СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА Российский патент 1998 года по МПК G01M15/00 

Настоящее изобретение относится к способу и аппаратуре для определения октанового числа топлива. С одной стороны, настоящее изобретение относится к компьютерному способу определения октанового числа топлива. С другой стороны, настоящее изобретение относится к аппаратуре, которая содержит автоматизированную систему для определения октанового числа топлива.

Существует множество стандартных способов определения октанового числа различных видов топлива. Примерами этих стандартных способов являются способ D-2699-95 Американского Общества по Испытанию Материалов (ASTM) для исследовательского способа моторных видов топлива и Способ D-2700-95 ASTM для моторного способа определения октанового числа моторных и авиационных видов топлива. Для определения октанового числа тестового топлива в соответствии с указанными способами ASTM-CFR (Объединенного комитета по изучению моторных топлив) работает с тестовым топливом и с, по меньшей мере, двумя эталонными топливами в условиях, которые будут вызывать максимальную детонацию. Для управления давлением в цилиндре используется датчик давления, который выдает сигнал напряжения, который пропорционален скорости изменения этого давления. Измеритель детонации используется для фильтрации, интегрирования и усиления выходного сигнала датчика давления для получения напряжения, который пропорционален интенсивности детонации. Указанный сигнал используется для управления измерителем детонации, который имеет шкалу показаний, проградуированную относительно интенсивности детонации. Сравнение показаний измерителя детонации, выданных при сжигании эталонных топлив, с показаниями измерителя детонации, выданных при сжигании тестового топлива, используется для оценки октанового числа тестового топлива.

Способы ASTM и большинство других стандартных способов требуют, чтобы двигатель работал при максимальных условиях детонации для каждого топлива, которое подается в двигатель. В ASTM способе соотношение воздух/топливо, приводящее к максимальным условиям детонации, находится последовательными методами аппроксимации. Уровень топлива в карбюраторной поплавковой камере повышается и понижается, и отмечается значение измерителя детонации. При этом потребляется значительное количество топлива (по меньшей мере 300 - 400 мл). К тому же, определение отношения воздух/топливо, которое приводит к максимальной детонации, и снятие показаний измерителя детонации являются субъективными задачами, которые подвержены ошибке оператора. Тренировка оператора для определения отношения воздух/топливо, которое приводит к максимальной интенсивности детонации, и точное считывание показаний измерителя детонации требуют основательного вложения и времени и денег.

Поэтому желательно иметь способ и устройство, способные определять октановое число топлив, которые используют топлива меньше, чем стандартные способы ASTM. Желательно также иметь способ и устройство для измерения октанового числа топлива, которые устраняют субъективную ошибку оператора, присутствующую в предшествующих способах, и сокращают стоимость тренировки операторов.

Целью настоящего изобретения является предложение способа и устройства для определения октанового числа топлива, которые являются более экономичными в работе в смысле количества топлива, используемого для определения.

Еще одной целью настоящего изобретения является предложение способа и устройства для определения октанового числа топлива, которые устраняют субъективную ошибку оператора, присутствующую в других способах.

Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ и устройство для определения октанового числа тестового топлива. Данные, характеризующие пару эталонных топлив, вводятся в компьютер. Далее компьютер посылает первый сигнал на распределительный клапан, непосредственно подсоединенный к компьютеру так, чтобы при получении первого сигнала распределительный клапан изменял положение на первую позицию, в которой первое эталонное топливо вводится в насосе переменного потока в поток жидкости, связанный с двигателем. Компьютер также непосредственно соединен с насосом переменного потока так, что можно устанавливать расход таким, при котором жидкость нагнетается из насоса переменного потока в двигатель. Двигатель имеет средства для установления сигнала давления, соответствующего скорости изменения давления цилиндра, непосредственно подсоединенные к нему во время сгорания топлива. Сигнал давления посылается в компьютер, который использует указанный сигнал для вычисления максимального уровня детонации для первого эталонного топлива. После определения максимального уровня детонации первого эталонного топлива на распределительный клапан посылается второй сигнал. В соответствии со вторым сигналом распределительный клапан поворачивается во второе положение для разрешения ввода второго эталонного топлива в насос переменного потока. Далее компьютер получает сигнал давления и вычисляет максимальный уровень детонации второго эталонного топлива. После вычисления максимального уровня детонации второго эталонного топлива компьютер посылает на распределительный клапан третий сигнал. При получении третьего сигнала распределительный клапан устанавливается в третье положение, в котором в указанный насос переменного потока вводится тестовое топливо и, следовательно, в камеру сгорания двигателя. Сигнал давления посылается в компьютер, и компьютер вычисляет максимальный уровень детонации тестового топлива. После вычисления максимального уровня детонации первого эталонного топлива, второго эталонного топлива и тестового топлива, компьютер вычисляет октановое число тестового топлива с помощью метода линейной интерполяции, используя максимальный уровень детонации топлива, максимальный уровень детонации первого эталонного топлива и максимальный уровень детонации второго эталонного топлива.

Максимальный уровень детонации для каждого топлива определяется посредством шагов, содержащих: посылки последовательности потоковых сигналов для изменения расхода жидкости так, чтобы каждое топливо поступало для сгорания в двигатель с несколькими значениями расхода, начиная от заданного значения начального расхода, и изменяя расход до значения, соответствующего получению максимальной интенсивности детонации; посылки для каждого расхода сигнала давления от двигателя в компьютер, при котором сигнал давления соответствует скорости изменения давления в цилиндре двигателя во время сгорания топлива в двигателе; получения для каждого расхода множества массивов данных в соответствии с сигналом, это множество массивов данных содержит данные, относящиеся к фазе сгорания в цикле двигателя; вычисление средней интенсивности детонации из множества массивов данных для каждого расхода; сравнения средней интенсивности детонации для каждого расхода, отличного от начального, со средней интенсивностью детонации, полученной для предыдущего расхода, для определения, найдена ли максимальная средняя интенсивность детонации для множества расходов; вычисления полиноминального выражения для разброса средней интенсивности детонации для множества значений расхода в случае, если максимальная средняя интенсивность детонации определена; вычисления максимальной интенсивности детонации полиноминального выражения, определения связанного с этим расхода; и согласования расхода со связанным расходом для получения массивов данных, из которых вычисляется максимальный уровень детонации топлива.

