СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G01L3/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения энергоресурса - максимально возможной эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания (ДВС), работающего в эксплуатационных условиях при стохастическом нагружении и регулируемых режимах работы с неполной подачей топлива и соответственно различной частоте вращения вала двигателя на частичных характеристиках двигателя (ГОСТ 14846-81), например, при работе земледельческих машин в эксплуатационных условиях.

Максимально возможная эффективная мощность ДВС, обусловленная конструкцией двигателя, определяется стендовыми испытаниями (ГОСТ 18509-88, ГОСТ 25033-81), при которых измеряют искусственно задаваемую нагрузку (крутящий момент) и получаемую при этом частоту вращения вала двигателя, перемножают эти величины и по максимуму получаемых результатов определяют (в соответствующем масштабе) максимально возможную мощность (энергоресурс) двигателя.

Такой способ, характеризующий конструкцию двигателя, для определения энергоресурса ДВС в эксплуатационных условиях мало пригоден, т.к. в процессе эксплуатации ДВС имеют место не установившиеся (или задаваемые) нагрузки, а нагрузки, имеющие стохастический (вероятностный) характер, который изменяет (обычно уменьшает) среднее значение получаемой частоты вращения вала двигателя. Поэтому энергоресурс, получаемый при стендовых испытаниях, недостаточно точен для эксплуатационных условий. Кроме того, в процессе эксплуатации ДВС сложно определять нагрузку в виде крутящего момента, а не в виде передаваемого усилия.

Чтобы устранить эти недостатки, было предложено определять энергоресурс ДВС в эксплуатационных условиях как максимальное значение мощности по эксплуатационной характеристике двигателя [1, с. 27-31], учитывающей степень (коэффициент) вариации нагрузки, а нагрузку определять по цикловому давлению в цилиндрах двигателя ("задроссельное давление" или давление в топливопроводящей системе) за один оборот вала двигателя, что характеризует не только усилие, но и передаваемый через вал двигателя крутящий момент.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является "Способ определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления" по а.с. N 1647300, G 01 L 3/24 [2]:
1. Способ определения энергоресурса ДВС, заключающийся в том, что при стохастической загрузке двигателя регистрируют параметры режима работы двигателя, фиксируют моменты прохождения режимом точек перегиба эксплуатационной характеристики двигателя и по величине параметров режима работы двигателя, измеренного в зафиксированные моменты, определяют величину энергоресурса, регистрируют расход топлива и величину задросселированного давления в цилиндрах двигателя, моменты прохождения режимом работы двигателя в точке перегиба экстремальной характеристики фиксируют по достижении величиной расхода топлива экстремального значения, а в качестве параметра режима работы двигателя используют величину задросселированного давления.

2. Устройство для определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания, содержащее блок измерения мощности, блок нахождения экстремума и индикатор, в устройство введен датчик расхода топлива, подключенный через блок нахождения экстремума к управляющему входу индикатора, к информационному входу которого подключен блок измерения мощности, при этом блок измерения мощности выполнен в виде датчика задросселированного давления, вычислителя среднеквадратического значения, делителя, преобразователя напряжения в частоту, дифференциатора, компаратора и измерителя времени цикла, выход которого подключен к первому входу делителя, а вход - к выходу компаратора и к первому входу вычислителя среднеквадратического значения, второй вход которого подключен к датчику задросселированного давления, а через дифференциатор - к входу компаратора, причем, выход вычислителя среднеквадратического значения подключен ко второму входу делителя, выход которого подключен к входу преобразователя напряжения в частоту.

Недостатком этого способа и устройства является то, что для определения энергоресурса двигателя при применении в процессе технологической работы машины регулируемых [1, с. 45, 47] режимов работы двигателя с неполной подачей топлива надо каждый раз (на каждом режиме неполной подачи топлива) выполнять весь объем предусмотренных способом операций, давая нагрузку, при которой имеет место переход с регуляторной на корректорную ветвь эксплуатационной характеристики двигателя, а это весьма трудоемко и зачастую требует нарушения технологической работы машины. Кроме того, предусмотренные способ и устройство не позволяют при переходе на частичные режимы непрерывно измерять изменяющийся в процессе работы энергоресурс двигателя.

Задачей изобретения является непрерывное измерение энергоресурса двигателя в эксплуатационных условиях при регулировании режимов работы изменением подачи топлива, снижение трудоемкости измерения.

Способ определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания основан на том, что при стохастической нагрузке двигателя, обеспечивающей в эксплуатационных условиях переход с регуляторной на корректорную ветвь характеристики двигателя, экстремальная величина эффективной мощности при работе в режиме полной подачи топлива определяет энергоресурс двигателя Э_н и соответствующую ему частоту вращения вала двигателя n_н, а при работе в режимах, регулируемых неполной подачей топлива, величина энергоресурса двигателя Э_i изменяется в соответствии с отношением величин частоты вращения вала двигателя n_i в режимах работы при неполной подаче топлива и частоты вращения вала двигателя n_н при полной подаче топлива (фиг. 1).

