Способ оценки идентичности последовательных циклов работы двигателя внутреннего сгорания

.90,1 041894В 01 0 СОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИК М 15 О Э(5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕ р14 Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71 ) Центральный научно-исследовательский и конструкторский институттопливной аппаратуры автотракторныхи стационарных двигателей и Ленин-градский карбюраторно-арматурныйзавод им. В.В. Куйбышева(54 ) (57) СПОСОБ ОЦЕНКИ ИДЕНТИЧНОСТИПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦИКЛОВ РАБОТЫ ДВИ-.ГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в том, что измеряют макси-.мальные значения текущей угловой скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные.преобразования измеренных значений и формируют первый непрерывный сигнал, пропор.- циональный дисперсии преобразованных значений, о т л и ч а ю щ и й с я 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 вала, формируют второй непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии всех экстремальных значений текущей угловой скорости вращения вала, а,о состоянии,дви-гателя судят по совокупности значений этих дисперсий.25 На фиг. 1 представлена возможнаяблок-схема устройства для осущестИзобретение относится к способам испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преиму, щественно по частоте вращейия вала.Известны способы оценки идентичности последовательных циклов работы двигателй внутреннего сгорания, заключающиеся в том, что измеряют максимальные значения текущей угловой скорости вращения коленчатого вала,проводят вычислительные преобразования иэмеренных значений и Формирует первый не. . прерывный сигнал, пропорциональный дисперсии преобразованных значений 1.)Связанное с неидентичностью протекания рабочих процессов в последо вательных циклах колебание амплитуд-, ных значений угловой скорости вращения коленчатого вала за период изменения суммарного крутящего момента за серию последовательных периодов, количественно характеризуемое дисперсией или любым,другим статистическим параметром, несет , информацию фмеры" о степени идентичности последовательных рабочих циклов и используется для количественной оценки качества работы топ- . ливной аппаратуры при двоичных мо" торных испытаниях.Однако такой способ дает лишь приблизительную оценку, так как не разграничивает влияние на амплитуд-, ное значение угловой скорости коленчатого вала за данный период суммар-.ного момента показателей протекания рабочих процессов предыдущего иЗ 5 данного циклов.Целью изобретения является повышение точности оценки идентичности последовательных рабочих циклов,Указанная цель достигается тем, 40 что согласно способу оценки идентичности последовательных циклов работы двигателя внутреннего сгорания, заключающемуся в том, что измеряют максимальные значения .текущей угло вой скорости вращения коленчатого вала, проводят вычислительные преобразования измеренных значений и Формируют первый непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии преобразованных значений, дополнительно измеряют минимальные значения угловой скорости коленчатого вала, при вычислительном преобразовании определяют разность максимальных и минимальных значений угловой скорости вала, формируют второй непрерывный сигнал, пропорциональный дисперсии всех экстремальных значений текущей угловой скорости вращения вала, а о состоянии двигателя 60 судят по совокупности значений этих дисперсий. вления предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость степени идентичности последовательных рабочих циклов от состава бензовоздушной смеси (дд ". коэффициент вариации разностей значений угловой скорости вращения коленчатого вала йм=ь -ы ; оС - коэффициент избытка воздуха); на фиг, 3 - эксперименталь-. ные осциллограммы (Зм - режим работы двигателя и = 900 об/мин, хол.ход, о 6 = 1,1, угол опережения зажигания 9 = 17 д п.к.в.; 36 - Ь =900 об/мин, хол.ход о( =1,1, угол опережения зажигания 9 =б и. к,в. ) на фиг, 4 координатная плоскость с координатами оа а (а; - коэффициент вариации разностей значений угловой скорости вращения коленчатого валак=цквакфктп. дв . коэффициент вариации всех экстремальных значений угловой скорости ).