СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в эксплуатационных условиях.

Известен способ косвенного определения давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, основанный на измерении сигналов с тензодатчиков, установленных на уплотнительную прокладку газового стыка [1].

По показаниям датчиков определяется действующее в цилиндре давление.

Недостатком известного способа является его невысокая точность при малых давлениях, а также его ограниченная унификация, так как уплотнительная прокладка заменяется при каждом демонтаже головки блока.

Наиболее близким по технической сущности является известный способ определения технического состояния ДВС путем измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, передающихся через головку блока цилиндров в результате воздействия на нее сил давления газов, выделения из полученной зависимости сил инерции, внутренних сил и моментов, действующих в остове двигателя [2].

Полученную зависимость от угла поворота или от времени принимают за индикаторную диаграмму цилиндра двигателя, сравнивают эту диаграмму и ее числовые показатели с эталонными и определяют техническое состояние двигателя.

Недостатками прототипа являются невысокая точность идентификации данных и низкая достоверность определения технического состояния двигателя в эксплуатационных условиях из-за использования упрощенной модели, кроме того, погрешности при идентификации данных могут возникать из-за отсутствия корректировки нулевой линии индикаторной диаграммы.

Техническим результатом является разработка способа диагностики ДВС, позволяющего повысить точность и достоверность определения технического состояния ДВС в эксплуатационных условиях путем косвенного индицирования цилиндров за счет использования более сложной модели, позволяющей точно идентифицировать экспериментальные данные, а также за счет корректировки нулевой линии индикаторной диаграммы.

Технический результат достигается тем, что путем непрерывного нахождения индикаторной диаграммы цилиндра в зависимости от угла поворота вала или по времени, при котором индикаторную диаграмму получают как разность текущих значений измеренных напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку блока цилиндров, и их осредненных значений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче топлива и отсутствии подачи топлива, при различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя и по текущим значениям полученной индикаторной диаграммы вычисляют характерные числовые показатели, сравнивают их с эталонными и определяют техническое состояние двигателя, а также отдельно анализируют вычисленные характерные числовые показатели индикаторной диаграммы до верхней мертвой точки и после верхней мертвой точки. Корректировку нулевой линии индикаторной диаграммы осуществляют по текущим значениям измеренных напряжений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче топлива и отсутствии подачи топлива.

Отличием настоящего технического решения от прототипа является то, что для понимания физической сущности протекающих процессов в цилиндре двигателя используются дополнительные наиболее информативные и важные числовые показатели индикаторных диаграмм: анализ индикаторной диаграммы, полученной при отсутствии подачи топлива, позволяет судить о компрессии в цилиндре двигателя, техническом состоянии системы воздухоснабжения, разрегулировках газораспределительного механизма; степень повышения давления

и/или разность σ_Рz-σ_Pс могут быть использованы в качестве одних из основных числовых показателей для характеристики второй фазы рабочего процесса; значения измеренных напряжений пропорциональны давлению в цилиндре, что позволяет построить математическую модель рабочего процесса, в частности вычислить показатели политроп сжатия и расширения и др. числовые показатели.

На фиг.1 изображена принципиальная схема, реализующая заявляемый способ диагностики ДВС.

На фиг.2 приведена косвенная индикаторная диаграмма рабочего процесса ДВС, полученная заявляемым способом при помощи датчика напряжений.

