СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2005 года по МПК G01M15/00 G01F9/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению и контролю технического состояния силовой установки транспортного средства, включающей двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и связанные с ним главный генератор, вспомогательные агрегаты и топливную систему с топливным баком, и может быть использовано при эксплуатации транспортных средств, преимущественно тепловозов, для оценки их технического и теплотехнического состояния.

Известен способ контроля технического состояния ДВС транспортного средства [1] путем определения максимального расхода топлива при работе на внешней характеристике, состоящий в измерении величины расхода топлива в процессе разгона двигателя от минимального значения оборотов холостого хода до максимального, включающий в себя расход за период разгона и холостого хода, и измерении частоты вращения вала двигателя, при этом дополнительно измеряют давление перед форсункой в трубопроводе подачи топлива в каждом цикле впрыскивания за время разгона, а максимальный расход топлива рассчитывают в виде произведения величины израсходованного в процессе разгона топлива, величины частоты вращения коленчатого вала, соответствующей началу действия регулятора, половины числа цилиндров и отношения интеграла давления впрыскивания за цикл, соответствующий началу действия регулятора к сумме интегралов давления по каждому циклу в течение разгона.

Известен также способ контроля технического состояния ДВС транспортного средства [2], основанный на учете общего расхода топлива, при котором измеряют объемный расход топлива на входе в ДВС и выходе из него, измеряют температуры топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вводят в вычислитель значения плотности топлива при температуре 20°С, приводят введенные значения плотности топлива к значениям плотности топлива, соответствующим температурам топлива, измеренным в местах измерения расхода топлива, вычисляют массовые расходы топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вычисляют массовый расход топлива двигателя внутреннего сгорания как разность массовых расходов топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, выводят текущие значения массовых расходов топлива на индикацию, архивируют данные по расходу топлива, привязывают их к дате и времени и выводят всю информацию из архива на устройство считывания, вычисленные значения массового расхода топлива передают на системы диагностики двигателя внутреннего сгорания и автоматики транспортного средства, при этом вводят параметры заправленного в топливный бак двигателя внутреннего сгорания топлива по плотности и объему в вычислитель через временно подключаемое устройство считывания, вычисляют и выводят на индикацию новые значения объема топлива в баке и новое значение плотности с учетом находящегося в баке остатка топлива, определяют израсходованное топливо суммированием текущих значений массового расхода топлива и остаток топлива в баке транспортного средства вычитанием из нового значения объема топлива в баке величины израсходованного объема топлива и выводят на индикацию израсходованное топливо и остаток топлива в баке.

Известные способы [1, 2] обладают ограниченными функциональными возможностями, поскольку не позволяют определять в полной мере техническое состояние силовой установки по результатам измерения расхода топлива на всех возможных режимах эксплуатации, а также определять утечки или несанкционированный слив топлива из топливной системы транспортного средства.

В других известных способах контроля технического состояния силовой установки транспортного средства осуществляется сравнение фактического расхода топлива с расчетным значением, определенным путем перемножения величины всей работы, выполненной транспортным средством и измеренной в единицах пройденного пути (километрах), отработанного времени (часах) или "условных" единицах перевозочной работы (тонно-километрах), на норматив расхода топлива, приходящегося на единицу работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является известный способ контроля технического состояния ДВС по удельному расходу топлива силовой установки транспортного средства [1], заключающийся в сравнении фактического расхода топлива, приходящегося на единицу работы, выполненной силовой установкой, с заданным нормативным значением, причем измерение расхода топлива и работы, выполненной силовой установкой, осуществляется при относительно длительном режиме ее работы с постоянной мощностью, которая поддерживается искусственно преимущественно при стендовых испытаниях.

Однако известный способ контроля не позволяет оценить техническое состояние силовой установки в эксплуатации, а также выявить нецелевое использование топлива (слив и утечки из-за нарушения герметичности топливной системы и топливного бака).