Дополнительные цели и преимущества изобретения станут понятны из последующего подробного описания наилучшего варианта воплощения настоящего изобретения, которое иллюстрируется чертежами.

Фиг. 1 изображает упрощенную схему аппаратуры для определения октанового числа топлива в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 изображает подходящий насос переменного потока и систему подачи топлива для аппаратуры, изображенной на фиг. 1.

Фиг. 3 изображает поперечное сечение системы впуска топлива, изображенной на фиг. 2.

Фиг. 4 и 5 изображает блок-схему, иллюстрирующий наилучший способ определения октанового числа топлива в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 6 является графической иллюстрацией средних интенсивностей детонации при различных значениях подачи тестового топлива.

Обращаясь теперь к чертежам и, в частности, к фиг. 1, топливо для прогрева подается из запаса 11 по трубопроводу 12 на распределительный клапан 13; высокооктановое эталонное топливо подается из запаса 15 по трубопроводу 16 на распределительный клапан 13; низкооктановое эталонное топливо подается из запаса 18 по трубопроводу 19 на распределительный клапан 13; и тестовое топливо подается из запаса 20 по трубопроводу 21 на распределительный клапан 13. Подача различных топлив может осуществляться при необходимости под давлением или использоваться течение под действием силы тяжести. Однако, из-за использования насоса переменного потока, как описано ниже, нет необходимости подавать различные топлива под давлением. Нужное топливо выбирается с помощью распределительного клапана 13 и подается по трубопроводу 24 к насосу 25. Топливо, протекая по трубопроводу 24, подается от насоса 25 по трубопроводу 26 к двигателю 29 для сгорания.

Датчик давления, связанный с двигателем 29, управляет давлением в цилиндре двигателя 29 и выдает сигнал напряжения 33, который пропорционален скорости изменения давления в цилиндре. Сигнал 33 обрабатывается компьютером 35 для получения средней интенсивности детонации для конкретного вида топлива, подаваемого в двигатель 29, для каждого расхода, обеспечиваемого насосом переменного потока 25. Компьютер 35 используется также для управления положением распределительного клапана 13 с помощью сигнала напряжения 36 и, следовательно, видом топлива, подаваемого к двигателю. К тому же, компьютер посылает сигнал напряжения 34 для управления скоростью, с которой насос 25 переменного потока нагнетает топливо в двигатель 29.

Для подачи различных видов топлива к двигателю может быть использован любой подходящий распределительный клапан. Предпочтительно, чтобы распределительный клапан имел, по меньшей мере, три впускных отверстия, одно для высокооктанового эталонного топлива, одно для низкооктанового эталонного топлива и одно для тестового топлива. Распределительный клапан должен иметь одно выпускное отверстие, которое в зависимости от положения распределительного клапана связано с высооктановыми эталонным топливом, низкооктановым эталонным топливом или тестовым топливом. Как показано на фиг. 1, распределительный клапан имеет четыре впускных отверстия, где четвертое впускное отверстие находится в жидкостном контакте с топливом для прогрева двигателя, а следовательно, распределительный клапан имеет четвертое положение, в котором выпускное отверстие находится в жидкостном контакте с топливом для прогрева двигателя. К тому же, на месте топлива для прогрева двигателя или дополнительно к четырем видам топлива в жидкостном контакте с показанным на фиг. 1 распределительным клапаном, может присутствовать второе тестовое топливо в жидкостном контакте с распределительным клапаном 13 тем же способом, что и другие топлива, и следовательно, система может определять октановые числа обоих тестовых топлив.

Подходящий синхронизированный насос 25 переменного потока изображен на фиг. 2. На фиг. 2 насос 25 переменного потока изображен без клапана, как он производится Fluid Metering, Inc., Oyster Bay, New York. Насос содержит устройство подачи 40, поршень 42, цилиндр 44, впускное отверстие 46, выпускное отверстие 48 и шарнирное устройство 50. Устройство подачи 40 приводится в действие двигателем 29. Устройство подачи 40 и двигатель 29 соединены таким образом, чтобы обеспечить точную объемную подачу топлива и синхронизацию. Подача топлива синхронизируется с ходом всасывания двигателя 29 половиной скорости (половиной скорости двигателя) вала 41. Устройство подачи 40 способно синхронно вращать и совершать возвратно-поступательное движение поршня 42. Канал поршня соединяет входное и выходное отверстия поочередно с нагнетающей камерой, содержащейся в цилиндре 44, т.е. одно отверстие во время фазы сжатия в насосе, а другое отверстие - во время фазы всасывания. Эта конструкция насоса дает минимальный собственный объем аппаратуры из-за конфигурации поршня и нагнетающей камеры.

Цилиндр 44 смонтирован на шарнирном устройстве 50, на котором можно регулировать изменение угла, при котором поршень 42 входит в устройство подачи 40. К тому же поршень 42 соединен с устройством подачи 40 так, что угол может изменяться. Угол, при котором поршень 42 входит в устройство подачи 40, определяет длину всасывания поршня 42 для управления расходом и, следовательно, подачей объема топлива.

Таким образом, для изменения расхода топлива компьютер 35 посылает сигнал на шарнирное устройство 50. В соответствии с этим сигналом шарнирное устройство 50 увеличивает или уменьшает угол, при котором поршень 42 входит в устройство подачи 40 и, таким образом, изменяет расход.

Топливо, войдя в отверстие ввода 46 из распределительного клапана через трубопровод 24, нагнетается к отверстию вывода 48 с выбранным значением расхода и вводится в трубопровод 26. Пройдя по трубопроводу 16, топливо вводится во впускную систему 56 через отверстие 55. Система впуска топлива 56 соединена с выпускным отверстием 58 топлива в двигатель и соединена с трубопроводом засасывания воздуха через впускное отверстие 60.

