Устройство для контроля загрузки двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК G01L3/24 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и регулирования работы двигателей.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Эффективная мощность двигателя

связана с его крутяпсим моментом соотношением

N.

iM.

(1)

Ng Месэ (М; - MT-)U ,

где М; - индикарторный момент,

М - момент внутренних потерь

(преимущественно трения), СО - угловая скорость, рад/с. Указанные моменты при неравномерном вращении связаны с угловым ускорением 6 dw/dt с помощью уравнения динамики при моменте нагрузки М„.

V- dcp

М; - MT - MH., (2)

где 1д - момент инерции двигателя,

КГь М .

В стационарном режиме работы двигателя среднее значение ускорения равно нулю.

Индикаторный момент в одном цилиндре может быть записан в виде

М;, (tf) ,К (q;)+ P; S (q-)

к

М,,-ь

М

tt

(3)

где ( - угол поворота коленчатого вала, рад; объем цилиндра, давление сжатия. Па; среднее индикаторное давление. Па;

K(q ) и .

S(c)

Vu - PC - Р: - безразмерные компрессионная и газовая (индикаторная) силовые функции; М-, компрессионная и газовая

составляюпще момента М;, . При этом для всего множества двигателей функции К((у) и S(qi) для различны значений политроп сжатия и расширения могут быть аппроксимированы набором кривых,зависящих только от степени сжтия 6с (фиг. 1) . Следовательно, с учетом (3) и фиг. 1 индикаторньй момент М ; (ц)) по форме повторяет функции К (t) и S (tp), только значения этого момента (как амплитудное, так и

2786332

среднее) будут определяться величинами Уц, Р и Р,- , не зависящими от угла поворота. Как видно из анализа кривых (фиг. 1), активная часть крутящего момента

10

15

занимает участок в пределах от ВМТ до 20-40 после ВМТ (в зависимости от значения Е ), т.е. ее можно аппроксимировать отрезком синусоиды с периодом, составляющим 1/3 - 1/4 часть оборота с частотой, кратной 3-4-й гармоникам частоты вращения.

Согласно (2) при неравномерном вра- вращении вала угловое ускорение рав- но:

Е --- (М; - К - М

1

Ч 1

1Д

J dIA 2 dtp

(М

м л - М ) .ЦН г н

к +f-t ЕТ -

М )

(4)

где - инерционная составляющая крутящего момента:

М

ич

„У dl. 2 dip

(5)

0

5

0

5

0

При

определенном скоростном и нагрузочном резкимах величины М;, М, М;,, и Мц являются неизменными (значит,6 ,6, ЕИН. и н также неизменны) и информацию о крутящем моменте и мощности двигателя в соответствии с (1) и (4) несет газовая составляющая углового ускорения fр, которая повторяет по форме функцию S (Cf) . Следовательно, составляющ то S также как и функцию S (ц)) , можно аппроксимировать отрезком синусоиды с частотой, кратной 3-й или 4-й гармонике частоты вращения (в зависимости от степени сжатия S ) ,

Уравновешенные двигатели имеют инерционную составляющую, близкую к нулю, а составляющие трения 6 и нагрузки ц , как правило, имеют более низкочастотный спектр, чем составляющие 5 и ; . Следовательно, у таких двигателей достаточно измерить ускорение на частоте, кратной 3-4-й гармонике частоты вращения на холостом ходу (амплитуда Л).

Прирост амплитуды указанных гармоник (А - Ар) будет непосредственно характеризовать мощность, развивае- мую двигателем (т.е. загрузку), так как зависимость амплитуд ускорений от мощности линейная. При контроле неуравновешенных двигателей из-за

влияния инерционной составляющей зависимость амплитуд указанных гармоник от мощности нелинейная,. 3 этом случае для каждой марки двигателя необходимо иметь градуировочньм график (связь эталонных значений ускорений указанных гармоник с мощностью двигателя) ,

На фиг. 1 представлены безразмерные компрессионная и газовая силовые функции; на фиг. 2 - блок-схема устройства для контроля загрузки двигателя.