Это связано с тем, что известный способ контроля технического состояния не учитывает специфику режимов работы силовой установки транспортного средства в эксплуатации, которая характеризуется частой сменяемостью режимов нагружения и холостого хода, широким диапазоном значений мощности при работе под нагрузкой, быстрым темпом набора и сброса нагрузки, а также периодическими остановками.

Специфика режимов работы силовой установки транспортного средства в эксплуатации приводит к значительным изменениям фактического (суммарного) расхода топлива даже при равных значениях общей работы, выполненной силовой установкой транспортного средства.

Технической задачей изобретения является оценка технического состояния силовой установки транспортного средства в эксплуатации и установление нецелевого использования топлива (слив и утечки из-за нарушения герметичности топливной системы и топливного бака).

Технический результат, заключающийся в устранении недостатков прототипа, достигается в предлагаемом способе контроля технического состояния силовой установки транспортного средства, преимущественно тепловоза, включающей двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и связанные с ним главный генератор, вспомогательные агрегаты и топливную систему с топливным баком, характеризующимся измерением расхода топлива за время работы силовой установки под нагрузкой, времени работы силовой установки под нагрузкой, а также энергии выработанной главным генератором и затраченной на привод вспомогательных агрегатов, и обработкой измеренных физических величин для последующего принятия решения о допустимом или недопустимом техническом состоянии силовой установки транспортного средства тем, что измеряют расход топлива в единицу времени в режиме холостого хода, время работы в режиме холостого хода и определяют расход топлива за время работы силовой установки транспортного средства в режиме работы под нагрузкой в соответствии с выражением

затем определяют среднее значение в_е удельного расхода топлива из выражения

и по результатам сравнения полученного значения с нормативным значением принимают решение о допустимом или недопустимом техническом состоянии силовой установки транспортного средства.

Технический результат достигается также тем, что техническое состояние силовой установки транспортного средства считают недопустимым при выполнении условия

где - нормативный расход топлива ДВС в единицу времени под нагрузкой,

- коэффициент корректировки нормативного расхода топлива, учитывающий режимы работы ДВС под нагрузкой;

- коэффициент корректировки нормативного расхода топлива, учитывающий переходные процессы при работе ДВС под нагрузкой.

Кроме того, в предлагаемом способе определяют значение отношения

по которому судят об утечке топлива или его сливе из топливной системы с топливным баком силовой установки, где - расход топлива в топливном баке транспортного средства за время

Технический результат достигается также тем, что при остановленной силовой установке устанавливают факт утечки топлива или его слива из топливной системы с топливным баком при выполнении условия

При этом при работе силовой установки в режиме холостого хода устанавливают факт утечки топлива или его слива из топливной системы с топливным баком при выполнении условия

а при работе силовой установки под нагрузкой устанавливают факт утечки топлива или его слива из топливной системы с топливным баком при выполнении условия

где - среднее значение мощности, развиваемой главным генератором.

В предлагаемом способе технический результат достигается также тем, что значения измеренных величин фиксируют в реальном масштабе на машиночитаемый носитель информации, защищенный от несанкционированного воздействия, который затем используют в стационарных условиях при машинной обработке информации, или тем, что значения измеренных величин фиксируют в реальном масштабе времени и передают их в стационарную систему обработки по радиоканалу.

Вместе с тем, в предлагаемом способе расход топлива силовой установки транспортного средства определяют по сигналам нескольких датчиков уровня топлива, установленных в разных точках топливного бака, которые затем усредняют и формируют результирующий сигнал уровня топлива в топливном баке.

Предлагаемый способ контроля технического состояния силовой установки транспортного средства поясняется структурной схемой (см. чертеж), на которой представлены топливный бак 1 топливной системы силовой установки транспортного средства, двигатель внутреннего сгорания 2 (ДВС), главный генератор 3, вспомогательные агрегаты 4, первичные преобразователи 5 (датчики параметров работы силовой установки), бортовой регистратор 6, машиночитаемый носитель 7 информации, блок 8 передачи данных по радиоканалу (выделен пунктирной линией), стационарная система 9 обработки данных регистрации, блок 10 задания нормативных данных, блок 11 памяти зарегистрированных данных, блок 12 сравнения и блок 13 принятия решений.