Система подачи топлива 56 может быть рассмотрена лучше на фиг. 3. Топливо, войдя в отверстие 55, поднимается по трубопроводу 62 вверх и входит в трубку Вентури 64. Воздух поступает в камеру 66 через впускное отверстие 60 с постоянной скоростью, протекает по трубке Вентури 64 и смешивается в ней с топливом. Далее воздушно-топливная смесь выходит из камеры 66 через выходное отверстие 58 и поступает в двигатель 29 для сгорания.

Насос 25 совместно с системой подачи топлива 56 предоставляет системе возможность точного управления воздушно-топливной смесью. Насос без клапана, такой как производится Fluid Metering, Inc., имеет объемную воспроизводимость результатов испытаний около 0,1% между циклами всасывания. При изменении угла, с которым поршень 42 входит в устройство подачи 40, изменяется расход топлива, и следовательно, отношение воздуха к топливу в воздушно-топливной смеси, получаемой системой подачи топлива. Использование изображенного насоса без клапана дает возможность точного управления расходом поступающего топлива посредством малых изменений угла, с которым поршень 42 входит в устройство 40 и, следовательно, малых изменений расходов поступления топлива.

Любые подходящие двигатели могут использоваться для определения октанового числа. Двигатель 29 в предпочтительном воплощении является ASTM-CFR двигателем, который требуется в стандартном ASTM способе для определения октанового числа. ASTM-CFR двигатель является одноцилиндровым, четыре цикла двигателя которого согласуются с требованиями ASTM стандарта D-2699-95 и содержит также датчик давления D1. Для других тестов могут потребляться другие двигатели.

Как изображено на фиг. 1, во время работы топливо для прогрева, истекающее из запаса 11, используется для прогрева двигателя 29 и может быть использовано для любых требуемых калибровок. При желании для цепей прогрева может быть использовано одно из эталонных топлив или природный газ. Если для прогрева двигателя используется природный газ, то предпочтительно, чтобы он подавался прямо во впускное отверстие двигателя, а не протекал через распределительный клапан 13 или насос переменного потока 25.

Информация об эталонном топливе, также как его октановое число, вводится в компьютер через предназначенное для этого устройство ввода 32. Компьютер 35 связан с соответствующим барометром и, таким образом, автоматически принимает информацию о барометрическом давлении с помощью сигнала 37. К тому же компьютер принимает информацию о температуре(ах) двигателя с помощью сигнала 38. После прогрева двигателя компьютер вычисляет соответствующую степень сжатия, используя информацию об эталонных топливах, барометрическом давлении и температуре двигателя. Начальные установки насоса вводятся оператором или могут быть оценены компьютером. Высокооктановое эталонное топливо, низкооктановое эталонное топливо и тестовое топливо затем последовательно подаются в двигатель 29. Высокооктановое эталонное топливо, низкооктановое эталонное топливо и тестовое топливо могут подаваться в двигатель 29 в любом порядке, но предпочтительно, чтобы первым в двигатель 29 подавалось высокооктановое эталонное топливо, затем - низкооктановое эталонное топливо и затем тестируемое топливо.

Для большинства целей может быть использован набор из четырех видов эталонных топливо с различными октановыми числами. Некоторыми из наиболее широко используемых наборов эталонных топлив являются 80/84, 84/88, 90/94, 94/98 и 96/100. Пара эталонных топлив с октановыми числами 90/94 используется наиболее часто при тестировании топлив по способу ASTM D-2699-95, а пары эталонных топлив с октановыми числами 80/84 и 84/88 наиболее часто используются при тестировании топлив по способу ASTM D-2700-95. Для оценки октанового числа эталонные топлива не группируются с тестируемыми топливами, например, пара эталонных топлив с октановыми числами 90/94 может использоваться для оценки тестируемого топлива с октановыми числами в пределах примерно от 88 до 95, а пара эталонных топлив с октановыми числами 99/100 может использоваться для оценки тестируемого топлива с октановым числом в пределах примерно от 95 до 100. Однако, для соответствия способу ASTM и получения более точных результатов эталонные топлива должны группироваться с тестируемыми топливами и такое группирование является предпочтительным, например, предпочтительно, чтобы пара эталонных топливо с октановыми числами 90/94 использовалась для оценки тестируемого топлива с октановыми числами от 94 до 98. Предпочтительно, чтобы высокооктановое эталонное топливо и низкооктановое эталонное топливо должны согласовываться с требованиями к топливу по способам ASTM D-2699-95 и ASTM D-2700-95, если исследуемые октановые числа или октановые числа моторного топлива газолина определены.

Каждый вид топлива подается в двигатель насосом переменного потока 25 последовательно с различными значениями расхода. Сначала топливо подается в двигатель 29 с заданным начальным расходом, для которого известно, что он больше или меньше того расхода, который должен быть для максимального уровня детонации для этого топлива. Далее топлива подаются в двигатель с последовательно уменьшающимся или увеличивающимся значениями расхода соответственно. Хотя может использоваться начальный расход, который или выше или ниже максимального уровня детонации, предпочтительно использовать начальный расход, который меньше максимального уровня детонации и поэтому настоящее изобретение будет описываться для выбранного начального расхода низким. Однако, должно быть понятно, что может использоваться начальный расход, который или выше или ниже начального расхода.

Топливо, подаваемое в двигатель 29, сгорает, и датчик давления в двигателе 29 посылает сигнал 33, соответствующий скорости изменения давления в цилиндре двигателя, в компьютер 35, где сигнал используется для определения средней интенсивности детонации при данном расходе способом, который будет описан ниже. После того, как компьютер принимает достаточно данных для вычисления среднего значения интенсивности детонации топлива для расхода, он посылает сигнал 34 об изменении насосом 25 потока, что приводит к увеличению расхода топлива. При увеличенном расходе компьютер снова должен принять сигнал 33 и определить среднюю интенсивность детонации.

