Способ оценки идентичности последовательных циклов работы двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1983 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к способам испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преимущественно по частоте вращения вала. Известны способы оценки идентичности последовательных циклов работ двигатели внутреннего сгорания, заключающиеся в том, что измеряют мак симальные значения текущей угловой скорости вращения коленчатого вала,пр водят вычислительные преобразования и меренных значений и формирует первый н . прерывный сигнал,пропорциональный ди персии преобразованных значений flQ Связанное с неидентичностью протекания рабочих процессов в последо вательных циклах колебание амплитуд ных значений угловой скорости вращения коленчатого вала за период изменения cyMTviapHoro крутящего момент.а за .рпоследовательных периодов, количественно характеризуемое дисперсией или любым .другим; статистическим параметром, несет .информацию меры о степени идентичности последовательных рабочих циклов .и используется для количественной оценки качества работы Tqnливной аппаратуры при двоичных моторных испытаниях. Однако такой способ дает лишь приблизительную оценку, так как не разграничивает влияние на амплитудное значение угловой скорости колен чатого вала за данный период суммар ного момента показателей протекания рабочих процессов предыдущего и данного циклов. Целью изобретения является повышение точности оценки идентичности: последовательных рабочих циклов. Указанная цель достигается тем, что согласно способу оценки идентич ности последовательных циклов работ двигателя внутреннего сгорания, заключающемуся в том, что измеряют максимальные значения текущей угловой скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные преобразования измеренных значений и формируют первый непрерывный сигнал , пропорциональ ный дисперсии преобразованных з начений, дополнительно измеряют мИнимсШьные значения угловой скорости коленчатого вала, при вычислительном преобразовании определяют разность максимашь ных и минимальных значений угловой скорости вала, формируют второй непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии всех экстремгшьных значений текущей угловой скорости вращения вала, а о состоянии двигателя судят по совокупности значений этих дисперсий. На фиг. 1 представлена возг/ожная блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость степени идентичности последовательных рабочих циклов от состава бензовоздушной смеси ( - коэффициент вариации разностей значений угловой скорости вращения коленчатого вала uu} -i4L кпНп коэффициент избытка воздуха); на фиг. 3 - экспериментальные осциллограммы (3oi - режим работы двигателя п 900 об/мин, хол.ход, ot 1,1, угол опережения зажигания 0 I п.к.в.; 35 - h 900. об/мин, хол.ход ,1, угол опережения зажигания 0 6 п. к.в. ); на фиг. 4 координатная плоскость с координатами , сЛ (с(ди)к коэффициент вариации разностей значений угловой скорости вращения коленчатого вала ,х-Чт4п. - коэффициент вариации всех экстремальных значений угловой скорости).: Примером конкре ного выполнения способа может служить оценка иден/- тичности последовательных циклов четырехтактного 4-цилиндрового двигателя с числом зубцов венца маховика 2 129 с помощью устройства, которое содержит зубчатый элемент 1, жестко закрепленный на валу двигателя, частотный датчик 2, преобразователь 3 частоты в напряжение, селектор 4 амплитудных, значений угловой скорости вращення коленчатого вала, селектор 5 экстремальных минимальных значений угловой скорое- ; ти, арифметическое устройство 6, даТ чик 7 границ циклов, устройство 8 для определения дисперсии разностей .. ди, и устройство 9 для определения I дисперсии всех экспериментальных } значений. ЫдкЧастотный датчик 2 установлен на расстоянии 1,5-2 глм от зубцов ; венца маховика двигателя. Измерение проводится за время, сЬответст- ; вуюТцее 40 оборотам коленчатого ла. двигателя. При вращении коленчатого вала двигателя в обмотке частотного датчика 2 наводятся импУльсы на- пряжения, частота которых пропорциональна угловой скорости вращения коленчатого вала. №лпульсы частотного преобразователя поступают йа преобразователь 3 частоты -в напряжение, с выхода которого напряжение подается на селектор 4 а лплитудных значений и селектор 5 экстремальных минимальных значений, затем сигналы поступают на арифметическо.