Способ определения наработки двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Российский патент 2018 года по МПК G01M15/00 G01M15/05 G07C5/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для контроля и учета наработки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автотракторной техники в условиях эксплуатации.

Существующие в настоящее время способы учета наработки ДВС на основе массового расхода топлива, учета времени работы и частоты вращения коленчатого вала нашли широкое применение, однако достоверность получаемой информации низкая, ввиду отсутствия контроля степени загрузки двигателя при работе [1]. Так наработка, измеряемая в моточасах, отражает лишь время работы двигателя с определенной частотой вращения коленчатого вала без учета условий работы двигателя по загрузке. Более точную характеристику работы двигателя дает наработка, измеряемая по массе израсходованного топлива. В данном случае учитывается существующая косвенная связь влияния загрузки двигателя и изменение расхода топлива на величину наработки. Однако изменение параметров технического состояния, например, топливной аппаратуры двигателя ведет к нарушению величины удельного расхода топлива, что в свою очередь сказывается на точности измерений.

Известен способ измерения наработки двигателя машины, согласно которому наработку оценивают при помощи счетчика, а питание к счетчику подводят непосредственно от электрической схемы генераторной установки между полупроводниковым мостовым выпрямителем и диодом, подключенным к выходной положительной клемме генераторной установки, что исключает питание счетчика от аккумуляторной батареи машины. Данный способ позволяет при небольшой трудоемкости простыми средствами определять наработку двигателя машины [2].

Недостатком данного способа является низкая точность измерений ввиду отсутствия прямой связи между частотой вращения коленчатого вала и показаниями счетчика, к тому же начало отсчета наработки двигателя машины счетчиком осуществляется только при достижении частоты вращения коленчатого вала 800 мин^-1 (начало работы генераторной установки).

Известны способы определения наработки двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, например [3]. Предложенные авторами методики позволяют определить наработку двигателя по характеристикам работы турбокомпрессора, однако их реализация не обеспечит должной точности измерений ввиду отсутствия жесткой связи частоты вращения коленчатого вала с валом турбокомпрессора и создаваемым им давлением, к тому же точность измерений в значительной степени зависит от погрешности используемых датчиков, которые должны обладать высокой чувствительностью ввиду большой частоты вращения вала турбокомпрессора и интенсивной пульсации давления во впускном коллекторе двигателя.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения наработки двигателя внутреннего сгорания транспортной машины и устройство для его осуществления, при котором замеряют время общей работы (наработки) ДВС, дополнительно замеряют время работы и текущую степень загрузки двигателя, по произведению времени работы на текущую степень загрузки определяют наработку ДВС по полнозагрузочным моточасам, а среднюю степень загрузки двигателя определяют по отношению полнозагрузочной наработки к общей наработке, по которым можно судить о реальной загрузке двигателя [4].

Несмотря на повышение достоверности измерения наработки ДВС, данный способ не нашел широкого распространения ввиду сложности реализации, необходимости проведения дополнительной операции по определению полнозагрузочных часов, отсутствия практических рекомендаций по измерению наработки, скорректированной по степени загрузки двигателя, так как в сущности предложен способ определения общего времени наработки, полнозагрузочных моточасов и средней степени загрузки двигателя по отдельности.

Техническая задача - повышение достоверности измерения наработки двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для обеспечения заданной достоверности наработку по счетчику моточасов измеряют дискретно, причем в каждом интервале измерения соответственно определяют средний коэффициент загрузки двигателя по мощности, исходя из среднего значения крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала, определяют наработку двигателя с учетом среднего коэффициента загрузки и коэффициента единичной наработки двигателя по загрузке, а общую наработку двигателя вычисляют по формуле:

где m_ОБ - общая наработка двигателя, моточас;

- наработка двигателя в i-м интервале измерения с учетом среднего коэффициента загрузки двигателя, моточас;

- наработка двигателя, измеренная по счетчику моточасов в i-м интервале измерения, моточас;

- средний коэффициент загрузки двигателя в i-м интервале измерения;

χ - коэффициент единичной наработки двигателя по загрузке;

n - количество интервалов измерения.

Способ определения наработки автотракторных двигателей и устройство для его осуществления поясняются графически. На фиг. 1 изображен способ определения наработки двигателя, где τ₁, τ₂, τ₃…τ_n-1, τ_n - граничные значения интервалов, в которые осуществлялись измерения; m₁, m₂, m₃…m_n-1, m_n и , …, - наработка и средний коэффициент загрузки двигателя за интервалы измерения Δτ₁, Δτ₂, Δτ₃…Δτ_n-1, Δτ_n соответственно. На фиг. 2 - общая схема устройства определения наработки двигателя.

Устройство содержит электронный счетчик моточасов 1, по которому ведется регистрация наработки двигателя без учета коэффициента загрузки, датчик 2 частоты вращения коленчатого вала двигателя и первичные преобразователи 3 силы, определяющие величину усилия, создаваемого коленчатым валом двигателя, измеритель 4 степени загрузки двигателя и измеритель 5 общей наработки двигателя, причем счетчик моточасов 1 соединен с датчиком 2 частоты вращения коленчатого вала и соответствующим входом измерителя 5 общей наработки, датчик 2 частоты вращения и первичные преобразователи 3 силы соединены с измерителем 4 степени загрузки двигателя, первичная информация которых передается на измеритель 5 общей наработки двигателя.