После того как средняя интенсивность детонации определена, компьютер определяет, при каком из расходов достигается максимальная средняя интенсивность детонации при сравнении со средними значениями интенсивности детонации для других потоков. После того как максимальная средняя интенсивность детонации для тестируемого топлива найдена, компьютер вычисляет расход жидкости на основе измеренного разброса значений интенсивности детонации для всех расходов, которые дадут максимальную интенсивность детонации, или максимальный уровень детонации, устанавливает положение насоса, соответствующее этому расходу, и принимает массив данных для этого расхода, из которого он вычислил максимальный уровень детонации топлива. Компьютер отображает значения детонации для каждого расхода и полученный максимальный уровень детонации на устройстве отображения 39, которое может быть видеотерминалом. После того, как максимальный уровень детонации вычислен, компьютер посылает сигнал 36 на распределительный клапан 13. В соответствии с сигналом 36 распределительный клапан 13 устанавливается в различное положение и, соответственно, вводит один из нескольких видов топлива в насос 25 для подачи в двигатель 29. Таким образом распределительный клапана 13 установлен для подачи сначала высооктанового эталонного топлива, затем - низкооктанового эталонного топлива и, наконец, для подачи тестирумого топлива в насос 25, и следовательно, в двигатель 29. Обычно не более примерно 50 мл каждого вида топлива требуется, чтобы найти максимальный уровень детонации для каждого топлива.

После того, как октановое число тестируемого топлива определено, компьютер может быть запрограммирован для перевычисления начальных параметров насоса, используя полученную информацию, для того чтобы установить начальные параметры насоса, а затем повторить процесс определения октанового числа тестируемого топлива. Хотя и не обязательно, указанное вторичное определение октанового числа требуемого топлива может привести к более точному значению.

Фиг. 4 и 5 иллюстрируют блок-схему способа определения октанового числа тестируемого топлива по настоящему изобретению. На первом шаге вводятся данные, относящиеся к эталонным октановым числам, а также простейшие описания и данные среды, взятые для определения барометрического давления и температуры двигателя. Эта информация используется для вычисления начальных параметров насоса и калибровки модели на шаге 102. После калибровки выбирается первое топливо на шаге 104, обычно им является высокооктановое эталонное топливо. Этот процесс завершается посылкой соответствующего сигнала 36 на селекторный клапан 13. На шаге 106 компьютер устанавливает параметры насоса переменного потока, соответствующие начальному расходу, посылкой соответствующего сигнала 34 на насос переменного потока 25. Если средняя интенсивность детонации для начального расхода не вычислена, то компьютер переходит к шагу 108. Если средняя интенсивность детонации была вычислена, то компьютер посылает соответствующий сигнал 34 на насос 25 для увеличения параметров синхронизированного насоса переменного потока так, чтобы расход жидкости увеличился на шаге 107, а затем переходит к шагу 108. Если насос переменного потока установлен таким образом, что топливо вводится в двигатель с соответствующим расходом, то компьютер на шаге 108 получает массив данных об интенсивности детонации в соответствии с сигналом 33 от датчика давления в двигателе 29, как изображено на фиг. 2. Используя полученный на шаге 108 массив данных, компьютер на шаге 110 вычисляет среднюю интенсивность детонации топлива для текущего расхода. Компьютер вычисляет среднюю интенсивность детонации усреднением результатов детонации от множества процессов сгорания в цилиндре двигателя. Обычно усредняются двадцать или более процессов сгорания, типовым значением является 32 процесса сгорания. После того как будет получена средняя интенсивность детонации и средняя интенсивность детонации отображена на шаге 111, компьютер переходит к шагу 114, где он определяет, найдена ли максимальная средняя детонация среди полученных средних значений детонации.

На фиг. 6 изображены средние значения интенсивности детонации. Фиг. 6 является графиком зависимости средней интенсивности детонации от параметров (установок) топливного насоса. И средняя интенсивность детонации и установки топливного насоса изображены в произвольно выбранном масштабе для представления в цифровом виде аналогового сигнала, принятого от датчика давления и сигнала, посланного на топливный насос для управления расходом топливного насоса. Сначала компьютер вычисляет среднюю интенсивность детонации для начального расхода 200. Затем он вычисляет среднее значение интенсивности детонации 202, 204, 206, 208 и 210. После вычисления каждого среднего значения интенсивности детонации 202, 204, 206, 208 и 210 компьютер сравнивает с предыдущим полученным значением интенсивности детонации для определения, является ли предыдущее значение интенсивности детонации больше или меньше нового среднего значения интенсивности детонации. После установления факта, что средние значения интенсивности детонации уменьшаются, а не увеличиваются, компьютер определяет, что найдена максимальная средняя интенсивность детонации. Предпочтительно, чтобы программа определяла, что максимальная средняя интенсивность детонации получается сравнением текущего значения средней интенсивности детонации с наибольшим предыдущим значением средней интенсивности детонации до тех пор, пока текущая средняя интенсивность детонации не уменьшится от наибольшего предыдущего значения средней интенсивности детонации на заданную величину. Таким образом, значение 206 представляет собой наибольшее полученное среднее значение интенсивности детонации. При получении значения 208 компьютер сравнивает значение 208 со значением 206. Если уменьшение интенсивности детонации между значениями 208 и 206 не больше заданной величины, то получается новое значение 210. Если уменьшение интенсивности детонации между значениями 206 и 210 больше заданной величины, то компьютер переходит к шагу 148, показанному на фиг. 5.

Обратимся снова к фиг. 4 и 5; если компьютер не нашел максимального значения средней интенсивности детонации, то он возвращается к шагу 108 для получения другого массива данных для более высокого расхода. Если на шаге 114 максимальная средняя интенсивность детонации найдена, то компьютер переходит к шагу 118 для решения уравнения кривой, которая соединяет точки средней интенсивности детонации, полученные когда средняя интенсивность детонации наносится на график в зависимости от расхода топлива. Компьютер будет вычислять кривую, используя соответствующий метод наименьших квадратов для решения полиноминального выражения кривой третьего порядка. Для того чтобы убедиться в точности построения кривой, желательно, чтобы были получены, по меньшей мере, три точки средней интенсивности детонации, предшествующие максимуму средней интенсивности детонации. После вычисления полиноминального выражения кривой третьего порядка для кривой, соединяющей средние значения интенсивности детонации, компьютер изображает кривую на шаге 119 и передает к шагу 120, где он будет вычислять максимум кривой и использовать этот максимум для определения расхода топлива, который должен приводить к максимальной интенсивности детонации ("максимальному уровню детонации"). Вычисление максимального уровня детонации можно лучше понять при рассмотрении фиг. 6. На графике кривая 212 представляет полиноминальное выражение кривой третьего порядка для полученных средних значений детонации. Беря производную от этого полиноминального выражения, компьютер может вычислять значение 214. Из значения 214 компьютер может получить соответствующие установки насоса или расхода топлива, при котором будет получен максимальный уровень.

