СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к способам технической диагностики и может быть использовано для оценки технического состояния автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, путем контроля дымности отработавших газов.

Известен способ измерения содержания сажи [Буралев Ю.В. и др. Устройство, обслуживание и ремонт топливной аппаратуры. М., 1982, стр. 159], основанный на отфильтровывании частиц сажи из отработавших газов. Он позволяет приблизительно оценить дымность газов сравнением цвета фильтра, на котором осели частицы сажи, с эталоном, имеющим шкалу черноты.

Недостатком данного способа является то, что при измерениях на режиме свободного ускорения могут иметь место значительные разбросы результатов измерений.

Известен способ измерения, основанный на просвечивании слоя отработавших газов определенной толщины, оговоренный ГОСТ 21393-75. Он предусматривает измерение дымности отработавших газов автомобилей на режиме свободного ускорения по следующей процедуре:
". .. - при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной частоте вращения быстрым, но не резким нажатием до упора на педаль управления подачей топлива топливным насосом высокого давления устанавливают максимальный расход топлива и его поддерживают до достижения максимальной частоты вращения и включения регулятора. Затем отпускают педаль до установления минимальной частоты вращения. Этот процесс повторяют не менее шести раз.

- При каждом последующем свободном ускорении фиксируют максимальную дымность до получения устойчивых значений. Измеренные величины считаются устойчивыми, если четыре последовательных значения располагаются в зоне шириной 0,25 м^-1 и не образуют убывающей последовательности...".

Этот метод испытаний допускает большое влияние субъективного фактора (". . .быстрым, но не резким нажатием на педаль...") на результаты измерений дымности, что приводит, во-первых, к большим разбросам в показаниях дымности и, как следствие, к увеличению трудозатрат на проведение измерений и увеличению продолжительности процесса измерения. Во-вторых, результаты измерения, как показали исследования, зависят от темпа нажатия на педаль подачи топлива. Следовательно, возможны такие серии измерений, которые удовлетворяют требованию устойчивости (располагаются в зоне шириной 0,25 м^-1 и не образуют убывающей последовательности), но имеют различные средние значения вследствие разного темпа нажатия (разной резкости нажатия) на педаль подачи топлива.

Задачей изобретения является повышение точности и снижение продолжительности измерений дымности отработавших газов за счет исключения влияния субъективного фактора на результат измерения.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения по первому варианту, включающем нажатие до упора на педаль управления подачей топлива до достижения максимальной частоты вращения коленчатого вала и включения регулятора, измерение дымности на этом режиме, измерение дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала, согласно изобретению задают регламентированное время нажатия педали управления подачей топлива, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время нажатия педали подачи топлива до упора, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени нажатия на педаль подачи топлива, который определяют по формуле

где Ln - натуральный логарифм;
D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %;
D_умчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала;
D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %;
t_ϕи1 - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при первом измерении, с;
t_ϕи2 - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при втором измерении, с,
а дымность отработавших газов корректируют по формуле

где D - скорректированное (по времени нажатия на педаль) значение показателя дымности, %;
D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-ом измерении, %;
е - основание натурального логарифма;
t_ϕиi - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при i-ом измерении, с;
t_p - регламентированное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива, с.

Согласно второму варианту изобретения в способе измерения дымности отработавших газов дизелей задают регламентированное время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения и включения регулятора, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α₁ характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, который определяют по формуле

где D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %;
D_умчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала;
D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %;
t_nиl - измеренное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения при первом измерении, с;
t_nи2 - измеренное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения при втором измерении, с,
а дымность отработавших газов корректируют по формуле

где D - скорректированное (по времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения) значение показателя дымности, %;
D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-ом измерении, %;
е - основание натурального логарифма;
t_nиi - измеренное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения при i-ом измерении, с;
t_p1 - регламентированное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, с.

Согласно третьему варианту в способе измерения дьмности отработавших газов дизелей задают регламентированное время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α₂, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, который определяют по формуле

где D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %;
D_yмчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала;
D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %;
t_оги1 - измеренное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения при первом измерении, с;
t_оги2 - измеренное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения при втором измерении, с,
а дымность отработавших газов корректируют по формуле

где D - скорректированное (по времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения) значение показателя дымности, %;
D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-ом измерении, %;
е - основание натурального логарифма;
t_огиi - измеренное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения при i-ом измерении, с;
t_p2 - регламентированное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, с.

Объединение трех технических решений в одну заявку связанно с тем, что три данных способа решают одну и ту же задачу - повышение точности и снижение продолжительности измерений дымности отработавших газов за счет исключения влияния субъективного фактора на результат измерения путем измерения времени нажатия педали подачи топлива до упора или времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, или времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения.

