Способ испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК G01M15/00 

(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания преимущественно на неустановившихся режимах, причем ускоренных. Известны способы испытаний двигателей внутреннего сгорания на неустановившихся режимах, npvpieM ускоренных, заключающиеся в изменении характеристических параметров, например, частоты вращения вала и момента сопротивления при помощи генератора с каналами задания. При таком способе весь цикл испытаний имеет длительность 84 О ч и разбивается на 35 периодов по 24 ч, причем камщый из 24 часовых циклов подразделяется на ряд периодов, характеризующихся непродолжительными циклами задания, надлежащим образом скомбинированных уровней крутящего момента двигателя, частоты вращения коленчатого вала и тем пературы охлаждающей жидкости. При этом сохраняется детерминированность жесткой программы для дизелей всех ттшов. Выбранный масштаб времени также определен СГОРАНИЯ С некоторой связью-с режимами в эксплуатации Ull Таким образом, основной недостаток способа состоит в том, что он не может обеспечить удовлетворительную сходимость результатов стендовых испытаний с эксп луатационными данными по надежности и прочности двигателей, так как не обеспечивает подобия режимов работы двигателей при испытании на испытательном стенде с режимами их работы в условиях эксплуатации. Это обстоятельство приводит к ощибочным результатам. Вместе с тем, в условиях эксплуатации двигателей все характеристические параметры режима, такие как частота вращения вала, момент сопротивления на выходном валу, температура охлаждающей жидкости и т.п. изменяются во времени по стохастическим законам. Если к же учесть, что случайный характер изменения каждого из параметров режима является аналогрвьм. а не дискретным, то указанные обстоятельства приводят к бес 36eйоивчно большому количеству сочетаний аксплуатационных уровней параметров режима, порядка их чередования и скорости изменения. Очевидно, не представляется воэможным учесть все эти обстоятельства в детерминированной программе испытаний с постоянными уровнями параметров режима в пределах каждого цикла испытаний и с заранее установленным порядком чередования этих циклов при ограниченном их количестве.. Известны способы испытания двигателя внутреннего сгорания, заключающие- ся в изменении характеристических параметров, например, частоты вращения вала и момента сопротгюления, по закону стохастических процессов при помощи генератора случайных сигналов с каналами задания, беспечивающего одновременное заПа ие отклоне1тей от математических ожиданий этих характеристических параметров в виде случайных сигналов, связанных по взаимокорреляционной функции 23. Мзвестные способы позволяют создать на испытательном стенде эксплуатационные условия работы и, следовательно, позволяют максимально приблизить процессы физического старе гая двигателя при испыганияк к эксплуатационным. Однако способы нельзя непосредственно применить для испытаний в сжатом масштабе времени, в этом их недостаток. Цель изобретения - ускорение процесса испытаний при обеспе1ении технически допустимого сжатия масштаба времени. Указанная цель достигается тем, что определяют верхние границы полосы пропускания частот характеристических параметров при помощи генератора случайных сигналов и анализатора спектра частот сигналов, и одновременно при помощи генератора случайнь1х сигналов изменяют эти характеристические параметры с масштабным коэффициентом увеличения частот сигналов, равным наименьшему отношению верхней границы полосы пропускания частот по каналам задания характеристически параметров к верхним частотам изменения соответствующих параметров в условиях эксплуатации. На чертеже приведена схема стенда дл реализации способа. Технологическая последовательность операций, приводящих к реализации предла гаемого способа испытаний, состоит в сле дующем. Устанавливают состав характеристичеСЕПХ параметров режима, которыми предполагается управлять на стенде при про6ведения испытаний. Такими параметрами могут быть, например, момент сопротивения на выходном валу двигателя М и астота вращения вала двигателя п . В услови51х