Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК G01M15/04 

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования машин, в частности к способу оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ определения неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания [1], при котором регистрируют пропорциональную угловому ускорению коленчатого вала тангенциальную компоненту ускорения блока цилиндров, путем цифровой фильтрации выделяют эту компоненту из сигнала вибрации и отображают в виде семейства плоских замкнутых кривых, а неравномерность работы цилиндров ДВС оценивают по степени их компактности.

Данный способ сложно реализовать в условиях эксплуатации, так как необходимо использовать высокочастотное цифровое оборудование. В условиях повышенной вибрации блока ДВС при работе автотракторных двигателей точность измерений будет снижаться.

Известен способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания [2], при котором производят отключение одного цилиндра, работающие цилиндры догружают до максимальной мощности, определяемой по максимальной производительности элементов топливного насоса, и замеряют частоту вращения коленчатого вала. После чего включают неработающий цилиндр и вторично замеряют частоту вращения коленчатого вала, затем отключают другой цилиндр и остальные работающие цилиндры догружают до первоначальных оборотов максимальной мощности при предыдущей дозагрузке, далее все операции повторяют для каждого цилиндра и по результатам вторичных замеров числа оборотов определяют неравномерность работы цилиндров.

Данный способ не требует применения дорогостоящего оборудования для проведения измерений, но недостатком способа является требование дозагрузки двигателя при работе с каждым последующим отключенным цилиндром до частоты вращения коленчатого вала, установленной при испытаниях двигателя с предыдущим отключенным цилиндром. Таким образом, возможен вариант, когда дозагрузка двигателя до заданной частоты вращения коленчатого вала не потребует максимальной подачи топлива, если оставшиеся в работе цилиндры обладают максимальной эффективностью, следовательно, при включении проверяемого цилиндра он будет работать также без максимальной подачи топлива, что повысит погрешность измерений.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков техническим решением является способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания [3], при котором в опоры устанавливают преобразователи силы, к преобразователям силы, штатному датчику частоты вращения коленчатого вала и штатному датчику положения распределительного вала двигателя подключают измерительное устройство. Пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла, загружают двигатель до максимальной мощности, после чего с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала фиксируют усилия, возникающие на опорах двигателя, сопоставляют измеренные значения усилий с положением поршня соответствующего цилиндра в верхней мертвой точке начала такта сгорания и расширения, устанавливают аппроксимирующую зависимость изменения усилий на опорах двигателя от угла поворота коленчатого вала и вычисляют импульс сил за такт сгорания и расширения для каждого цилиндра отдельно на каждой опоре, по полученным значениям определяют средний по опорам импульс сил для каждого цилиндра за один рабочий цикл двигателя, затем вычисляют суммарный импульс сил для каждого цилиндра не менее чем за пять рабочих циклов двигателя, устанавливают максимальное и минимальное значения суммарных импульсов сил, определяют коэффициент неравномерности, сравнивают его с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Данный способ позволяет оценить неравномерность работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания, но необходимость определения интегральной величины импульса сил усложняет его использование и повышает требования к производительности вычислительного оборудования.

Техническая задача - совершенствование способа оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания за счет снижения трудоемкости и повышения оперативности диагностирования.