Имея вычисленное значение расхода, при котором будет получен максимальный уровень, компьютер устанавливает параметры насоса переменного потока, соответствующими этому расходу, на шаге 122 и снова получает массив данных в соответствии с сигналом от датчика давления в двигателе 29 на шаге 124. Из этого массива данных на шаге 126 вычисляется максимальный уровень детонации топлива, а затем отображается на соответствующем устройстве отображения на шаге 127. Затем компьютер переходит к шагу 128 и определяет, все ли топливо было протестировано. Если не все, то компьютер возвращается к шагу 104 для выбора следующего вида топлива. Когда будут протестированы высокооктановое эталонные топливо, низкооктановое эталонное топливо и тестовое топливо, то компьютер вычисляет октановое число тестируемого топлива на шаге 130. Так как октановое число высокооктанового эталонного топлива и низкооктанового эталонного топлива известны и найдены максимальные уровни детонации для обоих эталонных видов топлива и тестового топлива, то может быть получено октановое число тестового топлива непосредственным сравнением максимального уровня детонации тестируемого топлива с максимальными уровнями детонации высокооктановых эталонных топлив и низкооктанового эталонного топлива и применяя линейную интерполяцию. После вычисления числа на шаге 130, компьютер отображает октановое число на шаге 132 на соответствующем видеотерминале или распечатывая твердую копию. К тому же компьютер может быть запрограммирован на отображение графика зависимости средней интенсивности детонации от расхода, как показано на фиг. 6, так же как и других данных, таких как температура двигателя, барометрическое давление и октановые числа эталонных топлив.

Много различных программ можно написать на различных языках программирования и использовать различные форматы данных, которые позволят компьютеру выполнить требуемые функции. В то время как множество различных программ может быть разработано для выполнения требуемых функций, к настоящему изобретению в качестве Приложения 1 прилагается программа, написанная с использованием языка программирования Cu для Lab Windows for DOS and NIDAC^®, продаваемая National Instruments Corporation, Austin, Texas.

Настоящее изобретение описано со ссылкой на стандартные способы ASTM для определения октанового числа газолина. ASTM способы требуют применения двигателя ASTM-CFR. Еще раз отметим, то настоящее изобретение применимо для всех измерений октанового числа используя любой подходящий двигатель.

Изобретение описано в терминах настоящего предпочтительного воплощения. Приемлемые изменения и модификации могут быть осуществлены специалистами в рамках описанного изобретения и прилагаемой патентной формулы.

Приложение 1
N строки (слева) Текст-комментарий между знаками комментария /* и */ (справа)
6 Пока счетчик DAQ для min K1 начальные топлива задерживаются
7 перемещая среднее значение на max-knock, maxnok не присваивается временного значения
8 часовой таймер переполняется. UIR изменяет config, Idat
9 пересмотр программы maxnok и graphing
10 включая начальную установку индикатора, корректировку baro, chtr, таймера и окончание работы индикатора.