Заявляемый способ осуществляется в следующей последовательности (представлен упрощенный вариант). Датчик напряжений 1 в виде стальной шайбы с закрепленными на ней тензорезисторами, предназначенный для измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку 2 блока цилиндров, устанавливается под гайку или болт, крепящий головку 2 блока цилиндров. Датчики 1 для разных типов двигателей изготавливаются индивидуально. Внутренний диаметр стальной шайбы больше наружного диаметра резьбы шпильки или болта, что обеспечивает установку датчика 1 без натяга, наружный диаметр шайбы выбирается для обеспечения условий работы материала датчика 1 в зоне упругих деформаций и нахождения наружной поверхности датчика 1 под действием осевых сил, действующих на шпильку или болт, высота шайбы выбирается для обеспечения условия нахождения рабочей части тензорезистора в зоне с пропорциональной зависимостью между усилием, воздействующим на шайбу, и ее деформацией. Корректировку нулевой линии индикаторной диаграммы осуществляют по текущим значениям измеренных напряжений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче и без подачи топлива, а индикаторную диаграмму цилиндра в зависимости от угла поворота вала или по времени получают как разность текущих значений измеренных напряжений и их осредненных значений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче топлива и отсутствии подачи топлива, при различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя.

Во время работы двигателя 3 усилия, возникающие от действия сил давления газов в цилиндре ДВС, через головку 2 блока цилиндров передаются шпилькам или болтам крепления головки. При этом датчик напряжений 1 воспринимает те же самые усилия, преобразуя их в электрический сигнал, который усиливается в усилителе сигнала 4 с коррекцией нулевой линии. Одновременно с этим производится измерение сигнала с датчика угловых меток 5 с отметчиком оборотов. В дальнейшем сигналы через аналого-цифровой преобразователь 6 передаются и обрабатываются в ЭВМ 7. Процесс обработки полученных зависимостей напряжений по углу поворота вала или по времени, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку 2 блока, сводится к получению косвенных индикаторных диаграмм цилиндра как разности текущих значений измеренных напряжений и их осредненных значений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче и отсутствии подачи топлива в цилиндры двигателя. Затем сравнивают полученную индикаторную диаграмму и ее числовые показатели с эталонными и определяют техническое состояние двигателя.

Таким образом, предлагаемый способ диагностики двигателей внутреннего сгорания методом косвенного индицирования может использоваться для проведения экспертизы технического состояния ДВС в стендовых и эксплуатационных условиях, а также для исследования рабочего процесса двигателя.

Источники информации:

1. Sensor for indirect pressure measuring in a cylinder/ Bizjan Francisek, Pavletic Radislav/ /Strojn. Vestn. - 1995, 41; №7-8, С.211-218, словен., англ.

2. Патент РФ №2178158, кл. G 01 М 15/00, 2002 (прототип).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к измерительной технике, и может быть использовано для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение позволяет повысить точность и достоверность определения технического состояния ДВС в эксплуатационных условиях путем косвенного индицирования цилиндров за счет использования более сложной модели, позволяющей точно идентифицировать экспериментальные данные, а также за счет корректировки нулевой линии индикаторной диаграммы. Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания путем непрерывного нахождения индикаторной диаграммы цилиндра в зависимости от угла поворота вала или по времени, при котором индикаторную диаграмму получают путем измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку блока цилиндров, и сравнивают эту диаграмму и ее числовые показатели с эталонными. Индикаторную диаграмму цилиндра получают как разность текущих значений измеренных напряжений и их осредненных значений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче и отсутствии подачи топлива, при различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя и по полученным значениям этих индикаторных диаграмм вычисляют числовые показатели, сравнивают их с эталонными и определяют техническое состояние двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания путем непрерывного нахождения индикаторной диаграммы цилиндра в зависимости от угла поворота вала или по времени, при котором индикаторную диаграмму получают путем измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку блока цилиндров, и сравнивают эту диаграмму и ее числовые показатели с эталонными, отличающийся тем, что индикаторную диаграмму цилиндра получают как разность текущих значений измеренных напряжений и их осредненных значений на такте выпуска и впуска или продувки, при подаче и отсутствии подачи топлива, при различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя и по полученным значениям этих индикаторных диаграмм вычисляют числовые показатели, сравнивают их с эталонными и определяют техническое состояние двигателя.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализируют вычисленные числовые показатели текущих значений индикаторных диаграмм цилиндра до верхней мертвой точки и после верхней мертвой точки отдельно.