На фиг. 1 - 4 приведены диаграммы изменения регистрируемых параметров в процессе измерения дымности. На них ϕ - положение педали подачи топлива, измеряется в градусах угла поворота, изменяется от одного крайнего положения ϕ_min (педаль в свободном положении) до другого крайнего положения ϕ_max (педаль нажата до упора); V_ог - скорость потока отработавших газов, измеряется в градусах угла поворота чувствительного элемента датчика, изменяется от одного крайнего положения V_огmin до другого крайнего положения V_огmax; n_x.x - частота вращения коленчатого вала, мин^-1, изменяется от n_x.x.min до n_x.x.max. Дымность отработавших газов во времени не разворачивалась, так как в качестве результата берутся только пиковые значения, а характер нарастания дымности роли не играет.

Способ осуществляется следующим образом:
нажимаем до упора на педаль управления подачей топлива до достижения максимальной частоты вращения коленчатого вала и включения регулятора, измеряем дымность на этом режиме, измеряем дымность в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала (D_yмчв):
по варианту 1 задаем регламентированное время нажатия педали управления подачей топлива (t_p), одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряем фактическое время нажатия педали подачи топлива до упора (t_ϕи), проводим не менее двух измерений (D_изм1; t_ϕи1; D_изм2; t_ϕи2) и определяем значение коэффициента α, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени нажатия на педаль подачи топлива, а затем корректируем дымность отработавших газов;
по варианту 2 задаем регламентированное время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения (t_p1), одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряем фактическое время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения (t_nи) и включения регулятора, проводим не менее двух измерений (D_изм1; t_nи1; D_изм2; t_nи2) и определяем значение коэффициента α₁, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, а затем корректируем дымность отработавших газов;
по варианту 3 задаем регламентированное время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения (t_p2), одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряем фактическое время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения (t_оги), проводим не менее двух измерений (D_изм1; t_оги1; D_изм2; t_оги2) и определяем значение коэффициента α₂, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, а затем корректируем дымность отработавших газов.

Для корректирования результатов измерения конкретного автомобиля необходимо определиться с оптимальным временем измерения (временем нажатия на педаль), к которому будем приводить все измерения с другими значениями t_и, назовем его t_р (регламентированным) и зададим его на уровне t_р = t_р1 = t_р2 = 2 с (величина t_р для демонстрации способа корректировки роли не играет, например, это может быть t_р = 1 с или t_р = 1,5 с и т.д.).

На фиг. 1 и 2 зафиксирован "быстрый" разгон. По приведенным на них диаграммам определим численные значения параметров, необходимых для расчета дымности, а именно время нажатия педали подачи топлива до упора составило t_ϕ1 = 1,05 с; время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимальных n_x.x.min до максимальных n_x.x.max составило t_nи1 = 1,05; время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения составило t_оги1 = 1,15 с. Дымность в этом измерении составила 23,7%.

На фиг. 3 и 4 зафиксирован "плавный" разгон. По приведенным диаграммам определим численные значения параметров, необходимых для расчета дымности, а именно время нажатия педали подачи топлива до упора составило t_ϕи2 = 6,5 c; время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимальных n_x.x.min до максимальных n_x.x.max составило t_nи2 = 6,7 c; время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения составило t_оги2 = 6,7 с. Дымность в этом измерении составила 7,3%.

Таким образом, из вышеприведенных графиков видно, что на одном и том же автомобиле могут быть получены крайне разные результаты измерения - все зависит от того, с каким темпом мы нажимаем на педаль подачи топлива.

Проиллюстрируем предлагаемый по варианту 1 способ измерения дымности отработавших газов, используя данные фиг. 1 - 4. Подставив в формулы снятые с диаграмм данные D_изм1 = 23,7%; t_ϕи1 = 1,05 c; D_изм2 = 7,3%; t_ϕи2 =6,5 с; D_умчв = 6,3%, получим:


Проиллюстрируем предлагаемый по варианту 2 способ измерения дымности отработавших газов, используя данные фиг. 1-4. Подставляем в формулы снятые с диаграмм данные D_изм1 = 23,7%; t_nи1 = 1,05 с; D_изм2 = 7,3%; t_nи2 = 6,7 с; D_умчв = 6,3%, получим:


Проиллюстрируем предлагаемый по варианту 3 способ измерения дымности отработавших газов, используя данные фиг. 1-4. Подставляем в формулы снятые с диаграмм данные D_изм1 = 23,7%; t_оги1 = 1,15 с; D_изм2 = 7,3%; t_оги2 = 6,7 с; D_умчв = 6,3%, получим:


Таким образом, из приведенных примеров следует, что применение предлагаемого способа измерения дымности отработавших газов и корректирование результатов измерений с использованием предложенной зависимости по любому из рассмотренных параметров, позволяет по двум измерениям определить дымность отработавших газов на режиме свободного ускорения независимо от того, с каким темпом нажимали педаль подачи топлива, и решить поставленную задачу - повысить точность и снизить продолжительность измерений дымности отработавших газов за счет исключения влияния субъективного фактора на результат измерения.

