Способ изготовления устройства изменения скоростного режима дизеля, используемого при измерении дымности отработавших газов дизеля Российский патент 2024 года по МПК G01M15/02 G01M15/10 

Область техники

Изобретение относится к области изготовления устройств измерения дымности отработавших газов дизельных двигателей и может быть использовано при эксплуатации автотранспортных средств.

Уровень техники

Известен способ измерения дымности отработавших газов дизельного двигателя (Межгосударственный стандарт ГОСТ 33997-2016 "Колесные транспортные средства. Требования к безопасности в эксплуатации и методы проверки" введённый в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 июля 2017 г., с. 47-48, [1]), с использованием дымомера и созданием шести последовательных циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя путем равномерного перемещения педали топлива за 0,5-1 с до упора, удержания педали в этом положении 2-3 с и отпускании педали, после чего через 8-10 с возобновлению цикла.

Недостатком известного способа является низкая точность определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора.

Известен способ определения дымности отработавших газов дизельного двигателя на режиме свободного ускорения (патент RU 219192 МПК F16B 43/00 F16B 43/00. Опубликовано: 04.07.2023 Бюл. № 19), заключающийся в том, что при работе двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода резко перемещают орган управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, после чего фиксируют показание включенного в работу дымомера, причем показание дымомера фиксируют при частоте вращения коленчатого вала двигателя, отличающейся не более чем на ±1% от ее номинального значения, дымомер включают через 0,8 с после достижения указанным органом управления положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и выключают в момент достижения указанной номинальной частоты вращения, при этом фиксируют минимальное показание дымомера.

Недостатком известного способа является низкая точность определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора.

Наиболее близким техническим решением является способ, использующий электромеханический манипулятор для выявления аварийно-опасных режимов эксплуатации дизельных машин (Ложкин В. Н. Электромеханический манипулятор для выявления аварийно-опасных режимов эксплуатации дизельных машин в условиях Арктики / В. Н. Ложкин // Экстремальная робототехника. – 2021. – Т. 1, № 1. – С. 123-130. – EDN IVCRVI.), включающий кулачковый механизм, воздействующий через трос на положение рычага топливного насоса высокого давления, позволяя автоматически и плавно создавать циклы свободного ускорения коленчатого вала двигателя в рамках измерения дымности.

Недостатком наиболее близкого способа является отсутствие возможности управлять топливоподачей на транспортных средствах, оснащенных электронной педалью акселератора.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является повышение точности определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора в автоматическом режиме.

Настоящий технический результат достигается в способе изготовления устройства изменения скоростного режима дизеля, используемого при измерении дымности отработавших газов дизеля, включающий выполнение массивного основания из стального листа, снизу которого приклеена тканевая пластина, на основании закрепляют программируемый микроконтроллер, сервопривод с контролем угла поворота его вала, аккумулятор питающий, отличающийся тем, что на валу сервопривода выполняют рычаг, предназначенный для касания электронной педали акселератора транспортного средства, с возможностью равномерного перемещения электронной педали акселератора по формируемым командным сигналам из программированного микроконтроллера, программируют связь через модуль Wi-Fi передачи исходного командного сигнала начала измерения дымности с компьютера по беспроводной локальной сети на основе стандартов IEEE 802.11, при этом программированный микроконтроллер программируют на выполнение шести последовательных циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя, по количеству циклов измерения дымности отработавших газов дизеля, программу в программированный микроконтроллер записывают, предварительно подключив его через интерфейс USB к компьютеру, с помощью программы Arduino IDE, предназначенной для создания и загрузки программ на микроконтроллеры типа Arduino на языке программирования С++.