Примером конкреТного выполнения способа может служить оценка иден тичности последовательных циклов четырехтактного 4-цилиндрового двигателя с числом зубцов венца маховика Е = 129 с помощью устройства, которое содержит зубчатый элемент 1, жестко закрепленный на валу двигателя, частотный датчик 2, преобразо" ватель 3 частоты в напряжение, селектор 4 амплитудных значений угловой скорости вращейия коленчатого вала, селектор 5 экстремальных минимальных значений угловой скорости, арифметическое устройство б, датчик 7 границ циклон, устройство В для определения дисперсии разностей дм и устройство 9 для определения дисйерсии всех экспериментальных значений.ыз.Частотный датчик 2 установлен на расстоянии 1,5-2 мм от зубцов венца маховика двигателя. Измерение проводится за время, соответст" вующее 40 оборотам коленчатого ва ла двигателя. При вращении коленчатого вала .двигателя в обмотке частотного датчика 2 наводятся импульсы напряжения, частота которых пропорцио" нальна угловой скорости вращения коленчатого вала. Импульсы частотного преобразователя поступают йа преобразователь 3 частоты "в напряжение, с выхода которого напряжение подается на селектор 4 амплитудных значений и селектор 5 экстремальныхминимальных значений, затем сигналыпоступают на арифметическое усгройство б. Для определения экстремельных значений напряжения, соответствующих одному и тому же рабочему циклу двигателя, на арифметическое устройст во б подаются сигналы с датчйкоз 7 границ цикла. Ьрифметическов .уст-" ройство б определяет значение АМкдля каждого рабочего цикла и посы-. ных циклов согласно предложенному лает значения ам и ына соответст- способом обусловлено следующим. вующие устройства 8 и 9 определе- Амплитудное значение угловой ния значений дисперсий этих вели- скорости вращения коленчатого вала чин. в конкретном К-ом периода измененияПоскольку дисперсия случайной , 5 суммарного крутящего момента опредевеличины имеет размерность квадра" ляется как параметрами рабочего прота последней, удобнее .пользовать- цесса данного К-го цикла, так и ся более универсальной (с точки параметрами (К)-го цикла и завизрения сравнения степени идентич; сит: ности последовательных рабочих цик от величины полезной работы галов на разных режимах работы дви- зов в данном К-ом цикле, которая опгателя) безразмерной величиной коэ ределяется величиной потенциальной фициента .вариации, в математическое энергии рабочего тела, перешедшей в выражение которого входит диспер- кинетическую энергив вращения коленГр 15 чатого вала и вызвавшей пропорциод" =щ,. нальное увеличение угловой скорости где оР - коэффициент вариации .с у- в этом К-ом периоде (даик оЬаГсЧв,в)чайной величины, "от величины минимальной скорости О - дисперсия , .вращения вала в том же периоде щ - математическое ожидание,20 (Жт 1 п), абсолютное значение которой, Необходимость оценки степени . в свою очередь, определяется в осидентичности последовательных рабс- новном соотношением значений полочих циклов по совокупности значений жительного кРутящего момента, созда- двУх статических параметров, од,н из ваемого поршнем в конце хода расшикоторых для характеризует Разброс 25 Рения (К)-го цикла и отрицательк от цикла к циклу разностей аы = 1, ного крутящего момента, создаваемо"К Крах фКвоиначе говоря величины рабо- го поршнем в конце хода сжатия К-готы каждого отдельного цикла, а другойк характеризует их порядко- Таким обРазом, амплитудное значевое распределение, подтверждает: , ние угловой скорости вращения колен- экспериментами.З 0 чатого вала за период изменения сумдтак, идентичность последователь- марного крутящего момента есть функных циклов оценивают по совокупности ция двух аргументов: значений непрерывных сигналов, кото- "приращения:" угловой скорости врарые формируют пропорциональными зи щения вала за тот же рабочий цикл чениями. дисперсий г . З 5 .фк="%моигк)а) разностей между амплитуди р . . минимального значениЯ Угловой ,(максимальными) и минимальными зиа- скоРости вращения вала за тот же чениями угловой скорости в каждь цикл кю 1цикле эа серию последовательных . циклов (йм = ы 40 Определение степени идентичности фк ко квд 1 дпоследовательных циклов по диспер-ц где м ц амплитудное значение угщсии и и енийР РаЩ У ы позволяет оценивать и ентичнц ь иде тичност ного крутящего момента .а шиЯ ммФР- циклов по величине, непосредственноРУ щ о юмента, .а шкщ,-пропорциональной, работе газов в минимальное экст емально нр ь ое значеийе 45 каждом:отдельном цикле, а рассмотре-. в том же периоде ние совокупности значения этой дис- Е:(персии и дисперсии всех экстремаль- (4 Ю -3 ВК 4 оок. ,ных значений ы , позволЯет Учитыватьт-также их порядковое распределение, где ю- математическое ожиданием ; Такая совокупность значений дис - число айализируеьых ра- . ,персий наглядно определяется коордибочих циклов; .,:,натной плоскостью К=К(О О ),б) совокупности амплитудных и . Это дает возможность более точэкстремальных минимальных абсолютных но оценивать как степен53 значений угловой скорости вала, т.