е устройство 6. Для определения экстремельных значений напряжения, соответствующих одному и тому же рабочему циклу двигателя, на арифметическое усягройст во б подаются сигналы с датчиков,7 границ цикла. Арифметическое |юйство б определяет значение ДсЦк для каждого рабочего цикла и посылает значения UJ на соответс вующие устройства 8 и 9 определения значений дисперсий этих величин. . Поскольку дисперсия случайной величины имеет размерность квадрата последней, удобнее пользоваться более универсальной (с точки зрения сравнения степени идентиЧг ностй последовательных рабочих цик лов на разных режимах работы двигателя) безразмерной величиной коэ фициента вариации, в математическо выражение которого входит дисперсия VD п, . : где сг - коэффициент вариации случайной величины; D - дисперсия; . mj( - математическое ожидание. Необходимость оценки степени идейтичности последовательных рабо йх циклов по совокупности значени двух статических параметров, один которых ogic, характеризует разброс от цикла к циклу разностей 4Ш,Ц(,, KfTiin иначе говоря величины рабо ты каждого отдельного цикла, а дру гой характеризует их порядке- вое распределение, подтверждается экспериментами. Итак, идентичность последовател ных циклов оценивают по совокупнос значений непрерывных сигналов, Кот рые формируют пропорциональными зн чениями дисперсий : а) разностей между амплитудндада /(максимальными) и минимальными зна чениями угловой скорости в каждсм цикле за серию последовательных цикло.в (AiAJ w max- KminJ гДе ктвУ амплитудное значение угловой скорости вращения коленчатого вала в К-ом периоде изменения сумм ного крутящего момента, .а .и,,миниМальное экстремальное значение в том же периоде С (ли -т nijjt ie математическое ожидание гГ - число анализируемых ра; бочих циклов; ,б) совокупностиамплитудных и экстремальньах минимальных абсолютй значений угловой скорости вала, т. всех экстремальных значений за каждай цикл (t) ,, . ,з/ . , где N - число анализируемых экстремальных значений. Повышение точности определения степени идентичности последователь ных циклов согласно предложенному способом обусловлено следующим. Амплитудное значение угловой скорости врамения коленчатого вала в конкретном K-oiST периода изменения суммарного крутящего момента определяется как параметрами рабочего процесса данного К-го цикла, так и параметрами (К-1)-го цикла и зависит:от величины полезной работы газов в данно К-ом цикле, которая определяется величиной потенциальной энергии рабочего тела, перийед1аей в кинетическую энергию вращения коленчатого вала и вызвавшей пропорциональное увеличение угловой скорости в этом К-ом периоде (A K kmoor min от величины минимальной скорости вращения вала в том же периоде (fcmiVi абсолютное значение которой, в свою очередь, определяется в основном соотношением значений положительного крутящего момента, создаваемого поршнем в конце хода расширения (К-1 )-го цикла и отрицательного крутящего момента, создаваемого поршнем в конце хода сжатия К-го цикла. Таким образом, амплитудное значение угловой скорости В13ащения коленчатого вала за период изменения суммарного крутящего момента есть функция двух аргументов: приращения угловой скорости вращения вала за тот же рабочий цикл to K Kma icmin минимального значения угловой скорости вращения тот же чиклЫцу„}п. Определение степени идентичности последовательных циклов по дисперсии приращений угловой скорости n позволяет оценивать идентичность циклов по величине, непосредственно пропорциональной .работе газов в каждом отдельном цикле, а рассмотрение совокупности значения этой дисперсии и дисперсии всех экстремаль:Ных значений w позволяет-учитывать также их порядковое распределение. , Такая совокупность значений дисПерсии наглядно определяется коордиватной плоскостью K f{D4Ly, DUJ,). Это дает возможность более точно оценивать как степень идентичности последовательных рабочих циклов, так и степень Устойчивости работы двигателя. Экспериментальное исследование по определению зависимости степени идентичности последовательных циклов от состава смеси, проведенное {НРНрвжиме малых оборотов холостого ода (п 900 об/мин), с оценкой степени идентичности только по коэф1 ициенту вариации разностей ш. Ю покаэывает, что в рабочем диапазоне бензиновых двигателей по сос таву смеси по 1учённая зависимость совпадает с классической/и ухудшает ся по мере обеднения смЪси (фиг. 2) -Однако при работе на граничных пб составу смесях в диапазоне примерных значений о пред- 0, обеднен 1е смеси не приводит к знач 1тельному ухудшению идентичности последовательных циклов,. {отя имеет место значительное ухудшение устойчивости рабоаы двигателя, проявляю1д вся в его повышающейся нибр;ации и тряске.. Известно что при увеличении угла опережения зажигания на режиме малых оборотов холостого хода им ет место резкое ухудшение устойчивости работы двигателя. Было проведено осциллографирование переменн составляющей угловой скорости враще ния коленчатого вала на режиме работы двигателя п 900 об/мин, . 