Устройство для контроля загрузки двигателя содержит датчик 1 угловой скорости, измеритель 2 частоты вращения, последовательно соединенные первый блок 3 дифференцирования, второй блок 4 дифференцирования, нуль-орган 5, блок 6 памяти, задатчик 7 рабочей зоны, блок 8 сравнения и индикатор 9, а таюке третий блок 10 дифференцирования, вход которого соединен с

выходом датчика 1 угловой скорости,

У

который подключен также к входу изме- рителя 2 частоты вращения,- а выход .третьего блока 10 дифференцирования соединен с первым входом перестраиваемого резонансного фильтра 11, второй вход которого подключен к выхо- ду измерителя 2 частоты вращения, который соединен также с входом первого блока 3 дифференцирования, а выход перестраиваемого резонансного фильтра 11 соединен с вторыми входами блока 6 памяти и блока 8 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от датчика 1 угловой скорости вследствие изменения момента инерции двигателя и чередования вспышек по цилиндрам, представляющий собой паременный во времени сигнал даже при постоянной средней загрузке двигателя, поступает одновременно на. входы третьего блока 10 дифференцирования и измерителя 2 частоты вращения. С выхода измерителя 2 сигнал, со соответствующий частоте вращения вала двигателя (средней угловой ско- рости за цикл работы двигателя), последовательно проходит через блоки 3 и 4 дифференцирования, на выходе которых вырабатьшается сигнал, пропор-- циональный второй производной часто- ты вращения вала. Указанный сигнал поступает на вход нуль-органа 5, срабатывающего в момент равенства нулю этого сигнала, что соответствует оптимальному загрузочному режиму работы двигателя. С выхода третьего блок 10 дифференцирования сигнал, пропорциональный мгновенному значению углового ускорения вала двигателя,поступает на первый вход перестраиваемого резонансного фильтра 11, на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя 2 частоты вращения. Получаемый на выходе фильтра 11 сигнал ускорения, соответствующий третьей или четвертой гармонике частоты вращения, поступает на второй вход блока 6 памяти и фиксируется в нем в момент наличия сигнала на первом входе блока 6, поступающего с нуль-органа 5. Одновременно этот сигнал поступает- на второй вход блоков 8 сравнения.

Значение зарегистрированного в блоке 6 памяти ускорения соответствует номинальному значению момента двигателя на выбранной характеристик (внешней или частичной) работы двигателя.

Через задатчик 7 рабочей зоны, выполненный в в1-ще порогового устройства на два уровня граничных значений по моменту, соответствующих взрх- fieMy и Н1 якнему пределам оптимальной , и схемы ИЛИ, сигнал подает- 6я на первый вход блока 8 сравнения, где Сравнивается с текущим значением ускорения, соответствующего третьей или четвертой гармонике частоты вращения, и выходной сигнал несет информацию о степени загрузки двигателя. Если это значение находится за пределами оптимальной зоны загрузки, результат сравнения подается на индикатор 9 в виде сигнала загрузки ниже оптимальной или выше оптимальной. Если текущие значения составляющей ускорения, соответствующие третьей или четвертой гармонике частоты вращения находятся в пределах оптимальной зоны, заданной задатчиком 7 рабочей зоны, то на выходе блока 8 сравнения сигнал отсутствует.

Формула изобретения

Устройство для контроля загрузки двигателя внутреннего сгорания, содержащее измеритель частоты вращения, к выходу которого последовательно подключены первый блок дифференцирования, второй блок дифференцирования, нуль-орган, блок памяти, задатчик рабочей зоны, блок сравнения и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повьшшния точности контроля загрузки, в него введены датчик угловой скорости, третий блок дифференцирования и перестраиваемый резонансный фильтр, при этом выход датчика углово11 скорости соединен

со входами измерителя частоты вращения и третьего блока диф(})еренцирова- ния, к выходу которого подключен первый вход перестраиваемого резонансного фильтра, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты,а выход подключен к вторым входам блока памяти и блока сравнения.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность степени загрузки. Переменный во времени сигнал ьт датчика 1 угловой скорости поступает одновременно на входы блока 10 дифференцирования и измерителя 2 частоты вращения. С выхода последнего сигнал, соответствующий частоте вращения вала, последовательно проходит через блоки 3 и 4 дифференцирования, на выходе которых вьфабатьшается сигнал, поступающий на нуль - орган 5, сра- батьшающий в момент равенства нулю этого сигнала, т.е. при оптимальном загрузочном режиме работы двигателя, С выхода блока 10 дифференцирования сигнал поступает на вход фильтра 11, на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя 2 частоты вращения. Сигнал ускорения с фильтра 11 поступает на вход блока 6 памяти и фиксируется в нем в момент наличия сигнала на блоке 6 памяти, поступающего с нуль - органа 5. Одновременно этот сигнал поступает на вход блока 8 сравнения. Через задатчик 7 рабочей зоны сигнал подается на блок 8 сравнения, где сравнивается с текущим значением ускорения, и выходной сигнал несет информацию о степени загрузки двигателя. 2 ил. ГЕ (Л ю vl СХ) О) 00 со

O.W

G05-L--Ж

0-1

го во WO 140 f, град (риг.1

Редактор с. Патрушева

Составитель А, Пашков Техред Л.Олейник

Заказ 6822/36Тираж 778Подписное

ВНШПИ Государственного -комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А. Ильин