СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК G01M15/04 

Предлагаемое изобретение может применяться при диагностике различных двигателей, для которых скоростная характеристика, т.е. зависимость крутящего момента от частоты вращения вала, является важным эксплуатационным параметром. В полной мере это относится к двигателям внутреннего сгорания.

Известны способы и устройства для определения крутящего момента двигателей внутреннего сгорания по ускорению свободно вращающихся инерционных масс (см. патент US 4292670, опубл. 29.09.1981), так как в соответствии с законом динамики крутящий момент можно определить умножением эквивалентного момента инерции подвижных деталей на их угловое ускорение.

Недостатком существующего технического решения является то, что для расчета углового ускорения используется ряд значений времени поворота вала двигателя на равные угловые промежутки, составляющие часть полного оборота вала двигателя и определяемые прохождением выступов детали, синхронно вращающейся с валом двигателя, например зубьев маховика, точность измерения которых зависит от углового расположения и радиального биения выступов (или зубьев) вращающейся детали. Далее эти погрешности переходят в определяемые по измеренному ряду значений времени угловое ускорение и крутящий момент. В результате рассчитанная кривая крутящего момента имеет пилообразный вид и не отражает действительной зависимости крутящего момента.

Задачей предлагаемого изобретения является определение зависимости крутящего момента двигателя от частоты (скорости) вращения вала двигателя с высокой достоверностью.

Указанная задача достигается тем, что способ определения крутящего момента двигателя в зависимости от частоты вращения вала двигателя по ускорению инерционной массы подвижных деталей заключается в замере времени каждого полного оборота вала двигателя, выполнении подряд нескольких циклов замеров в режиме разгона и в режиме выбега при выключенном двигателе и усреднении данных замеров, определении значений ряда интервалов времени последовательных полных оборотов вала двигателя, определении зависимости угловой скорости V=V(n) и зависимости углового ускорения Е=Е(n), где n - номер оборота, причем по этим зависимостям определяют зависимость Е=E(V), а зависимость крутящего момента от угловой скорости определяют по выражению М=I·E(V), где I - эквивалентный момент инерции подвижных деталей.

Для определения индикаторного крутящего момента, как суммы крутящего и тормозного моментов, тормозной момент может определяться ускорением вала двигателя в режиме выбега при выключенном двигателе.

Время полного оборота вала может измеряться с дискретностью не менее 1 мксек.

Устройство для диагностики двигателя содержит измерительную схему, вычислительный блок, датчик положения, взаимодействующий с выступами вращающейся синхронно с валом двигателя детали, исполнительную схему для включения и выключения двигателя, причем включение и выключение двигателя производится по команде вычислительного блока, который сравнивает время каждого полного оборота вала двигателя с заданным пороговым значением, а вычислительный блок по завершении каждого полного оборота вала двигателя определяет его время и помещает в область памяти, доступную для считывания внешним персональным компьютером.

Для определения углового ускорения и частоты вращения вала двигателя используется ряд интервалов времени последовательных полных оборотов вала.

При данном способе измерение времени полного оборота вала двигателя выполняется по прохождению одного и того же выступа вращающейся детали двигателя, что определяет высокую точность результатов измерений.

Для определения тормозного момента ускорение вала двигателя определяется в режиме выбега при выключенном двигателе.

Для повышения точности и достоверности определения крутящего момента режимы разгона и выбега повторяются несколько раз и данные замеров усредняются.

Измеренный ряд интервалов времени позволяет определить зависимость угловой скорости V=V(n) и зависимость углового ускорения Е=Е(n), где n - номер оборота. По этим двум зависимостям определяют зависимость углового ускорения от угловой скорости Е=E(V). Далее зависимость крутящего момента от угловой скорости определяют по выражению М=I·E(V), где I - эквивалентный момент инерции подвижных деталей.

Определение тормозного момента по ускорению в режиме выбега позволяет характеризовать уровень потерь двигателя и вычислить индикаторный крутящий момент, как сумму крутящего и тормозного момента.