1,1 с углами опережения зажигания 9 17° п.к.в. и 0 6 п.к.в. без изменения регулировки других показателей двигателя. Участки полученных осциллогра /1м приведе-ны соответственно на фиг. 3 си и 36, При оценке степени идентичности последовательных рабочих циклов по коэффициенту вариации сУд1, разностей /значений угловой скорости ( - rrdn) лп режимов с углами опережения зажигания и п.к.в. {оценка производится по 80 последоВательным .рабочим циклам на каждом режиме) степень идентичности.последовательных рабочих циклов оказывается примерно -одинаковой, что выражается в значениях коэффициентов соо ветственно-d oj., ( °)1 f 0 ,л)к ® ° 1,03, в то время как субъективная оценка испытателями и, главным образом, характер измерения угловой скорости на осци-пло грамме, свидетельствует о значител ном ухудшении устойчивости работы двигателя на режиме с п.к.в. Йричем анализ осциллограглм показывает , что при этом количество пропусков воспламенения, определяемых по отсутствию увеличения скорости VB течение периода изменения суммарного крутящего момента, изменяется на этих режимах незначительно и составляет при в 17° 19 пропусков и при 16 пропусков. Резкое же ухудшение устойчивости работы двига теля вызывается тем, что циклы, ()есрвершаш1ие положительной работы, группируютсй в серии из нескольких .циклов (трех) - зоны А, Б на фиг За Это приводит к 3-начительному колебанию оборотов и к резкому, ухудшению устойчивости работы двигателя..; Расчет коэффициентов вариации всех экстремальных значений ш угловой скорости вращения коленча.того вала для режимаов ев 11 п.к.в. и п.к.в. определяет, что ( (в 17 )3 ,9-10-2 в 6 °) 2 ,2- 10. Эти коэффициенты в сов.окупности с коэффициенты в сов.окупности с фициентами вариации разностей коэффициентами вариации разностей ктйХ-м ктшГс и/к ® 1 ) 05, ()1, 03 количественно отражают действительную степень идентичности последовательных рабочих циклов на этих режимах с учетом их порядкового расттределения, приводя- щёго на режиме с п.к.в. к резкому ухудшению устойчивости работы двигателя.. Результаты измерения в виде комплексного критерия представлены на фиг. 4. . Таким образом, предложенный способ и его количественный комплексный критерий дают возможность определять .степень идентичности последовательных рабочих циклов непосредственно по параметрам, отражающим как величину работы отдельных цик- лов, так и 1ГК порядковое распределение; Такую дифференцированную информацию нельзя извлечь проводя измерение известным способом, при котором оценивают степень идентичности последовательных рабочих циклов, измеряя только дисперсию амплитудных значений угловой скорости вращения коленчатого вала. Поэтому предпоженный способ повышает точность оценки степени идентичности по сравнению с Известным. . Использование предлагаемого способа испытания двигателя внутреннего сгорания имеет Следующие техникоэкономические преимущества по сравнению с известным: увеличивает точность и объективность определения степени идентичности последовательных рабочих циклов непосредственно во время испытаний , что позволяет оперативно оценивать качество вносимых изменений в регулировке и конструкции двигателя ; использование предложенного способа и устройства для его реализации Позволяет повысить экономичность работы двигателя внутреннего сгорания и уменьшить токсичность отрабо.тавших газов.

6й(л)К.

0.7 0.6 0.5

т

0.3 02 0.1

т 0.9 W 11 . 1.2 1.3 1Л 1.5 . Фиг.г

i 5 6

ФигЛ

СПОСОБ ОЦЕНКИ ИДЕНТИЧНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦИКЛОВ РАБОТЫ ДНИГДТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в том/ что измеряют максимальные значения текущей угловой скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные преобразования измеренных значений и формируют первый непрерывный сигнал, пропорционсшьный дисперсии преобразованных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют минимальные значения угловой скорости коленчатого вала, при вычислительном преобразовании определяют разность максимальных и минимальных значений угловой скорости формируют второй непрерывный сигнсШ, пропорциональный дисперсии всех экстремальных значений текущей угловой скорости вращения вала, а, о состоянии .двигателя судят по совокупности значений этих дисперсий. 8 00 CD J 4