Отличительными признаками являются:

на валу сервопривода выполняют рычаг, касающийся электронной педали акселератора транспортного средства, с возможностью равномерного стандартного перемещения её по формируемым командным сигналам из-за программированного микроконтроллера замера дымности, это повышает точность определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора, за счет применения программированного микроконтроллера замера дымности в автоматическом режиме;

программируют связь через модуль Wi-Fi передачи исходного командного сигнала начала измерения дымности с компьютера по беспроводной локальной сети на основе стандартов IEEE 802.11, что повышает точность определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора, за счет применения программированного микроконтроллера замера дымности в автоматическом режиме с использованием модуля wi-fi;

программированный микроконтроллер программируют на выполнение шести последовательных циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя, по количеству циклов измерения дымности отработавших газов дизеля, это повышает точность определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора, за счет применения программированного микроконтроллера замера дымности по параметрам [1];

программу в программированный микроконтроллер записывают, предварительно подключив его через интерфейс USB к компьютеру, с помощью программы Arduino IDE, предназначенной для создания и загрузки программ на микроконтроллеры типа Arduino на языке программирования С++, такие действия повышают точность определения величины дымности отработавших газов, на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора.

Сравнение предлагаемого решения с аналогами и прототипом не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Краткое описание фигуры и таблицы

На чертеже приведена схема способа изготовления устройства скоростного режима дизеля для измерения дымности отработавших газов, включающая: 1 - основание устройства массивное; 2 - программируемый микроконтроллер замера дымности; 3 - сервопривод скоростного режима дизеля; 4 - педаль электронная акселератора; 5 - рычаг, установленный на валу сервопривода; 6 - аккумулятор питающий; 7 - модуль Wi-Fi; 8 - проводную линию связи от сервопривода скоростного режима дизеля к программированному микроконтроллеру замера дымности; 9 - питающую линию сервопривода скоростного режима дизеля; 10 - питающую линию программированного микроконтроллера замера дымности; 11 - возвратную пружину электронной педали акселератора.

В таблице приведены итоговые результаты экспериментальных замеров дымности, проводимых при воздействии на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом и устройством скоростного режима дизеля.

Осуществление изобретения

При изготовлении устройства скоростного режима дизеля для измерения дымности отработавших газов на массивное основание 1 выполненное из стального листа 250х350х10 мм, снизу основания 1 приклеивают тканевую пластину, увеличивающую сцепление устройства на полу кабины автомобиля исключающее его скольжение. Массивное основание 1 обеспечивает устойчивое размещение устройства на полу рабочего места водителя в кабине автомобиля в непосредственной близости с электронной педалью акселератора транспортного средства. На основании 1 просверливают 4 отверстия диаметром 5 мм для закрепления на болты М4х10 программированного микроконтроллера 2 замера дымности Arduino ESP32 Wemos D1 R32 размерами 53.4 x 68.6 мм, между микроконтроллером размещают резинотканевую пластину 54 x 69 х 4 мм для защиты от короткого замыкания контактов микроконтроллера, аккумулятор 6 с питающими линиями 9 и 10 и сервопривод скоростного режима 3 с рычагом 5, установленным на его валу. Сервопривод скоростного режима 3 дизеля соединяют проводной линией связи 8 с выходным управляющим контактом программированного микроконтроллера 2 замера дымности. Аккумулятор 6 осуществляет питание программированного микроконтроллера 2 замера дымности и сервопривода скоростного режима 3 по двухпроводным линиям 9 и 10 связи.

Для записи программы в программированный микроконтроллер замера 2 дымности его подключают через интерфейс USB к компьютеру и записывают алгоритм программы с помощью программы Arduino IDE, предназначенной для создания и загрузки программ на микроконтроллеры типа Arduino на языке программирования С++. Алгоритм программы заключается в формировании распределенных по времени командных токовых импульсов различной ширины, на один из выходных контактов программированного микроконтроллера замера 2 дымности согласно [1].

Размещают массивное основание 1 устройства в кабине автомобиля путем касания электронной педали 4 акселератора дизеля с рычагом 5, установленным на валу сервопривода 3.