Изобретение относится к способам технической диагностики и может быть использовано для оценки технического состояния автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, путем контроля дымности отработавших газов. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения включает нажатие до упора на педаль управления подачей топлива до достижения максимальной частоты вращения коленчатого вала и включения регулятора, измерение дымности на этом режиме и измерение дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала. Задают регламентированное время нажатия педали управления подачей топлива, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время нажатия педали подачи топлива до упора, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени нажатия на педаль подачи топлива. Коэффициент α определяют по математическому выражению где Ln - натуральный логарифм, D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %, D_умчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала, D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %, t_ϕи1 - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при первом измерении, с, t_ϕи2 - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при втором измерении, с. Дымность отработавших газов корректируют по математическому выражению где D - скорректированное (по времени нажатия на педаль) значение показателя дымности, %, D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-м измерении, %, е - основание натурального логарифма, t_ϕиi - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при i-м измерении, с, t_p - регламентированное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива, с. Технический результат заключается в повышении точности и снижении продолжительности измерений дымности отработавших газов за счет исключения влияния субъективного фактора на результаты измерения. Раскрыты варианты выполнения способа. 3 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения, включающий нажатие до упора на педаль управления подачей топлива до достижения максимальной частоты вращения коленчатого вала и включения регулятора, измерение дымности на этом режиме, измерение дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала, отличающийся тем, что задают регламентированное время нажатия педали управления подачей топлива, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время нажатия педали подачи топлива до упора, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени нажатия на педаль подачи топлива, который определяют по формуле

где Ln - натуральный логарифм;
D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %;
D_умчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала;
D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %;
t_ϕи1 - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при первом измерении, с;
t_ϕи2 - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при втором измерении, с,
а дымность отработавших газов корректируют по формуле

где D - скорректированное (по времени нажатия на педаль) значение показателя дымности, %;
D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-м измерении, %;
е - основание натурального логарифма;
t_ϕиi - измеренное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива при i-м измерении, с;
t_p - регламентированное значение времени нажатия до упора на педаль подачи топлива, с. 2. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения, включающий нажатие до упора на педаль управления подачей топлива до достижения максимальной частоты вращения коленчатого вала и включения регулятора, измерение дымности на этом режиме, измерение дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала, отличающийся тем, что задают регламентированное время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения и включения регулятора, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α₁, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, который определяют по формуле

где D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %;
D_умчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала;
D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %;
t_nи1 - измеренное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения при первом измерении, с;
t_nи2 - измеренное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения при втором измерении, с,
а дымность отработавших газов корректируют по формуле

где D - скорректированное (по времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения) значение показателя дымности, %;
D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-м измерении, %;
е - основание натурального логарифма;
t_nиi - измеренное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения при i-м измерении, с;
t_р1 - регламентированное значение времени выхода частоты вращения коленчатого вала от минимального до максимального значения, с. 3. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения, включающий нажатие до упора на педаль управления подачей топлива до достижения максимальной частоты вращения коленчатого вала и включения регулятора, измерение дымности на этом режиме, измерение дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала, отличающийся тем, что задают регламентированное время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, одновременно с нажатием на педаль управления подачей топлива измеряют фактическое время выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, проводят не менее двух измерений и определяют значение коэффициента α₂, характеризующего интенсивность изменения показателя дымности от времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, который определяют по формуле

где D_изм1 - измеренное значение показателя дымности при первом измерении, %;
D_умчв - измеренное значение показателя дымности в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала;
D_изм2 - измеренное значение показателя дымности при втором измерении, %;
t_оги1 - измеренное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения при первом измерении, с;
t_оги2 - измеренное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения при втором измерении, с,
а дымность отработавших газов корректируют по формуле

где D - скорректированное (по времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения) значение показателя дымности, %;
D_измi - измеренное значение показателя дымности при i-м измерении, %;
е - основание натурального логарифма;
t_огиi - измеренное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения при i-м измерении, с;
t_р2 - регламентированное значение времени выхода скорости потока отработавших газов от минимального до максимального значения, с.