Приведенная структурная схема не является единственно возможным вариантом схемы аппаратурной реализации предлагаемого способа и служит только в качестве примера для пояснения последовательности действий (операций) над материальными объектами - электрическими информационными сигналами, формируемыми первичными преобразователями 5 физических величин и функциональными блоками этой схемы.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В процессе работы силовой установки транспортного средства посредством первичных преобразователей 5 (датчиков) осуществляют измерение уровня топлива, например, с помощью датчиков уровня, установленных непосредственно в топливном баке 1, электрической энергии, выработанной главным генератором 3 на тягу (например, счетчиком электрической энергии) и на привод вспомогательных агрегатов 4, а также фиксируют время работы силовой установки в режимах холостого хода, под нагрузкой и текущее (например, с помощью таймера), а затем в бортовом регистраторе 6 полученные данные записывают на машиночитаемый носитель 7 информации или передают их в блок 8, после чего данные с носителя 7 информации или с блока 8 передают по радиоканалу в блок 9 - стационарную систему обработки данных.

В блоке 9 осуществляют обработку данных измерения первичных преобразователей, на основе которой рассчитывают расход топлива в топливном баке в режимах работы силовой установки на холостом ходу, под нагрузкой и при остановках, время работы силовой установки в режимах холостого хода под нагрузкой и текущее а также энергию выработанную главным генератором на тягу и на привод вспомогательных агрегатов с приведением ее к валу ДВС. Затем определяют расход топлива за время работы силовой установки транспортного средства в режимах работы под нагрузкой в соответствии с выражением

где - расход топлива в единицу времени в режиме холостого хода.

В блоке 9 определяют также среднее значение удельного расхода топлива из выражения

и среднее значение мощности из выражения

а также для разных значений текущего времени определяют отношение

где - расход топлива в топливном баке транспортного средства за текущее время

Данные, полученные в блоке 9, записывают в блок 11 памяти зарегистрированных данных.

Кроме того, с помощью блока 9 посредством формируемых в нем управляющих сигналов осуществляют согласованное во времени проведение операций над информационными сигналами в блоках 10, 11, 12 и 13 согласно предлагаемому способу.

Записанные в блоке 10 памяти данные передают на одни из информационных входов блока 12 сравнения, на другие входы которого считывают нормативные данные из блока 10.

Результат сравнения в блоке 12 передают далее на блок 13 принятия решений, в котором по результатам сравнения полученного значения с заданным нормативным значением принимают решение о допустимом или недопустимом техническом состоянии силовой установки транспортного средства и формируют на выходе этого блока соответствующие сигналы (см. чертеж).

При этом техническое состояние силовой установки транспортного средства считают недопустимым при выполнении условия

и недопустимым при его невыполнении, где

- нормативный расход топлива ДВС, устанавливаемый заводом-изготовителем для каждого значения мощности определяемой в соответствии с выражением

- коэффициент корректировки нормативного расхода топлива, учитывающий режимы работы ДВС под нагрузкой (для тепловоза =1,04-1,06);

- коэффициент корректировки нормативного расхода топлива, учитывающий переходные процессы при работе ДВС под нагрузкой, а именно темп набора и сброса мощности (для тепловоза =1,01-1,03).

По значению отношения

судят об утечке топлива или его сливе из топливной системы с топливным баком силовой установки.

Если при остановленной силовой установке выполняется условие

то имеет место факт утечки топлива или его слива из топливной системы.

Если при работе силовой установки в режиме холостого хода выполняется условие

то имеет место факт утечки топлива или его слива из топливной системы.

Если при работе силовой установки под нагрузкой выполняется условие

то имеет место факт утечки топлива или его слива из топливной системы.