Пример 1

Измерения дымности отработавших газов топливоподачи испытателями-диагностами. Перед измерениями дымности на неподвижной пожарной автоцистерне АЦ-6,0-40 (5557) категории N3G, выполненной на базе шасси УРАЛ-5557-1151-72 с четырехтактным двигателем ЯМЗ-53623 с воспламенением от сжатия, испытатель-диагност проверяет соединения, комплектность и сохранность системы выпуска отработавших газов, состоящей из металлорукава с фланцами, патрубка выпускного, трубы приемной глушителя, глушителя выхлопа, трубы выпускной. Затем визуально проверяет герметичность системы нейтрализации (далее – системы SCR) отработавших газов на отсутствие белых отложений, являющихся признаком утечек реагента «AUS 32», проверяет все разъёмы системы SCR, а так же оребрение форсунки реагента, на отсутствие на них грязи и влаги, проверяет трассу подачи реагента на отсутствие осадков в виде кристаллов реагента белого цвета. Далее в кабине автомобиля производят включение зажигания (без запуска двигателя), выжидают 5 минут для инициализации системы, после чего убеждается в отсутствии инициализации индикации сигнализатора «Низкий уровень реагента «AUS32»» на панели приборов и выключателей. Производит запуск двигателя ЯМЗ-53623 и, используя нагрузочные режимы и указатель температуры охлаждающей жидкости на панели приборов и выключателей, прогревает охлаждающую жидкость двигателя до 80 °С, при рекомендуемой заводом-изготовителем температуре 75-100 °С (Приложение Б Таблица Б.1 Автомобиль УРАЛ-4320М и его модификации. Руководство по эксплуатации 4320М-3902035РЭ (издание второе, уточненное), с. 282 Миасс-март 2019 г.). После прогрева испытатель-диагност заглушает двигатель, перемещает тормозной кран с ручным управлением стояночной тормозной системы пожарной автоцистерны АЦ-6,0-40 (5557) в положение «парковка», устанавливает противооткатные упоры под колеса ведущих мостов и запускает двигатель, затем устанавливает рычаг переключения передач в нейтральное положение, выключает сцепление и ожидает команды второго испытателя-диагноста на его готовность осуществлять замеры дымности. Второй испытатель-диагност в это время осуществляет подготовку к работе измерителя дымности отработавших газов «МЕТА-01 МП 0.1» (далее-дымомер), представляющий результат измерений в единицах коэффициента поглощения (натурального показателя ослабления) [м^-1] и в единицах коэффициента ослабления [%] по Межгосударственному стандарту ГОСТ 33997-2016 "Колесные транспортные средства. Требования к безопасности в эксплуатации и методы проверки", в соответствии с руководством по эксплуатации (Измеритель дымности отработавших газов модификаций МЕТА-01МП 0.1, ЛТК, К, МЕТА-01 МП 0.2 Руководство по эксплуатации. М 006.000.00-03 РЭ, Методика проверки М 006.000.00МП. Научно-производственная фирма «МЕТА», 2019 г, 45 с.).

Испытатель-диагност, находящийся на водительском кресле в кабине пожарной автоцистерны, по секундомеру равномерно перемещает электронную педаль 4 топливоподачи за 0,5-1 с. до упора, удерживает педаль 4 в этом положении 2-3 с и отпускает педаль 4, после чего через 8-10 с возобновляет цикл шесть раз подряд, и затем ожидает команду на начало следующего испытания. Испытания проводят 10 раз, при этом для контроля базового отсчета и коррекции нуля дымомера, а также естественной вентиляции измерительного канала, после каждых шести циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя производился вынос оптического датчика дымомера из зоны действия отработавших газов на 60 секунд. Итоговые результаты замеров дымности переносят в табл.