эксплуатации двигателей опеделенного класса и назначения, например двигателей магистральных тепловозов,роизводят одновременную запись характеистических параметров, например, эксплутационных значений М (-Ь)иТ1{)в ечение достаточно длительного времени Т тем, чтобы получить статически представительные реализации случайного изменения этих параметров в условиях эксплуатации. Используя эксплуатационные реализации параметров режима, например M{t ) и п ( t ), вычисляют их мйтематические ожидания по формулам Т. (t)at; о jnwgt. Вычисляют- к ргеляционные функции ««( l(t)() . о т РпСС) ntt)(t4r).; о «п«СП т 5 1МН))Р Найденные автокорреляционные функции для каждого параметра характеризуют статистическую связь последующих значений Параметра с его предыдущими значениями со сдвигом по времени на величину t , взаимокорреляционная функция RX (tr характеризует взаимную статистическую i связь последующих значений одного лара;метра с предыдущими значениями друтчзго параметра. Вычисляют спектральные плотности момента и частоты вращения и их взаимную спектральную плотность т. f-ЗШ1 2м J) Л гQ tu b- jRne)e dJt; о ;t) «ц1) Устанавливают верхнюю частоту в спектрах GtA() и G,J,(UJ); в спект ре G,(uj); в спектре (Зп (). Определяют верхнюю границу полосы пропускания частот двигателя по каналу задания, частоты вращения вала двигател Шп и по каналу задания нагрузки , Находят отношения величин Сравнивая величины JK между собой, находят среди них наименьшую величину К . Производят преобразование спектраль ных плотностей, например GI v (1 ) Д( tf), ( u ) связанные с переходом от час и новой частоте u) ТОТЫ О) При таком преобразовании спектральны плотностей все корре/хяционные .iфункцияодинаково сжимаются по оси времени 7 однако велшины коэффициентов корреляции между предыдущими и последующими значениями параметров режима остаются теми же самыми, как и в условиях эксплуаТ1ации. Этим самым достигается подобие режимов ускоренных испытаний с эксплуатационными режимами. Ускорение испытаний дри этом достигается увеличением ча тот изменения их параметров режимов, на пример М и v , по сравнению с их измене нием в условиях эксплуатации , Указанные корреляционные функции находятся через преобразованные спектральные плотности по фЪрмулам, например для М и п RM(,),, гпСть ц Сиз ), 5ш I й„м1С) 5с.„„(а,) Задают испытуемому двигателю случайные управляющие воздействия на задание частоты вращения вала двигателя и момента сопротивления таким образом, чтобы математические ожидания и корреляционные функции отработанных значений M(t ) имС) равнялись соответственноYTIf/, vn , .Я«() .Rnit) . . Стенд состоит из перенастраиваемого 1-енератора 1, случайных функций испытуемого двигателя 2, нагрузочного уст- 6 6.6 . ройства 3, блока 4 сравнения и выдачи корректирующих сигналов,анализатйра 5 спектра частот и вычислительного блока 6. Способ реализуется следующим обаразом. Перед началом испытаний в вычислительный блок 6 вводят эксплуатационные значения математических ожиданий Yn м .« уп , и корреляционных функций И „ (Г),. Q (t) J «м( которые там запоминаются. В исходном состоянии блок 4 выключен, генератор 1 имеет настройку, обеспечивающую генерирование сигналов с верхней частотой, заведомо превышающей верхние границы полос пропускания двигателя по каждому: из каналов задания характеристи- . ческих параметров режима, например М и п . В этом случае генератор 1 выдает сигнал 1 (t ) для заяа1шя частоты вращения вала цвцгагеля 2 и сигнал S (t ) для задания момента сопротивления на нагру304iv3M устройстве 3. Эти же сигналы поступают на блок 5. Отработанные двигателем и нагрузочным устройством значения частоты вращения n{t) и момента сопротивлениям (t) поступают на блоки 5 и 4. По сигналам -h (i), 5(t),n(i) и М{ t ) блок 5 определяет BepxiixHo границу полосы пропускания частот двигателя по каналу задания частоты вращения ц и по каналу задания момента сопротивления UJyj, выдает их значения на блок 6 и вык лючается из работы. Блок 6 по введенным в него до начала испытаний эксплуатационным значениям статистических показателей параметров режима и величинам и у, и вычисляет корреляционные функции ) f ) ffitiM подает их совместно с