УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к диагностике функционирования дизельных, преимущественно судовых, двигателей и предназначено для непрерывного автоматического контроля мощности, расхода топлива и тепловой напряженности на произвольном режиме работы.

Известны устройства, определяющие уровень нагружения (индикаторную мощность) двигателя с использованием датчиков давления газов в цилиндре, датчиков частоты вращения и перемещения поршня: SEDS (Sulzer Еngine Diagnostic System) фирмы Sulzer Brothers Ltd, DAТА ТREND и DEТS (Diesel Еngine Тurning System) фирмы Noratom Norcontrol А/S, СС 10 (Сondition Check System) фирм В W и SТL, MЕDIAG 22 (Main Еngine Diagnostic System) фирмы Siemens Aktiengescllschaft, CYLDEТ СM фирмы ASEA, NK 3 фирмы Аutronicа [1] "К 748" [2] АКРП [3]
Устройства автоматизированного контроля используют принцип интегрирования давления газов по ходу поршня. Поэтому они должны обладать мощным быстродействующим вычислительным устройством. Таким образом, основным недостатком данных устройств является их сложность и, как следствие, высокая стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для диагностики функционирования дизеля [4] Данное устройство содержит электрически связанные датчики температуры выпускных газов по цилиндрам, датчики давления наддува и частоты вращения двигателя, а также блок вычисления тепловой напряженности каждого цилиндра.

Основным недостатком этого устройства является узкий круг решаемых задач. В частности, устройство-прототип позволяет контролировать лишь функционирование каждого отдельного цилиндра, но не позволяет контролировать мощностной режим и экономические показатели работы двигателя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Для достижения цели устройство снабжено блоком, содержащим алгоритм вычисления часового расхода топлива двигателя по выражению
G_т= G · где t_гср средняя температура газов по цилиндрам, блоком, содержащим алгоритм вычисления эффективной мощности двигателя по выражению.

Ne Ne
Все блоки объединены в процессор, связанный с датчиками, пультом управления и дисплеем, отображающим в цифровом и графическом видах результаты расчетов и текущие параметры двигателя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчики 1 температуры выпускных газов по цилиндрам, датчик 2 давления наддувочного воздуха, датчик 3 частоты вращения двигателя, блок 4 обработки сигналов (процессор), включающий оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), блок-алгоритм вычисления тепловой напряженности (), блок-алгоритм вычисления часового расхода топлива (G_т) и блок-алгоритм вычисления эффективной мощность (Ne), а также устройство 5 отображения результатов (дисплей) и пульт 6 управления. Процессор имеет электрическую связь с пультом управления и дисплеем. Датчики температуры устанавливаются в выпускные патрубки цилиндров двигателя, датчик давления наддувочного воздуха устанавливается в наддувочный ресивер, а датчик частоты вращения сопрягается с маховиком или выходным валом двигателя. Все датчики соединяются с процессором через коммутационную коробку 7.

Устройство адаптируется к контролируемому двигателю, при этом с пульта управления в ПЗУ в цифровом виде вводятся параметры двигателя на номинальном режиме работы и константы:
Ne_н номинальная мощность двигателя;
n_н номинальная частота вращения двигателя;
Р_кн номинальное давление наддува;
Р_о атмосферное давление;
t_гн номинальная температура выпускных газов;
t_o условная температура выпускных газов при отсутствии теплообмена со стенками цилиндра;
G_тн номинальный часовой расход топлива;
а,b,с коэффициенты топливной характеристики
= a+b+c
Эти параметры остаются в ПЗУ до перенастройки устройства на контроль двигателя другой марки.

При работе двигателя текущие значения параметров:
t_гi температура выпускных газов по цилиндрам;
Р_к текущее давление наддува;
n текущая частота вращения двигателя преобразуются датчиками 1, 2, 3 в соответствующие электрические сигналы, которые в цифровом виде поступают в ОЗУ где запоминаются на время одного цикла расчетов.