Сущность изобретения заключается в следующем. При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают двигатель, в опоры устанавливают преобразователи силы. К преобразователям силы, штатному датчику частоты вращения коленчатого вала подключают измерительное устройство. Пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла, увеличением подачи топлива в цилиндры разгоняют двигатель до максимальной частоты вращения коленчатого вала, загружают двигатель до значения, соответствующего номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения реакций опор, затем разгружают двигатель, увеличивая частоту вращения коленчатого вала до максимального значения, отключают первый цилиндр, догружают двигатель до номинальной частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива только в работающие цилиндры и повторяют измерения мгновенных значений реакций опор, после чего аналогично проводят измерения мгновенных значений реакций опор при работе двигателя с отключенным вторым, третьим и последующими цилиндрами, по полученным мгновенным значениям реакций опор определяют средние значения за один рабочий цикл отдельно при работе двигателя на всех цилиндрах и с отключенным соответствующим цилиндром, затем вычисляют средние значения реакций опор не менее чем за пять рабочих циклов, определяют разность между средними значениями реакций опор при работе двигателя на всех цилиндрах и средними значениями реакций опор при работе двигателя с отключенным соответствующим цилиндром, устанавливают максимальное и минимальное значения разности реакций опор, вычисляют коэффициент неравномерности, сравнивают полученное значение коэффициента неравномерности с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, можно создать простой способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. представлена схема экспериментальной установки с обозначением сил, возникающих в кривошипно-шатунном механизме и на опорах при работе двигателя, где 1, 2, 3 - преобразователи силы, штатный датчик частоты вращения коленчатого вала и измерительное устройство соответственно; i - номер опоры; - реакция i-й опоры, Н; - давление газов в надпоршневом пространстве цилиндра на такте сгорания и расширения, МПа; - сила, действующая на поршень вследствие давления газов в цилиндре на такте сгорания и расширения, Н; - сила, направленная вдоль оси шатуна и вызывающая его повторно-переменное сжатие (растяжение), Н; - боковая сила, прижимающая поршень к стенкам цилиндра, Н; ϕ - угол поворота коленчатого вала двигателя, град.; ω - угловая скорость вращения коленчатого вала, с^-1.

Практически предложенный способ может быть реализован следующим образом.

В штатные опоры ДВС устанавливают преобразователи силы 1 (см. фиг.) таким образом, чтобы реакции полностью воспринимались преобразователями. К преобразователям силы 1 и штатному датчику частоты вращения коленчатого вала 2 присоединяют измерительное устройство 3 для оценки величины реакции опор и частоты вращения коленчатого вала. Пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла, увеличением подачи топлива в цилиндры разгоняют двигатель до максимальной частоты вращения коленчатого вала и известными методами, например силами сопротивления агрегатируемой машины [4], загружают двигатель до значения, соответствующего номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, т.е. при максимально нажатой педали акселератора. После чего измерительным устройством 3 с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения реакций опор, возникающие вследствие воздействия на поршни работающих цилиндров силы и образующейся боковой силы N, передаваемой через стенки цилиндров остову и опорам двигателя, затем разгружают двигатель, увеличивая частоту вращения коленчатого вала до максимального значения, отключают первый цилиндр, догружают двигатель до номинальной частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива только в работающие цилиндры и повторяют измерения мгновенных значений реакций опор, после чего аналогично проводят измерения мгновенных значений реакций опор при работе двигателя с отключенным вторым, третьим и последующими цилиндрами, по полученным мгновенным значениям реакций опор определяют средние значения за один рабочий цикл при работе двигателя на всех цилиндрах:

, (1)

- количество измерений реакций опор за n-й цикл работы двигателя, шт.;

p - количество опор двигателя, шт.;

- реакция i-й опоры в j-й момент измерения за n-й цикл работы двигателя, Н.

а также при работе двигателя с отключенным k-м цилиндром за один рабочий цикл:

. (2)

- реакция i-й опоры в j-й момент измерения за n-й цикл при работе двигателя с отключенным k-м цилиндром, Н.

Затем вычисляют средние значения реакций опор при работе двигателя на всех цилиндрах не менее чем за пять рабочих циклов:

, (3)

и при работе двигателя с отключенным k-м цилиндром не менее чем за пять рабочих циклов:

. (4)

где - количество циклов работы двигателя.

Определяют разность между средними значениями реакций опор при работе двигателя на всех цилиндрах и средними значениями реакций опор при работе двигателя с отключенным k-м цилиндром:

(5)

Устанавливают максимальное и минимальное значения разности реакций опор и вычисляют коэффициент неравномерности по формуле:

. (6)

Сравнивают полученное значение коэффициента неравномерности с номинальным значением () и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Максимальная разность реакций свидетельствует о наивысшей эффективности работы отключенного цилиндра, минимальная разность реакций свидетельствует о наименьшей эффективности работы отключенного цилиндра.

За нулевое значение реакций опор принимается реакция, создаваемая весом неработающего двигателя во время нахождения машины на ровной горизонтальной поверхности.

При проведении испытаний двигателей с электронной системой управления цилиндры двигателя отключают программно с помощью диагностического сканера, задавая специальную функцию в меню программы.

Преобразователи силы устанавливают на стадии производства в целях снижения трудоемкости диагностирования при последующих испытаниях. В качестве измерительного устройства можно использовать аналого-цифровой преобразователь, регистрирующий получаемые электрические импульсы и производящий простейшие вычислительные операции.