Пример 2

Измерения дымности отработавших газов с использованием способа изготовления устройства скоростного режима дизеля. Перед измерениями дымности на неподвижном транспортном средстве испытатель-диагност проверяет комплектность и сохранность системы выпуска, включает систему очистки отработавших газов от загрязняющих веществ, проверяет температуру окружающего воздуха и атмосферное давление, которые должны быть в пределах от 0 °С до 35 °С и от 92 до 105 кПа соответственно, прогревает двигатель до установленной изготовителем рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, а при отсутствии таких данных — до температуры 80 °С, используя нагрузочные режимы или многократное повторение циклов свободного ускорения, причем продолжительность работы прогретого двигателя на холостом ходу до начала измерений не должна превышать 5 минут. После прогрева испытатель-диагност заглушает двигатель, затормаживает транспортное средство стояночной тормозной системой, устанавливает противооткатные упоры под колеса ведущих мостов и устанавливает зонд дымомера с эффективной базой равной 0,43 м и линейной шкалой, отградуированной от 0 до 100 % ослабления света, запускает двигатель, устанавливает рычаг переключения передач в нейтральное положение и включает сцепление. На установленном устройстве скоростного режима дизеля для измерения дымности отработавших газов на полу рабочего места водителя в кабине автомобиля у педали 4 топливоподачи осуществляют его электропитание путем подсоединения контактов к устройству. Программированный микроконтроллер замера 2 дымности по встроенному в него блока 7 Wi-Fi подключает к сети Wi-Fi, при подаче питания согласно алгоритму программы и затем по логину и паролю, указанным в исходном коде программы, выдают команду от компьютера, подключенного к той же сети. На компьютере при помощи любой сторонней программы для просмотра веб-страниц в адресной строке вводится IP-адрес устройства, затем происходит переход на стартовую веб-страницу с кнопкой запуска устройства. После нажатия на кнопку запуска запрограммированный микроконтроллер замера 2 дымности производит первый токовый импульс сервоприводу 3 на изменение угла удержания выходного вала на 90 градусов и рычаг 5 приводит к равномерному стандартному перемещению электронной педали 4 акселератора транспортного средства до упора в течении 1 секунды и ее удержанию в этом положении, согласно [1]. По истечению 3 секунд запрограммированный микроконтроллер замера 2 дымности подает токовый импульс сервоприводу 3 на изменение угла удержания выходного вала к исходному положению, и это приводит к прекращению нажатия на электронную педаль 4 акселератора транспортного средства. При прекращении воздействия сервопривода скоростного режима 3 под действием возвратной пружины 11 электронная педаль 4 акселератора транспортного средства возвращается в исходное положение, переводя двигатель на работу в режиме холостого хода, завершая создание первого цикла свободного ускорения коленчатого вала двигателя. Через 10 секунд программированный микроконтроллер замера 2 дымности снова формирует токовый импульс сервоприводу 3, начиная новый цикл, и повторяет эти циклы 6 раз подряд [1], после чего прекращает свою работу и ожидает следующий командный сигнал от компьютера. Во время создания циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя, испытатель-диагност осуществляет контроль проведения замеров дымомером, который по наибольшему значению коэффициента ослабления светового потока, создаваемого во время одного цикла свободного ускорения, регистрирует их во внутренней памяти и выводит на информационное табло дымомера. Испытатель-диагност полученное значение заносит в таблицу.

К преимуществам предлагаемого способа изготовления устройства относятся: соответствие требованиям Межгосударственный стандарт ГОСТ 33997-2016 "Колесные транспортные средства. Требования к безопасности в эксплуатации и методы проверки", универсальность применения для различных транспортных средств, возможность дистанционного управления скоростным режимом двигателя, а также выполнение стандартных шести последовательных циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя, по циклам измерения дымности отработавших газов дизеля, устройством с возможностью равномерного стандартного перемещения педали топлива, исключая субъективность восприятия испытателя-диагноста о скорости воздействия на электронную педаль акселератора.

Для подтверждения повышения точности определения величины дымности отработавших газов на дизельных моделях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора используют методику расчета колеблимости (вариации) признака (с.39-42 Теория вероятностей и математическая статистика [Текст]: [учеб. пособие для экон. специальностей вузов] / И. Г. Венецкий, Г. С. Кильдишев. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Статистика, 1975. - 264 с.: граф.; 22 см.).