При запуске ДВС автоматически включаются счетчик 1 моточасов, фиксирующий наработку двигателя без учета степени его загрузки на основании информации, поступающей от датчика 2 частоты вращения коленчатого вала и вмонтированного в счетчик 1 моточасов датчика времени (на чертеже не указан), первичные преобразователи 3 силы и измеритель 4 степени загрузки двигателя, определяющий среднюю величину загрузки в каждом интервале измерения путем перемножения среднего значения крутящего момента двигателя на среднюю частоту вращения коленчатого вала. Корректирование наработки двигателя с учетом среднего коэффициента загрузки на каждом интервале измерения и суммирование данных показателей осуществляется в измерителе 5 общей наработки двигателя по следующей формуле:

где m_ОБ - общая наработка двигателя, моточас;

- наработка двигателя за i-й интервал измерения с учетом среднего коэффициента загрузки двигателя, моточас;

- наработка двигателя, измеренная по счетчику моточасов за i-й интервал измерения, моточас;

- средний коэффициент загрузки двигателя за i-й интервал измерения;

χ - коэффициент единичной наработки двигателя по загрузке;

n - количество интервалов измерения.

Стоит отметить, что коэффициент единичной наработки двигателя по загрузке определяется аналитическим или экспериментальным путем для конкретной модели ДВС с учетом конструктивных особенностей и степени влияния загрузки двигателя на его ресурс по следующей формуле:

где R_Н - ресурс двигателя при работе с номинальной загрузкой, моточас;

- ресурс двигателя при работе в режиме холостого хода с номинальной частотой вращения коленчатого вала, моточас.

В результате представляется возможным повысить достоверность определения наработки ДВС, используя простые средства измерений.

Список источников

1. Аллилуев В.А. и др. Техническая эксплуатация машинно-тракторного парка / В.А. Алилуев, А.Д. Ананьин, В.М. Михлин. - М.: Агропромиздат, 1991. - С. 36.

2. Пат. №14392 BY, МПК G01L 3/00, G01M 15/00, G01C 3/00. Способ измерения наработки двигателя машины / А.Н. Максименко, В.В. Кутузов, Д.В. Бездников, И.В. Лесковец - №20090581; заявл. 20.04.2009, опубл. 30.12.2010 г.

3. А.с. №1682838, МПК G01L 3/24, 23/00. Способ определения наработки двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом / В.М. Лившиц, А.Р. Голштейн, И.П. Дорболюбов, А.А. Моносзон - №4758506/10; заявл. 16.11.1989, опубл. 07.10.1991. Бюл. №37.

4. А.с. №4682034, МПК G01M 15/00, G01L 3/24. Способ определения наработки двигателя внутреннего сгорания транспортной машины и устройство для его осуществления / С.А. Иофинов, Ю.П. Волошин, М.М. Арановский, В.П. Демидов - №4682034/06; заявл. 24.04.1989, опубл. 23.03.1991. Бюл. №11.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для контроля и учета наработки (моторесурса) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автотракторной техники в условиях эксплуатации. Сущность изобретения заключается в следующем. Наработку по счетчику моточасов измеряют дискретно, причем в каждом интервале измерения соответственно определяют средний коэффициент загрузки двигателя по мощности, исходя из среднего значения крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала, определяют наработку двигателя с учетом среднего коэффициента загрузки и коэффициента единичной наработки двигателя по загрузке, а общую наработку двигателя вычисляют по математической формуле. Технический результат заключается в повышении достоверности измерения наработки двигателя внутреннего сгорания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения наработки двигателя, заключающийся в измерении наработки по счетчику моточасов и среднего коэффициента загрузки двигателя по мощности, отличающийся тем, что наработку по счетчику моточасов измеряют дискретно, причем в каждом интервале измерения соответственно определяют средний коэффициент загрузки двигателя по мощности, исходя из среднего значения крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала, определяют наработку двигателя с учетом среднего коэффициента загрузки и коэффициента единичной наработки двигателя по загрузке, а общую наработку двигателя вычисляют по формуле:

где m_ОБ - общая наработка двигателя, моточас;

- наработка двигателя за i-й интервал измерения с учетом среднего коэффициента загрузки двигателя, моточас;

- наработка двигателя, измеренная по счетчику моточасов за i-й интервал измерения, моточас;

- средний коэффициент загрузки двигателя за i-й интервал измерения;

χ - коэффициент единичной наработки двигателя по загрузке;

n - количество интервалов измерения.

2. Устройство для определения наработки двигателя внутреннего сгорания, содержащее счетчик моточасов, датчик частоты вращения коленчатого вала, измеритель степени загрузки двигателя, отличающееся тем, что дополнительно содержит первичные преобразователи силы и измеритель общей наработки, причем счетчик моточасов соединен с датчиком частоты вращения коленчатого вала и соответствующим входом измерителя общей наработки, первичные преобразователи силы и датчик частоты вращения коленчатого вала соединены с измерителем степени загрузки двигателя, выход которого связан с соответствующим входом измерителя общей наработки.