математическими ожиданиями vn , vn на блок 4, включая его в работу. Блок 4 вычисляет математические ожидания и корреляционные функции фактически отработанных на стенде значений v(t) и М ( t ), сравнивает их с заданными значениями vn, t , ) t fty,yj(t) и в случае несовпадения их между собой подает сигналы на генератор 1 для его перенастройки с тем, чтобы разница между вычислительными и заданными татистическими показателями параметров ежима в блоке 4 не превосходила допусимой величины. Отличительная особенность предлагаеого способа испытаний состоит в том то, с целью ускорения процесса вспытанв ри обеспечении технически допустимого жатия масштаба времени с помощью генератора 1 случайных сигналов и анализатора 5 спектров частот определ5пот верхние границы псшосы пропускания частот сигналов по каналам управляемых характеристических параметров, например, по каналам задания частоты вращения и момента сопротивления, и с помощью генера тора случайных сигналов их одновременно изменяют (например, частоту вращения и момент сопротивления) с масштабным коэффициентом увеличения частот сигналов К, .равным наименьщему отношению верхней границы полосы пропускания двигателя по каналам задания параметров, например двум, частоты врашення и момента сопротивления к соответствующим верхним частотам изменения их в условиях эксплуатации, т.е. величина коэффициента К равняе- ся меньшему из коэффициентов К и К|д ., Предлагаемый способ испытаний позволяет проводить . испытания в нормальном масштабе времени (частный случай), ускорить процессы физического старения двигателя при испытаниях на стенде по сравненю с нормальным старением двигателей в условиях эксплуатации за счет увеличения цикличности всех действзгюших на двигатель возмущений, сохранить подобие режимов ускоренных испыта1(ий с режимами работы двигателей в условиях эксплуатации, что дает возможность в ма симальной степени приблизить процессы физического старения двигателя при ускоренных испытаниях к старению двигателей в условиях эксплуатации, полностью формализовать и автоматизировать процедуру формирования режимов ускоренных нспьтташ1й для двигателей раапичного класса и назначения. Все это создает необходимые предпосылки для сокращения сроке доводки новых и модернизируемых двигателей. Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа испытаний состоит в возможности создания универсальных испытательных стендов, в сокращении сро ка испытаний, и, следовательно, в сокращении затрат времени и сред(гв на их проведение. Кроме того, предлагаемый способ позволяет выявить на испытательном стенде эксплуатационные свойства двигателей и, следовательно, позволяет своевременно прингть необходимые меры для повышения их качества. Ф о р мула изобретения Способ испытания двигателей внутреннего сгорания, заключающи}1ся в изменении характеристических параметров, например, частоты вращения вала и момента сопротивления, по закону стахостических процессов при помощи генератора случайных сигналов с каналами задания, обеспечивающего одновременное задание отклонений от математических ожиданий этих характеристических параметров в BIIде случайных сигналов, связанных по взаимокорреляционной функции, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса испытаний при обеспечении технически допустимого сжатия масщтаба времени, определяют верхние границы полосы пропускания частот характеристических параметров при помочш генератора случайных сигналов и анализатора спектра частот сигналов, и одновременно при помощи генератора случайных сигналов измен5пот эти характеристические параметры с мacщтaбньпv .коэффициентом увеличения частот сигналов, равным наименьшему отношению верхней границы полосы пропускания частот по каналам задания характеристических параметров к верхним частотам изменения соответствующих параметфов в условиях эксплуатации .. Источники информации, тринятые во внимание при экспертизе 1.Стенды для испытания дизелей. Сб. Двшатели внутреннего сгорания . М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1974, № 4-74-4, ,с, 3-6. 2.Авторское свидетельство СССР (№ 4293О2/КЛ. G О1 М 15/00, 1974.

ft)

im.

-i

/ч 7

Wn

Wm

ЩплМи.

RnftLRnftl ЯП1П(Г)

(t)