Вариационный размах для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, составил 0,19 м^-1. Вариационный размах для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, составил 0,06 м^-1.

Средние арифметические значения дымности для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, составило 0,283 м^-1. Средние арифметические значения дымности для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, составило 0,288 м^-1. Разница между этими значениями составила 0,005 м^-1, или 1,7%, что много меньше 10% допустимой ошибки. Проведенные экспериментальные исследования можно считать корректными.

Среднее линейное отклонение для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, составило 0,0336 м^-1. Среднее линейное отклонение для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, составило 0,002361 м^-1.

Среднее квадратическое отклонение для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, составило 0,125 м^-1. Среднее квадратическое отклонение для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, составило 0,019 м^-1.

Коэффициент вариации по среднему линейному отклонению для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, составил 11,87%. Коэффициент вариации по среднему линейному отклонению для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, составил 0,82%.

Коэффициент вариации по среднему квадратическому отклонению для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, составил 44,13%. Коэффициент вариации по среднему квадратическому отклонению для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, составил 6,55%.

Коэффициент вариации по среднему квадратическому отклонению для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора устройством скоростного режима дизеля, на 37,58% меньше коэффициента вариации по среднему квадратическому отклонению для замеров, проведенных с воздействием на электронную педаль акселератора испытателем-диагностом, при этом первый показатель в 6,7 раза меньше второго, что свидетельствует о более высокой точности определения предлагаемого измерения устройством дымности отработавших газов дизелей.

Изобретение относится к области измерения дымности отработавших газов дизельных двигателей. Предложен способ изготовления устройства изменения скоростного режима дизеля, используемого при измерении дымности отработавших газов дизеля, включающий выполнение массивного основания 1 из стального листа, снизу которого приклеена тканевая пластина, на основании закрепляют программируемый микроконтроллер 2 и сервопривод 3 с контролем угла поворота его вала, аккумулятор питающий 6. На валу сервопривода 3 выполняют рычаг 5, предназначенный для касания электронной педали 4 акселератора транспортного средства, с возможностью равномерного перемещения электронной педали акселератора по формируемым командным сигналам из программируемого микроконтроллера 2. Программируют связь через модуль Wi-Fi 7 передачи командного сигнала начала измерения дымности с компьютера по беспроводной локальной сети. Программируемый микроконтроллер 2 программируют на выполнение шести последовательных циклов свободного ускорения коленчатого вала дизеля по количеству циклов измерения дымности отработавших газов дизеля. Технический результат - повышение точности определения величины дымности отработавших газов на дизельных двигателях колесных транспортных средств с электронной педалью акселератора в автоматическом режиме. 1 ил., 1 табл.

Способ изготовления устройства изменения скоростного режима дизеля, используемого при измерении дымности отработавших газов дизеля, включающий выполнение массивного основания из стального листа, снизу которого приклеена тканевая пластина, на основании закрепляют программируемый микроконтроллер, сервопривод с контролем угла поворота его вала, аккумулятор питающий, отличающийся тем, что на валу сервопривода выполняют рычаг, предназначенный для касания электронной педали акселератора транспортного средства, с возможностью равномерного перемещения электронной педали акселератора по формируемым командным сигналам из программируемого микроконтроллера, программируют связь через модуль Wi-Fi передачи исходного командного сигнала начала измерения дымности с компьютера по беспроводной локальной сети на основе стандартов IEEE 802.11, при этом программируемый микроконтроллер программируют на выполнение шести последовательных циклов свободного ускорения коленчатого вала двигателя по количеству циклов измерения дымности отработавших газов дизеля, программу в программируемый микроконтроллер записывают, предварительно подключив его через интерфейс USB к компьютеру, с помощью программы Arduino IDE, предназначенной для создания и загрузки программ на микроконтроллеры типа Arduino на языке программирования С++.