Для обеспечения точности измерение интервалов времени производится с дискретностью не менее 1 мксек (0,000001 сек).

Для определения крутящего момента описанным способом предлагается устройство, содержащее измерительную схему, вычислительный блок и датчик положения, взаимодействующий с выступами вращающейся синхронно с валом двигателя детали.

Вычислительный блок по завершении каждого полного оборота вала двигателя определяет его время и помещает в область памяти, доступную для считывания внешним персональным компьютером.

Устройство содержит исполнительную схему для включения и выключения двигателя, причем включение и выключение двигателя производятся по команде вычислительного блока, который сравнивает время каждого полного оборота вала двигателя с заданными пороговыми значениями.

Частота вращения большинства двигателей укладывается в диапазон 12000 об/мин, при которой время одного оборота составляет 0,005 сек. Если предположить, что точность измерения времени оборота на один порядок ниже дискретности, то при дискретности 1 мксек относительная погрешность измерений времени оборота составит около 0,2%. Соответственно погрешность крутящего момента, определенного данным способом, составит не выше 1%.

Испытания описанного устройства показали простоту и достоверность предлагаемого способа определения крутящего момента двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению и может применяться при диагностике различных двигателей, в частности двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет определить зависимость крутящего момента двигателя от частоты (скорости) вращения вала двигателя с высокой достоверностью. Способ определения крутящего момента двигателя в зависимости от частоты вращения вала двигателя по ускорению инерционной массы подвижных деталей заключается в замере времени каждого полного оборота вала двигателя, выполнении подряд нескольких циклов замеров в режиме разгона и в режиме выбега при выключенном двигателе и усреднении данных замеров, определении значений ряда интервалов времени последовательных полных оборотов вала двигателя, определении зависимости угловой скорости V=V(n) и зависимости углового ускорения E=Е(n), где n - номер оборота. По этим зависимостям определяют зависимость Е=E(V), а зависимость крутящего момента от угловой скорости определяют по выражению М=I·E(V), где I - эквивалентный момент инерции подвижных деталей. Устройство для диагностики двигателя содержит измерительную схему, вычислительный блок, датчик положения, взаимодействующий с выступами вращающейся синхронно с валом двигателя детали, исполнительную схему для включения и выключения двигателя. Включение и выключение двигателя производится по команде вычислительного блока, который сравнивает время каждого полного оборота вала двигателя с заданным пороговым значением, а вычислительный блок по завершении каждого полного оборота вала двигателя определяет его время и помещает в область памяти, доступную для считывания внешним персональным компьютером. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

1. Способ определения крутящего момента двигателя в зависимости от частоты вращения вала двигателя по ускорению инерционной массы подвижных деталей, заключающийся в замере времени каждого полного оборота вала двигателя, выполнении подряд нескольких циклов замеров в режиме разгона и в режиме выбега при выключенном двигателе и усреднении данных замеров, определении значений ряда интервалов времени последовательных полных оборотов вала двигателя, определении зависимости угловой скорости V=V(n) и зависимости углового ускорения Е=Е(n), где n - номер оборота, причем по этим зависимостям определяют зависимость Е= E(V), а зависимость крутящего момента от угловой скорости определяют по выражению М=I·E(V), где I - эквивалентный момент инерции подвижных деталей.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения индикаторного крутящего момента, как суммы крутящего и тормозного моментов, тормозной момент определяется ускорением вала двигателя в режиме выбега при выключенном двигателе.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время полного оборота вала измеряется с дискретностью не менее 1 мкс.4. Устройство для диагностики двигателя, содержащее измерительную схему, вычислительный блок, датчик положения, взаимодействующий с выступами вращающейся синхронно с валом двигателя детали, исполнительную схему для включения и выключения двигателя, причем включение и выключение двигателя производится по команде вычислительного блока, который сравнивает время каждого полного оборота вала двигателя с заданным пороговым значением, а вычислительный блок по завершении каждого полного оборота вала двигателя определяет его время и помещает в область памяти, доступную для считывания внешним персональным компьютером.