Предложенный способ контроля технического состояния силовой установки реализован на железнодорожных транспортных средствах (тепловозах), но может использоваться также для оценки технического состояния автомобильного транспорта с аналогичным построением силовой установки (ДВС, топливная система с топливным баком, главный генератор, вспомогательные агрегаты и т.д.).

Примеры контроля технического состояния силовой установки транспортного средства по предлагаемому способу приведены в таблицах 1 и 2.

В таблице 1 приведены данные, на основе которых сформировано решение о техническом состоянии силовой установки транспортного средства.

В таблице 2 приведены данные, на основе которых сформировано решение о фактах утечки топлива или его слива из топливной системы силовой установки транспортного средства.

В таблице 2 для большей ясности, а также с целью уменьшения количества рубрик (столбцов) введено обобщенное обозначение времени под которым подразумевается или текущее время или время работы под нагрузкой или время холостого хода т.е. в символической записи

Использование предлагаемого способа контроля технического состояния силовой установки транспортного средства обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

- объективную оценку технического состояния силовой установки транспортного средства в эксплуатации и выявление того момента, когда ее состояние становится неудовлетворительным;

- выявление времени и количества топлива, слитого из топливной системы;

- обнаружение утечек топлива из-за нарушения герметичности топливной системы.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1490491, МКИ G 01 F 9/00, 1989.

2. Патент РФ №2199091, МКИ G 01 F 9/00, 2003.

3. "Вестник ВНИИЖТ", 1997, №3, с.14-16 и журнал "Локомотив", 2003, №3, с.34-36.

Изобретение относится к контролю технического состояния силовой установки транспортного средства, преимущественно тепловоза, в которую входят двигатель внутреннего сгорания, главный генератор, вспомогательные агрегаты и топливная система с топливным баком. Измеряют расход топлива за время работы силовой установки под нагрузкой, энергию выработанную главным генератором на тягу и на привод вспомогательных агрегатов, расход топлива в единицу времени в режиме холостого хода и время работы в этом режиме. По измеренным величинам определяют расход топлива за время работы силовой установки под нагрузкой в соответствии с выражением Затем определяют среднее значение удельного расхода топлива из выражения и по результатам сравнения полученного значения с нормативным значением принимают решение о техническом состоянии силовой установки. По значению отношения где - расход топлива в топливном баке за время судят об утечке топлива или его сливе из топливной системы. Значения измеренных величин фиксируют в реальном масштабе на защищенный от несанкционированного воздействия машиночитаемый носитель, или передают по радиоканалу в стационарную систему обработки данных. Изобретение обеспечивает оценку технического состояния силовой установки в эксплуатации и установление нецелевого использования топлива. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ контроля технического состояния силовой установки транспортного средства, преимущественно тепловоза, включающей двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и связанные с ним главный генератор, вспомогательные агрегаты и топливную систему с топливным баком, характеризующийся измерением расхода топлива за время работы силовой установки, времени работы силовой установки под нагрузкой, а также энергии выработанной главным генератором и затраченной на привод вспомогательных агрегатов, и обработкой измеренных физических величин для последующего принятия решения о допустимом или недопустимом техническом состоянии силовой установки транспортного средства, отличающийся тем, что измеряют расход топлива в единицу времени в режиме холостого хода и время работы в режиме холостого хода и определяют расход топлива за время работы силовой установки транспортного средства в режиме работы под нагрузкой в соответствии с выражением

затем определяют среднее значение удельного расхода топлива из выражения

и по результатам сравнения полученного значения с нормативным значением принимают решение о допустимом или недопустимом техническом состоянии силовой установки транспортного средства.

где - нормативный расход топлива ДВС в единицу времени под нагрузкой,

- коэффициент корректировки нормативного расхода топлива, учитывающий режимы работы ДВС под нагрузкой;

- коэффициент корректировки нормативного расхода топлива, учитывающий переходные процессы при работе ДВС под нагрузкой.

по которому судят об утечке топлива или его сливе из топливной системы с топливным баком силовой установки, где - расход топлива в топливном баке транспортного средства за время

где - среднее значение мощности, развиваемой главным генератором.