В результате представляется возможным оценить неравномерность работы цилиндров ДВС, используя простые средства измерений.

Список источников

1. Пат. №2053491, МПК G01M 15/00. Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания / А.И. Прыгунов - №506497/06; заявл. 03.08.1992, опубл. 27.01.1996 г.

2. А.с. №785671, МПК G01M 15/00. Способ определения неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания / В.И. Бельских, Н.Т. Иванов - №2317722/25-06; заявл. 23.01.1976, опубл. 07.12.1980. Бюл. №45.

3. Пат. №2772163, МПК G01M 15/04. Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания / А.Ф. Курносов, Ю.А. Гуськов, Д.А. Домнышев и др. - №2021136872; заявл. 13.12.2021, опубл. 18.05.2022 г. Бюл. №14.

4. Пат. №2804692, МПК G01M 15/04. Способ определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания / А.Ф. Курносов, Ю.А. Гуськов, Н.Н. Григорев и др. - №2023104873; заявл. 03.03.2023, опубл. 03.10.2023 г. Бюл. №28.

Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что подготавливают к испытанию двигатель. В опоры устанавливают преобразователи силы (1). К преобразователям силы (1) и штатному датчику (2) частоты вращения коленчатого вала присоединяют измерительное устройство (3). Пускают и прогревают двигатель. Затем проводят испытания, при которых фиксируют контролируемые параметры. При проведении испытаний двигателя в условиях эксплуатации увеличением подачи топлива в цилиндры разгоняют двигатель до максимальной частоты вращения коленчатого вала. Загружают двигатель до значения, соответствующего номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива. С периодом 2 градуса поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения реакций опор. Затем разгружают двигатель, увеличивая частоту вращения коленчатого вала до максимального значения. Отключают первый цилиндр, догружают двигатель до номинальной частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива только в работающие цилиндры и повторяют измерения мгновенных значений реакций опор. Далее аналогично проводят измерения мгновенных значений реакций опор при работе двигателя с отключенным вторым, третьим и последующими цилиндрами. По полученным мгновенным значениям реакций опор определяют средние значения за один рабочий цикл отдельно при работе двигателя на всех цилиндрах и с отключенным соответствующим цилиндром. Затем вычисляют средние значения реакций опор не менее чем за пять рабочих циклов. Определяют разность между средними значениями реакций опор при работе двигателя на всех цилиндрах и средними значениями реакций опор при работе двигателя с отключенным соответствующим цилиндром. Устанавливают максимальное и минимальное значения разности реакций опор. Вычисляют коэффициент неравномерности, сравнивают полученное значение коэффициента неравномерности с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в снижении трудоемкости и в повышении оперативности диагностирования. 1 ил.

Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что подготавливают к испытанию двигатель, в опоры устанавливают преобразователи силы, к преобразователям силы и штатному датчику частоты вращения коленчатого вала присоединяют измерительное устройство, пускают и прогревают двигатель, затем проводят испытания, при которых фиксируют контролируемые параметры, отличающийся тем, что при проведении испытаний двигателя в условиях эксплуатации увеличением подачи топлива в цилиндры разгоняют двигатель до максимальной частоты вращения коленчатого вала, загружают двигатель до значения, соответствующего номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения реакций опор, затем разгружают двигатель, увеличивая частоту вращения коленчатого вала до максимального значения, отключают первый цилиндр, догружают двигатель до номинальной частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива только в работающие цилиндры и повторяют измерения мгновенных значений реакций опор, после чего аналогично проводят измерения мгновенных значений реакций опор при работе двигателя с отключенным вторым, третьим и последующими цилиндрами, по полученным мгновенным значениям реакций опор определяют средние значения за один рабочий цикл отдельно при работе двигателя на всех цилиндрах и с отключенным соответствующим цилиндром, затем вычисляют средние значения реакций опор не менее чем за пять рабочих циклов, определяют разность между средними значениями реакций опор при работе двигателя на всех цилиндрах и средними значениями реакций опор при работе двигателя с отключенным соответствующим цилиндром, устанавливают максимальное и минимальное значения разности реакций опор, вычисляют коэффициент неравномерности, сравнивают полученное значение коэффициента неравномерности с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.