Осуществляют способ определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания следующим образом. При работе в эксплуатационных условиях стохастической нагрузки задают режим работы двигателя при полной подаче топлива, регистрируют при этом параметры, характеризующие мощность двигателя, определяют экстремальную величину мощности - энергоресурс двигателя Э_н и соответствующую ему частоту вращения n_н вала двигателя в режиме работы при полной подаче топлива и фиксируют эти величины. Затем, при работе в режимах, регулируемых неполной подачей топлива, измеряют значения частоты вращения вала двигателя n_i при неполной подаче топлива и вычисляют энергоресурс двигателя Э_i в режиме работы при неполной подаче топлива перемножением зафиксированного значения энергоресурса двигателя Э_н в режиме работы при полной подаче топлива на отношение величин частоты вращения вала двигателя в режимах работы при неполной и полной подаче топлива:
Э_i = Э_y(n_i/n_н).

Устройство для определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания (фиг. 2) содержит блок 1 измерения мощности, блок 2 нахождения экстремума в режиме работы двигателя при полной подаче топлива, блок 3, содержащий оперативно-запоминающее устройство ОЗУ, и индикатор 4 энергоресурса двигателя в режиме работы двигателя при полной подаче топлива, причем все перечисленные устройства соединены последовательно, датчик 5 частоты вращения вала двигателя, блок 6 вычисления энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива и индикатор 7 энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива, при этом датчик частоты вращения вала двигателя одним своим выходом подключен к входу блока, содержащего оперативно-запоминающее устройство, а блок вычисления энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива одним своим входом подключен ко второму выходу датчика частоты вращения вала двигателя, другим входом подключен к выходу блока, содержащего оперативно-запоминающее устройство, и выходом подключен к индикатору энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива.

Блок 1 измерения мощности двигателя (фиг. 3) содержит: датчик 8 давления в цилиндрах двигателя, вычислитель 9 среднего квадратического значения, дифференциатор 10, компаратор 11, измеритель 12 времени цикла, делитель 13, преобразователь 14 напряжения в частоту. При этом датчик 8 давления в цилиндрах двигателя, вычислитель 9 среднего квадратического значения, делитель 13 и преобразователь напряжения в частоту 14 последовательно соединены между собой. Блоки: дифференциатор 10, компаратор 11 и измеритель времени цикла 12 последовательно соединены между собой. При этом второй выход датчика давления в цилиндрах двигателя 8 соединен с входом дифференциатора 10, а третий выход - с входом дифференциатора 15. Выход компаратора 11 соединен со вторым входом вычислителя среднего квадратического значения 9. Выход измерителя времени цикла 12 соединен со вторым входом делителя 13.

Блок 2 нахождения экстремума в режиме работы двигателя при полной подаче топлива (фиг. 4) содержит: дифференциатор 15, аналоговый ключ 16, формирователь 17 импульсов, преобразователь 18 напряжения в частоту, оперативное запоминающее устройство 19, схему 20 сравнения и пороговый элемент 21.

Дифференциатор 15, формирователь 17 импульсов, аналоговый ключ 16, преобразователь напряжения в частоту 18, оперативное запоминающее устройство 19, схема сравнения 20 и пороговый элемент последовательно соединены между собой. При этом второй вход дифференциатора 15 соединен со вторым входом аналогового ключа 16. Второй выход преобразователя напряжения в частоту 18 подключен ко второму входу схемы сравнения 20. Выход порогового элемента 21 соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства 19.

Устройство для определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При выполнении технологической операции, например, земледельческой машиной в условиях стохастической (вероятностной) нагрузки в режиме работы двигателя при полной подаче топлива, в блоке 1 сигнал от датчика 8 давления в цилиндрах двигателя поступает на информационный вход вычислителя 9 среднего квадратического значения и одновременно в дифференциатор 10, где дифференцируется. В момент равенства производной текущего значения сигнала нулю компаратор 11 формирует короткий импульс, поступающий на управляющий вход вычислителя 9, который в этот момент на своем выходе формирует сигнал, пропорциональный работе двигателя за один цикл, а измеритель 12 измеряет длительность рабочего цикла. В делителе 13 осуществляется деление величины работы за рабочий цикл двигателя на время этого цикла, в результате чего на его выходе образуются сигналы, характеризующие поцикловые мощности двигателя, которые в преобразователе 14 преобразуются в последовательность импульсов, несущую информацию о текущей мощности двигателя.