По текущим и номинальным значениям параметров двигателя процессор в соответствии с встроенным алгоритмом определяет по эмпирическим выражениям
параметр тепловой напряженности каждого цилиндра
α_i= · где i номер цилиндра; часовой расход топлива двигателя
G_т= G · где t_гср средняя температура газов по цилиндрам;
эффективную мощность двигателя
Ne Ne
Результаты расчетов и текущие параметры двигателя в цифровом и графическом видах отображаются дисплеем.

Для достижения поставленной цели использованы функциональные эмпирические связи параметров двигателя на установившемся режиме работы. Расход топлива связан с расходом воздуха и коэффициентом избытка воздуха при сгорании следующей зависимостью:
G_т= или
Потребление воздуха двигателем G_в пропорционально частоте вращения, давлению наддува и обратно пропорционально температуре воздуха. Так как температура наддувочного воздуха в системах воздухоснабжения двигателей поддерживается практически постоянной за счет охлаждения, то расход топлива можно выразить следующей зависимостью: G_т= G_тн
Используя известный [4] алгоритм вычисления
· получим расчетную формулу
G_т= G ·
Расход топлива двигателем в зависимости от развиваемой мощности (топливная характеристика) выражают обычно полиномом второй степени в виде
= a+b+c где а, b, с коэффициенты эмпирической зависимости, полученные по результатам теплотехнических испытаний двигателя.

Решением уравнения топливной характеристики относительно мощности получаем расчетное эмпирическое выражение
Ne Ne
Использование устройства выгодно отличается от указанных аналогов так как позволяет при использовании простых надежных и дешевых датчиков вести непрерывный оперативный контроль функционирования дизельного двигателя по тепловому нагружению цилиндров, часовому расходу топлива и эффективной мощности; определять моменты перегрузок двигателя и предотвращать аварийные ситуации; объективно устанавливать целесообразность проведения регулировочных и профилактических работ.

Устройство предназначено для контроля тепловой напряженности, эффективной мощности и расхода топлива дизельным двигателем в процессе эксплуатации. С целью повышения надежности работы, выбора оптимальных режимов эксплуатации и снижения расхода топлива контроль тепловой напряженности проводится путем анализа соотношения воздуха и топлива в цилиндре. При этом используется эмпирическая связь температуры выпускных газов двигателя с параметром тепловой напряженности. На основе теплотехнических испытаний конкретных марок дизелей получены устойчивые эмпирические зависимости, позволяющие непрерывно контролировать эффективную мощность и расход топлива на произвольном режиме работы двигателя. В устройстве используют надежные датчики температуры выпускных газов по цилиндрам, давления наддувочного воздуха и частоты вращения двигателя. Сигналы датчиков поступают в процессор для обработки. Результаты контроля работы двигателя выводятся на дисплей. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ, содержащее датчики температуры выпускных газов по цилиндрам, датчик давления наддува, датчик частоты вращения двигателя и блок, содержащий алгоритм вычисления тепловой напряженности каждого цилиндра, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено пультом управления, дисплеем, блоком, содержащим алгоритм вычисления расхода топлива по выражению


и блоком, содержащим алгоритм вычисления эффективной мощности двигателя по выражению

где N_е, N_ен текущая и номинальная мощность двигателя, кВт;
n,n_н текущая и номинальная частота вращения двигателя, об/мин;
G_т, G_тн текущий и номинальный часовой расход топлива, кт/ч;
R_к, R_кн текущее и номинальное давление наддува, МПа; P_о атмосферное давление, МПа;
t_ri, t_гн, t_гср температура выпускных газов по цилиндрам и ее номинальное и среднее значение, ^oС;
t_о условная температура выпускных газов при отсутствии теплообмена со стенками цилиндра;
a, b, c коэффициенты топливной характеристики:

все блоки объединены в процессор, связанный с датчиками, пультом управления и дисплеем.