е. ти последовательных рабочих циклов; всех экстремальных значений за так и степень "9 стойчивост " бо чивости работы каждый цикл ( ь) двигателяй Экспериментальное исследование) (и щ 2по определению зависимости степени В= к:1з" шзк идентичности последовательных циклов от состава смеси, проведенноеИ где и - число анализируемых экс- . ЯГ-режиме малых бемалых оборотов холостоготремальных значений. хода (и = 900 об/мин), с оценкойПовышение точности определения . степени идентичности только по коэфстепени идентичности последователь ициенту вариации разностей мчЧч1041894 эы,показывает, что в рабочем диацазойе бензиновых двигателей по составу смеси полученная зависимостьсовпадает с классическойи ухудшает-ся по мере обеднения смеси (фиг. 2 ),.Однако при работе на граничных 5пб составу смесях в диапазоне примерных значений ю Рд,05 ЫЫобеднение смеси не йриводит к значительному ухудаению идентичностипоследовательных циклов, хотя имеет 10место значительное ухудаение устойчивости работы двигателя, проявляюшееся в его повышающейся вибрации итряске.Известно, что при увеличении 15угла опережения зажигания на режиме малых оборотов холостого хода ймеет место резкое ухудаение устойчивости работы двигателя. Было проведено осциллографирование переменнойсоставляюцей угловой скорости вращения коленчатого вала на режиме работы двигателя и = 900 об/мин,о = 1,1 с углами опережения зажигания 9 = 17 О п.к.в, и 9 = б,п.к.в.без измерения регулировки других по- .казателей двигателя. Участки полученных осциллограмм приведены соответственно на фиг. Зо и Зо.При оценке степени идентичностиПОследоватЕЛЬИых рабочих циклов покоэффициенту вариации с, разностей.Чт 1) для режимов с углами опережения зажигания 9=17 и 9 =бо п,к.в.(оценка производится по 00 последоВательным,рабочим циклам на каждомрежиме ) степень идентичности,последовательных рабочих циклов оказывается примерно, одинаковой, чтовыражается в значениях козффициентов соответственно д, (д=17 )=1,05ис(О = бо) = 1,03,в то времякак субъективная оценка испытателями и, главным образом, характер измерения угловой скорости на осцилло-.45грамме, свидетельствует о .значитель"ном ухудшении устойчивости работыдвигателя на режиме с 6 =17 О п.к.в.1 ричем анализ осциллограмм показы- .вает, что при этом количество пропусков воспламенения, определяемыхпо отсутствию увеличения скорости,в течение периода изменения суммарного крутящего момента, изменяетсяна этих режимах незначительно исоставляет при 6 =17 19 пропускови при 9=бай 16 пропусков. Резкое жеухудшение устойчивости работы двигателя вызывается тем, что циклы,, йе совершающие.положительной работы,группируютсяв серии из нескольких 60циклов (трех) - зоны А, Б на фиг. Зсь ГЭто приводит к значительномуколебанию оборотов и к резкому,ухудшению устойчивости работы двигателя.Расчет коэффициентов вариациивсех экстремальных значений сакэ угловой скорости вращения коленчатоговала для режимаов с 9 =17 п.к.в. и9=бо п,к.в. определяет, что дыэк(В=17 )=3,9 10 2 ид (О =б )=2,2 10Эти коэффициенты в совокупности скоэффициентами вариации разностейфак=шквах"шке 1 пфи (Е =17 )=1 05сЯ(е=бо )=1,03 количественно отражают действительную степень идентичности последовательных рабочихциклов на этих режимах с учетом ихпорядковогораспределения, приводящего на режиме с О =17 ф п.к.в. к резкому ухудшению устойчивости работыдвигателя.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, отражающимкак величину работы отдельных циклов, так и нх порядковое распределение. Такую дифференцирбванную информацию нельзя извлечь проводя измерение известным способом, при которомоценивают степень идентичностипоследовательных рабочих циклов, измеряя только дисперсию амплитудныхзначений угловой скорости враценияколенчатого вала. Поэтому предложенный способ повышает точность оценкистепени идентичности по сравнению сизвестным. Использование предлагаемого способа испытания двигателя внутреннего сгорания имеет следуюцие техникоэкономические преимуцества но 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 двига- теля использование предложенного способа и устройства для его реализации йозволяет повысить экономичность работы двигауеля внутреннего сгорания и уменьшить токсичность отрабо,тавших газов.халь в Корректор тор С. ТимохиЮЮ е7117/43ВНИИПИ Гпо дел113035, Мос имо Тираж 873сударственного комит ам изобретений и отк ква, М, Раушская Зан одписное а СССРтийб., д филиал ППП фПатент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4