37 последовательный порт для разъема Z-World
38 последовательный порт для разъема RS-422
75 загрузка панелей для программы
89 просмотр: все панели загружены нормально?
95 выход, если панели не загружены
97 загрузка начальной конфигурации из файла
98, 99 незавершенные операторы языка Cu
101 конфигурирование плат ввода/вывода
109 конфигурирование аналого-цифрового преобразователя для прерываний
111 получение начального положения насоса
113 установка флага аварийного завершения
115, 116 вызов последних значений переменных
118 получение значения положения газового клапана
119 установка клапана в положение, соответствующее топливу для прогрева
120 отображение главного меню
123 проверка ввода пользователя
125 выполнение теста
130 изменение значений тестовой конфигурации
135 выход
138 нормальный выход
142 вызов подсказки
149 конец главной программы
162 сброс данных суммарных массивов
164 сброс счетчика откликов
165 сброс счетчика установок данных
168 сброс переменных в случае переконфигурирования или нового теста
177 считывание переменных baro и calibr
186 получение информации для корректировок переменной
189 baro и указателей файла
197 получение считанных значений температуры, О-тест не выполняется
198 получение конфигурации теста
199 оператор
202 нет образцов 1 или 2
203 порядок выполнения: 1 - зеленое топливо первым, 2 - желтое топливо первым
204 порядок выполнения образцов
208 недоступны клавиши данных
213 на основании образцов и
214 порядок выполнения
221 нет откликов
222 автоматическая печать
223 установка значений нет отклика
224 увеличение значения счетчика
229 индикация правильных значений заголовка
230 проверка ввода пользователя
232 установка начальных значений и выполнение теста
236 увеличение значения счетчика, если переменная образца desc имеет то же значение
237 сброс данных суммарного массива
238 очистка экрана суммарных данных
239 сброс значения txt для суммарных данных
240 сброс счетчика циклов откликов
243 увеличение значения счетчика, если переменная образца desc имеет то же значение
244 сброс данных суммарного массива
245 очистка экрана суммарных данных
246 сброс значения txt для суммарных данных
247 сброс счетчика циклов откликов
250 сброс откликов, если не аварийное завершение
254 спрятать кнопки нажатия
263 переместить курсор в панель 4
264 сдвиг PRF
265 сдвиг образцов
266-269 невыполняемые операторы языка Cu
274 инициализация переменной abord-flag
275 установка счетчика откликов
276 очистка переменной mse
284 очистка переменной plots
286 обнуление суммарных массивов
288 временный цикл 2 хранит данные для тестовых переменных
289 установка значения mse для увеличения для каждого топлива
290 установка значений насоса для увеличения для каждого топлива
291 проверка установлена ли переменная ngas
293 если переменная установлена, то - задержка 2 минуты
294 установка насоса для эталонного
296 топлива и задержка
298 цикл тестирования топлива - выбор топлива, тест, увеличение
306 установка крана
309 программа maxknock
310 вывод результатов теста на экран
311 увеличение значения переменной mse
312 увеличение значения установок насоса
313 получение октановых числе
317 желтое топливо
318 октановое число
324 зеленое топливо
318 октановое число
332 если оба образца, первое - зеленое, затем - желтое
337 первое - зеленое, затем - остановка
339 прерывание работы и возврат из программы, если нажат ABORT
340 аварийное завершение по требованию
341 принудительное завершение цикла
342 принудительная установка откликов в конечное значение
343 установка клапана на топливо для прогрева
344 установка насоса в начальный уровень
346 конец цикла для топлива
348 отображение/печать данных при нормальной работе
355 проверка наклона
381 проверка подачи
408 запись данных детонации в массивы откликов и отображение суммарного массива
425 сброс положения суммарных данных
433 увеличение суммарных текстовых данных желтого топлива
436 запись данных в файл
438 проверка достоверного управления файлом
454 сброс положения суммарных данных
464 увеличение суммарных текстовых данных желтого топлива
467 запись данных в файл
469 проверка достоверного управления файлом
491 увеличение счетчика цикла
492 окончание цикла abort-false
494 сброс для последующей работы
495 сдвиг данных детонации
496 окончание цикла для отклика
498 аварийное окончание цикла, все отклики завершены
499 установка крана на топливо для прогрева
500 установка насоса в начальное положение
501 тест чувствительности к детонации
506 если автоматическая печать, то распечатка отображаемых данных
507 установка порядка печати
508 цикл для панелей
514 вызов программы final только в режиме печати
522 конец цикла автоматической печати
530 программа для газового крана, окончания теста
548 желтое тестируемое топливо для TSF
551 выбор TSF для образца
576 зеленое тестируемое топливо для TSF
579 выбор TSF для образца
621 окончание цикла abort-false -отклик получен
622 стирание с экрана панели abort
627,628 отображение спрятанных клавиш
634 установка курсора в меню SSON
635 копирование имени для увеличения
636 копирование имени для уменьшения
637 номер отклика
639 возврат в меню main
640 стирание с экрана панели DATA
676 сброс флага данных для обновления запуска параметров
678 программы установки заголовка
682 программа управления природным газом
686 программы управления расходом топлива
704 окончание программы runsson
709 отображение панели конфигурации
712 проверка ввода пользователя
714 работа с панелью конфигурации
719 получение имени файла
720, 721 копирование информации о файле на экран
723, 724 сделать доступными клавиши данных
731 стирание с экрана панели конфигурации
738 проверка ввода пользователя
740 работа с панелью конфигурации
742 установить кран для топлива для прогрева
745 стирание с экрана панели конфигурации
763 окончание конфигурирования
770 массив значений "Y"
771 массив значений "X"
772 значения "Y" для построения кривой
773 значения "X" для построения кривой
774 массив данных, наиболее подходящих для построения кривой
775 массив коэффициентов, наиболее подходящих для построения кривой
778 среднеквадратичные ошибки для полинома кривой
779-782 переменные для определения локального man/mix
783 максимальное значение массива из MaxMin
784 индекс максимального или минимального значений
785 минимальное значение массива из MaxMin
786 индекс цикла
787 индекс завершения сбора данных
788 переменная для чувствительности регулирования
789 задержка переключения топлива
790 максимальный период задержки детонации
791 начало в начальной предполагаемой точке
793 никаких изменений направления еще нет
794 никаких измерений детонации еще нет
795 никаких данных детонации еще нет
796 установка индикатора удаления чертежа
797 минимальное значение счетчика KI
799 flag= 6 для минимального числа точек, 5 для сильного отклонения
800 1 для минимальной интенсивности детонации, - 1 DAQ остановлено, 0 - все нормально
802 интервал для PRF насоса
803 интервал для образцов насоса
804 установка наборов кривых
805 задержка переключения топлива
806 регулировка чувствительности детонации
807 получение задержки maxknock
808 изменение интервала насоса для образца
812 старт в начальной предполагаемой точке
813 начало для топлива для прогрева
816 проверка ввода пользователя
818 аварийное завершение при необходимости
820 получение температур
824 флаг переполнения массивов данных
829 установка насоса в желаемом положении
830 стабилизация при необходимости
832 задержка для данных минимума
834 сброс флага управления
836 получение образцы детонации
837 проверка ввода пользователя
839 аварийное завершение при необходимости в функции образцов
841 обновление массива детонации
842 обновление массива данных для насоса
844 отображение данных
846 печать нормальных данных
850 аварийное завершение теста после 10 установок насоса
856 если stat-flag-0, то обработка данных
858-860 работа при сильном отклонении выбор противоположного направления, если отрицательный наклон для первых трех образцов, возврат к начальным предполагаемым значениям и продолжить
864 сделать интервал отрицательным
865 восстановить первую установку для насоса
866 восстановить первый уровень детонации
867 установить флаг изменения направления и задержки
870, 872 цикл данных минимума - проверка изменения направления после 2 образцов. Уменьшение начальных установок и запуск сначала.

