальной зоны загрузки, результат сравнения подается на индикатор 9 в виде сигнала загрузки ниже оптимальной или выше оптимальной. Если текущие значения составляющей ускорения, соответствующие третьей или четвертой гармонике частоты вращения находятся в пределах оптимальной зоны, заданной задатчиком 7 рабочей зоны, то на выходе блока 8 сравнения сигнал отсутствует, Ф о р м у л а и з î б р е т е н и я

Устройство для контроля загрузки двигателя внутреннего сгорания, содержащее измеритель частоты вращения, к выходу которого последовательно подключены первый блок дифференцирования, второй блок дифференцирования, нуль-орган, блок памяти, за12

00 г0 0 00 ча где

S(g) ое

09

0.2

Z0 0 00

tPuz.1

Составитель A. Пашксв

Техред Л.Олейник Корректор А. Ильин

Редактор С. Патрушева

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6822/36

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 датчик рабочей зоны, блок сравнения и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что„ с целью повьш ения точности контроля загрузки, в него введены датчик угловой скорости, третий блок дифференцирования и перестраиваемый резонансный фильтр, при этом выход датчика угловой скорости соединен

78633 ь со входами измерителя частоты вращения и третьего блока дифференцирования, к выходу которого подключен первый вход перестраиваемого резонансного фильтра, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты,а выход подключен к вторым входам блока памяти и блока сравнения.