Одновременно в блоке 2 нахождения экстремума мощности в режиме работы двигателя при полной подаче топлива текущее значение давления 8 в цилиндрах двигателя поступает на вход дифференциатора 15, который определяет знак изменения мощности двигателя. В случае увеличения мощности выходной сигнал дифференциатора через формирователь 17 импульсов формирует сигнал, разрешающий прохождение сигнала через аналоговый ключ 16 на вход преобразователя 18 напряжения в частоту, с выхода которого сигнал в виде последовательности импульсов поступает на вход ОЗУ 19 и на вход схемы 20 сравнения, где сравнивается с сигналами, поступающими с ОЗУ 19. Разность этих сигналов с входа схемы 20 поступает на вход порогового элемента 21.

При превышении установленного значения на выходе порогового элемента 21 появляется сигнал, разрешающий фиксацию информации в оперативном запоминающем устройстве 19. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока не будет получено максимальное значение мощности (энергоресурс) Э_н, которое и будет зафиксировано вместе со значением частоты вращения n_н вала двигателя, поступающим от датчика 5 в ОЗУ блока 3, и соответственно отражено на табло индикатора 4 (фиг. 2).

После фиксации значений Э_н и n_н в ОЗУ блока 3 и на табло индикатора 4 подается сигнал (вручную или автоматически) об отключении датчика 8 давления в цилиндрах двигателя и, соответственно, выключаются из работы блоки 1 и 2 измерения мощности двигателя и нахождения экстремума. При дальнейшей работе двигателя в режимах неполной подачи топлива, сигналы датчика 5 частоты вращения n_i вала двигателя и сигналы из блока 3, содержащего ОЗУ о величинах Э_н и n_н, поступают в блок 6 вычисления энергоресурса Э_i двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива, значение которого Э_i = Э_н(n_i/n_н) непрерывно фиксируется на индикаторе 7 (фиг. 2).

Источники информации
1. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. - М. : Колос, 1984. - 351 с.

2. А. с. 1647300 A1 СССР, кл. G 01 L 3/24, SU. Способ определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления - 6 с., ил. Бюл. N 17, 1991.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для непрерывного измерения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания, работающего в реальных эксплуатационных условиях. Способ определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания заключается в измерении энергоресурса двигателя и частоты вращения его вала в эксплуатационных условиях в режиме работы при полной подаче топлива, частоты вращения вала двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива и определении энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива перемножением значения энергоресурса двигателя в режиме работы при полной подаче топлива на отношение величин частоты вращения вала двигателя в режимах работы при неполной и полной подаче топлива. Устройство для определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания содержит блок измерения мощности, блок оперативно-запоминающего устройства, блок нахождения экстремума в режиме работы двигателя при полной подаче топлива, индикатор энергоресурса двигателя в режиме работы при полной подаче топлива, датчик частоты вращения вала двигателя, блок вычисления энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива и индикатор энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива. Данное изобретение позволяет непрерывно измерять энергоресурс двигателя в процессе регулирования режимов работы изменением подачи топлива и снизить трудоемкость измерений. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что при стохастической нагрузке двигателя регистрируют параметры, характеризующие мощность двигателя, и по эксплуатационной характеристике двигателя определяют экстремальную величину мощности - энергоресурс двигателя, отличающийся тем, что определяют энергоресурс двигателя в эксплуатационных условиях в режиме работы при полной подаче топлива, измеряют при этом частоту вращения вала двигателя и фиксируют эти величины, затем измеряют значения частоты вращения вала двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива и определяют энергоресурс двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива перемножением зафиксированного значения энергоресурса двигателя в режиме работы при полной подаче топлива на отношение величин частоты вращения вала двигателя в режимах работы при неполной и полной подаче топлива. 2. Устройство для определения энергоресурса двигателя внутреннего сгорания, содержащее блок измерения мощности и блок, содержащий оперативно-запоминающее устройство, отличающееся тем, что введены блок нахождения экстремума в режиме работы двигателя при полной подаче топлива и индикатор энергоресурса двигателя в режиме работы при полной подаче топлива, причем все вышеперечисленные устройства соединены последовательно, также введены датчик частоты вращения вала двигателя, блок вычисления энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива и индикатор энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива, при этом датчик частоты вращения вала двигателя одним своим выходом подключен к входу блока, содержащего оперативно-запоминающее устройство, а блок вычисления энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива одним своим входом подключен к второму выходу датчика частоты вращения вала двигателя, другим входом подключен к выходу блока, содержащего оперативно-запоминающее устройство, и выходом подключен к индикатору энергоресурса двигателя в режиме работы при неполной подаче топлива.