877 установка флага минимальных данных
881 изменение направления - увеличение значения флага изменения направления
886 выполнение последовательности - выполняется, если выполнено более 4 циклов и направление изменяется
891 окончание цикла stat=0
892-894 если не минимальные данные или DAQ остановлен, то увеличить давление, увеличить интервал для образца
897, 898 сохранение последних установок
899 увеличить значение индекса образца
902 сброс значения индекса образца
903 конец цикла while
905 программы вычерчивания кривой
907 взять отклонение, установить равным 0 и найти Х, максимальную установку для насоса
912 вычислить Y, максимальное значение детонации из Х, максимальное значение для насоса и детонации
918, 919 проверка, какое значение Y (+ или -) больше и указать соответствующую координату Х
926 установить насос в положение, соответствующее максимальной детонации
928 задержка для максимальной детонации
929 взять значение детонации на основе теста
933 проверка ввода пользователя
935 аварийное завершение по требованию в функции образца
938 сравнение вычисленного максимального значения детонации с текущим максимальным значением детонации
942 5% изменение для вычислительного макс. Значения в зависимости от макс. Детонации
943 разрешение для основного топлива
953 найти максимальное/минимальное значения для реальных установок насоса
955 генерация массива для вычерчивания кривой в пределах max/min
962 распечатка результатов вычерчивания кривой
966 проверка ввода пользователя
968 аварийное завершение по требованию в функции образца max-knock
970 конец программы
976 если ввод был из панели аварийного завершения
979 установить флаг аварийного завершения ABORT
986 установить последовательность для крана
031 конец программы valve
040 14000 является максимально возможной установкой для насоса
041 без исключений
046 уменьшение значения для насоса
052 увеличение значения для насоса
061 увеличение задержки для основного топлива
065 конец программы setpump
094 очистка массива данных
101 если DAQ остановлен, то возврат и сброс
106 если программа детектирует детонацию, то обработка детонации
113 перенос среднего значения в maxnok
122 если ниже порога, то уменьшение счетчика цикла
123 если начальный образец, то увеличение счетчика цикла
124 при низком KI увеличить счетчик
126 сброс счетчика "нет детонации"
128 если установлен триггер "нет детонации"
130 регулировка счетчика
133 конец оператора SWITCH
134, 135 если значение счетчика > 700 или низкое KI >10, то остановить DAQ, увеличить значение насоса
140 конец цикла сбора данных
143 возврат среднего значения в качестве конечного результата
144 конец программы Sample
150 запись результатов в панель DATA
170 k определяет, если данные хранятся для временных переменных во время теста
171 k=0 тест не начинается, не сохранять данные
172 k= 1 тест начинается, проверка данных на изменение с базовыми значениями
173 k=2 сохранить временные переменные в качестве базовых температур для переменных измерений
178 запрос данных извне
181 масштабирование переменных температуры
182 одинаковый график для воды/масла
187 показать данные температуры
190 если MON, то показать данные
195 тест не начинается, проверить max & min
198 проверить корректность переменных для впуска
199 сигнал для высокой температуры впуска
204 сигнал для низкой температуры впуска
208 проверка смеси для MON
210 сигнал для высокой температуры смеси
215 сигнал для низкой температуры смеси
220 сигнал для высокой температуры смеси
225 сигнал для низкой температуры впуска
234 тест начался, проверка изменений
238 сигнал для высокой температуры впуска
243 сигнал для низкой температуры впуска
249 сигнал для высокой температуры смеси
254 сигнал для низкой температуры смеси
260 сохранить данные базовых температур
264 топливо двигателя
269 проверка ввода пользователя
277 хладагент двигателя
282 проверка ввода пользователя
290 конец программы temp-read
292 загрузка ошибок ввода/вывода в файл
301 проверка для достоверного управления файлом
302 неверное управление файлом
460 установка заголовка RON
474 установка заголовка MON 9/16"
503 i команда для газа Zworld
530 установка счетчика в 0
544 цикл для того, чтобы убедиться в передаче в приеме данных
547 очистка буферов порта
549 очистка буфера приема данных
566 переменная задержка
567 на основе изменения насоса
573 возврат, если обмен завершен нормально
577 увеличение

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу и аппаратуре для определения октанового числа топлива и позволяет снизить количество топлива, необходимого для определения октанового числа, и повысить достоверность измерений. Первое и второе эталонные топлива, имеющие различные октановые числа детонации, и тестируемое топливо, имеющее неизвестное октановое число, подаются в топливное впускное отверстие двигателя с несколькими последовательными значениями расхода, для каждого расхода вычисляется средняя интенсивность детонации, и из результирующей последовательности средних интенсивностей детонации, используя способы вычерчивания кривой, вычисляется расход, который даст максимальную интенсивность детонации. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ с использованием компьютера для определения октанового числа тестируемого топлива, отличающийся тем, что содержит следующие этапы: ввод данных, характеризующих первое эталонное топливо и второе топливо, в компьютер; посылка первого сигнала из указанного компьютера на распределительный клапан, непосредственно связанный с указанным компьютером так, что после приема указанного первого сигнала указанный распределительный клапан поворачивался в первое положение, при котором указанное первое эталонное топливо вводится в насос переменного потока, находящимся в связи с потоком жидкости с двигателем так, что эта жидкость, введенная в указанный насос переменного потока, вводится в указанный двигатель с расходом, где указанный насос переменного потока непосредственно связан с указанным компьютером так, что указанный компьютер может посылать сигнал потока в указанный насос переменного потока, изменяя таким образом указанный расход, определение максимального уровня детонации для указанного первого эталонного топлива; посылка второго сигнала из указанного компьютера на указанный распределительный клапан, так что после приема указанного второго сигнала распределительный клапан поворачивался во второе положение, при котором указанное второе эталонное топливо вводится в указанный насос переменного потока; определения максимального уровня детонации для указанного второго эталонного топлива; посылки третьего сигнала из указанного компьютера на указанный распределительный клапан, так что после приема указанного третьего сигнала указанный распределительный клапан поворачивался в третье положение, при котором тестируемое топливо вводится в указанный насос переменного потока; определения максимального уровня детонации для указанного тестируемого топлива; вычисления октанового числа указанного тестируемого топлива с помощью линейной интерполяции, используя указанное значение максимального уровня детонации тестового топлива, указанное значение максимального уровня детонации для указанного первого эталонного топлива и указанное значение максимального уровня детонации для указанного второго эталонного топлива; отображения указанного октанового числа тестируемого топлива, в котором указанное определение каждого максимального уровня детонации содержит этапы: посылки последовательности потоковых сигналов для изменения указанного расхода топлива таким образом, чтобы каждое топливо подавалось для сгорания в указанный двигатель с различными значениями расхода, начиная с заданного начального расхода и изменения расхода к такому значению, при котором вероятно получить максимальный уровень детонации; посылки при каждом значении расхода сигнала давления из указанного двигателя в указанный компьютер, в котором указанный сигнал соответствует скорости изменения давления в цилиндре в указанном двигателе во время сгорания топлива внутри указанного двигателя; получения для каждого расхода множества массивов данных в соответствии с указанным сигналом, при котором указанное множество массивов данных относится в фазе сгорания в цикле указанного двигателя; вычисления средней интенсивности детонации из указанного множества массивов данных для каждого расхода; сравнение указанной средней интенсивности детонации для каждого расхода, отличного от указанного начального расхода, с указанной средней интенсивностью детонации, полученной для предыдущих расходов для определения, найдена ли максимальная средняя интенсивность детонации для указанного множества расходов; вычисление, начиная с этого времени, полиномиального выражения для распределения указанной средней интенсивности детонации для указанного множества расходов; вычисление максимальной интенсивности детонации из указанного полиномиального выражения и получения соответствующего расхода для топлива; регулировки указанного расхода до указанного соответствующего расхода; получение указанного множества массивов данных для указанного соответствующего расхода, вычисления максимального уровня детонации из указанного множества массивов данных для указанного соответствующего расхода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он содержит вычисление нового начального значения расхода для указанного тестируемого топлива на основе указанного максимального уровня детонации для указанного тестируемого топлива, повторение шагов g и h для получения октанового числа второго тестируемого топлива для указанного тестируемого топлива, в котором указанная вторая начальная установка параметров наноса используется вместо указанной начальной установки параметров насоса, и вычисления второго октанового числа для указанного тестируемого топлива. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что одно из указанных эталонных топлив имеет октановое число больше, чем октановое число указанного тестируемого топлива, а другое из указанных эталонных топлив имеет октановое число меньше, чем октановое число указанного тестируемого топлива. 4. Устройство, содержащее первый топливный резервуар для содержания первого эталонного топлива, имеющего первое известное октановое число, второй топливный резервуар для содержания второго эталонного топлива, имеющего второе известное октановое число, третий топливный резервуар для содержания первого тестируемого топлива, имеющего неизвестное октановое число, отличающееся тем, что оно содержит двигатель, имеющий впускное отверстие для топлива; насос переменного расхода для подачи топлива в указанный двигатель, в котором расход топлива, с которым топливо подается указанным насосом переменного расхода, может быть изменен; распределительный клапан, имеющий первое впускное отверстие, связанное потоком жидкости с указанным первым топливным резервуаром для приема указанного первого эталонного топлива, имеющий второе впускное отверстие, связанное потоком жидкости с указанным вторым топливным резервуаром для приема указанного второго эталонного топлива, имеющий третье впускное отверстие, связанное потоком жидкости с указанным третьим топливным резервуаром для приема указанного первого тестируемого топлива, и имеющий выпускное отверстие, связанное потоком жидкости с указанным первым впускным отверстием, когда указанный распределительный клапан находится в первом положении, связанное потоком жидкости с указанным вторым впускным отверстием, когда указанный распределительный клапан находится во втором положении, и связанное потоком жидкости с указанным третьим впускным отверстием, когда указанный распределительный клапан находится в третьем положении, в котором указанное выпускное отверстие связано потоком жидкости с указанным насосом переменного потока так, что это топливо подается от указанного выпускного отверстия в указанный насос переменного потока; средства для установления сигнала давления, соответствующего скорости изменения давления в цилиндре в указанном двигателе во время сгорания топлива в указанном двигателе; компьютер, непосредственно соединенный с указанными средствами для установления сигнала давления так, чтобы в соответствии с указанным сигналом давления указанный компьютер получал множество массивов данных, относящихся к фазе сгорания цикла указанного двигателя, непосредственно связанного с указанным насосом переменного потока так, чтобы указанный компьютер мог посылать сигнал потока в указанный насос переменного потока и посредством этого изменять расход топлива, подаваемого указанным насосом переменного потока и непосредственно связанного с указанным распределительным клапаном так, чтобы указанный компьютер мог изменять положение указанного распределительного клапана, в котором указанный компьютер запрограммирован для изменения положения указанного распределительного клапана в указанное первое положение, определения максимального уровня детонации для указанного первого эталонного топлива, изменения положения указанного распределительного клапана в указанное второе положение, определения максимального уровня детонации для второго эталонного топлива, изменения положения указанного распределительного клапана в указанное третье положение, определения максимального уровня детонации указанного тестируемого топлива, вычисления октанового числа указанного тестируемого топлива способом линейной интерполяции, используя максимальный уровень детонации указанного тестируемого топлива, максимальный уровень детонации указанного первого эталонного топлива и максимальный уровень детонации указанного второго эталонного топлива, и отображения октанового числа указанного тестируемого топлива, при котором указанное определение максимального уровня детонации содержит: посылку последовательности потоковых сигналов для изменения расхода топлива таким образом, чтобы каждое топливо подавалось для сгорания внутри указанного двигателя с множеством значений расхода, начиная с заданного начального расхода и изменения расхода к значению, при котором вероятность получить указанный максимальный уровень детонации; получения при каждом расходе указанного множества массивов данных; вычисления средней интенсивности детонации для каждого расхода из указанного множества массивов данных; сравнение указанной средней интенсивности детонации для каждого расхода, отличного от указанного начального расхода, с указанной средней интенсивностью детонации, полученной для предыдущих расходов для определения, найдена ли максимальная средняя интенсивность детонации для указанного множества расходов; вычисление полиномиального выражения для распределения указанной средней интенсивности детонации для указанного множества расходов; вычисление максимальной интенсивности детонации указанного полиномиального выражения и получение соответствующего расхода для топлива; регулировку указанного расхода до указанного соответствующего расхода; получение указанного множества массивов данных для указанного соответствующего расхода; вычисления максимального уровня детонации из указанного множества массивов данных для указанного соответствующего расхода.