Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

Корниенко Владимир Николаевич (RU)

Курносов Антон Федорович (RU)

Гуськов Юрий Александрович (RU)

Домнышев Дмитрий Александрович (RU)

Курносова Регина Сергеевна (RU)

Сацкевич Никита Евгеньевич (RU)

G01M15/04 - Испытание машин и двигателей (испытание топливовпрыскивающей аппаратуры F02M 65/00; испытание зажигания двигателей внутреннего сгорания, например проверка синхронизации F02P 17/00; обнаружение стуков в двигателях внутреннего сгорания G01L 23/22)

Владельцы патента RU 2772163:

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение может быть использовано при испытаниях и техническом диагностировании машин, в частности двигателей внутреннего сгорания. Способ оценки неравномерности работы двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что подготавливают к испытанию двигатель. В опоры двигателя устанавливают преобразователи (1) силы. К преобразователям силы (1), штатному датчику (2) частоты вращения коленчатого вала и штатному датчику (3) положения распределительного вала присоединяют измерительное устройство (4). Пускают и прогревают двигатель, затем проводят испытания, при которых фиксируют контролируемые параметры. При проведении испытаний загружают двигатель до максимальной мощности, после чего с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала фиксируют усилия, возникающие на опорах двигателя. Сопоставляют измеренные значения усилий с положением поршня соответствующего цилиндра в верхней мертвой точке начала такта сгорания и расширения. Устанавливают аппроксимирующую зависимость изменения усилий на опорах двигателя от угла поворота коленчатого вала и вычисляют импульс сил за такт сгорания и расширения для каждого цилиндра отдельно по каждой опоре. По полученным значениям определяют средний по опорам импульс сил для каждого цилиндра за один рабочий цикл двигателя. Затем вычисляют суммарный импульс сил для каждого цилиндра не менее чем за пять рабочих циклов двигателя. Устанавливают максимальное и минимальное значения суммарных импульсов сил. Вычисляют коэффициент неравномерности, сравнивают полученное значение коэффициента с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в снижении трудоемкости диагностирования. 2 ил.

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования машин, в частности к способу оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания [1], при котором производят отключение одного цилиндра, работающие цилиндры догружают до максимальной мощности и замеряют частоту вращения коленчатого вала. После чего включают неработающий цилиндр и вторично замеряют частоту вращения коленчатого вала, затем отключают другой цилиндр и остальные работающие цилиндры догружают до первоначальных оборотов максимальной мощности при предыдущей дозагрузке, далее все операции повторяют для каждого цилиндра и по результатам вторичных замеров числа оборотов определяют неравномерность работы цилиндров.

Данный способ не требует применения дорогостоящего оборудования для проведения измерений, но реализация рассматриваемого способа достаточно трудоемка, так как необходимо поочередно отключать и включать цилиндры двигателя и проводить повторные замеры частоты вращения коленчатого вала.

Известен способ определения неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания [2], при котором регистрируют тангенциальную компоненту ускорения блока цилиндров, пропорциональную угловому ускорению коленчатого вала, путем цифровой фильтрации выделяют эту компоненту из сигнала вибрации и отображают в виде семейства плоских замкнутых кривых, а неравномерность работы цилиндров ДВС оценивают по степени их компактности.

Данный способ сложно реализовать в условиях эксплуатации, так как необходимо использовать высокочастотное цифровое оборудование. В условиях повышенной вибрации блока ДВС при работе автотракторных двигателей точность измерений будет снижаться.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков техническим решением является способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания [3], при котором подготавливают к испытанию двигатель, в опоры устанавливают первичные преобразователи, датчик положения распределительного вала, к которым присоединяют измерительное устройство, проверяют техническое состояние системы питания воздухом, пускают и прогревают двигатель, затем проводят испытания, при которых устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала, известными методами задают необходимое значение давления воздуха в конце такта сжатия диагностируемого цилиндра, измерительным устройством фиксируют усилия на опорах двигателя на такте сжатия этого цилиндра, максимальные значения измеренных усилий суммируют и вычисляют среднее по опорам не менее чем за пять рабочих циклов двигателя, затем проводят испытания для остальных цилиндров аналогичным образом и строят зависимость изменения средних максимальных усилий по опорам от давления воздуха в конце такта сжатия каждого цилиндра отдельно, а оценку технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания в условиях эксплуатации осуществляют по давлению воздуха в конце такта сжатия каждого цилиндра, установленному по полученной при предварительных испытаниях зависимости в соответствии с величиной средних максимальных значений усилий на опорах, создаваемых каждым цилиндром не менее чем за пять рабочих циклов двигателя.

Реализация подобной методики измерения усилий на опорах ДВС для такта сгорания и расширения каждого цилиндра позволит получить необходимые данные для последующей оценки неравномерности работы его цилиндров.

Техническая задача - совершенствование способа оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания за счет снижения трудоемкости и повышения оперативности диагностирования.

Сущность изобретения заключается в следующем. При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают двигатель, в опоры устанавливают преобразователи силы. К преобразователям силы, штатному датчику частоты вращения коленчатого вала и штатному датчику положения распределительного вала двигателя подключают измерительное устройство. Пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла, загружают двигатель до максимальной мощности, после чего с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала фиксируют усилия, возникающие на опорах двигателя, сопоставляют измеренные значения усилий с положением поршня соответствующего цилиндра в верхней мертвой точке начала такта сгорания и расширения, устанавливают аппроксимирующую зависимость изменения усилий на опорах двигателя от угла поворота коленчатого вала и вычисляют импульс сил за такт сгорания и расширения для каждого цилиндра отдельно на каждой опоре, по полученным значениям определяют средний по опорам импульс сил для каждого цилиндра за один рабочий цикл двигателя, затем вычисляют суммарный импульс сил для каждого цилиндра не менее чем за пять рабочих циклов двигателя, устанавливают максимальное и минимальное значения суммарных импульсов сил, определяют коэффициент неравномерности, сравнивают его с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, возможно создать достаточно простой способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки с обозначением сил, возникающих в кривошипно-шатунном механизме и на опорах при работе двигателя. На фиг. 2 - аппроксимирующая зависимость усилий на i-й опоре, создаваемых на такте сжатия и расширения j-м цилиндром, от угла поворота коленчатого вала, где 1, 2, 3 и 4 - преобразователи силы, штатный датчик частоты вращения коленчатого вала, штатный датчик положения распределительного вала и измерительное устройство соответственно; i - номер опоры; j - номер цилиндра; F_ij - усилие на i-й опоре, создаваемое j-м цилиндром при работе двигателя, Н; - давление газов в надпоршневом пространстве j-го цилиндра на такте сгорания и расширения, МПа; - сила, действующая на поршень вследствие давления газов на такте сгорания и расширения j-го цилиндра, Н; S - сила, направленная вдоль оси шатуна и вызывающая его повторно-переменное сжатие (растяжение), Н; N -боковая сила, прижимающая поршень к стенкам цилиндра, Н; ϕ - угол поворота коленчатого вала двигателя, град.; ϕ_0j - угол поворота коленчатого вала в начале такте сгорания и расширения j-го цилиндра, Н; ϕ_j - угол поворота коленчатого вала в конце такта сгорания и расширения j-го цилиндра, Н; - аппроксимирующая зависимость усилий на i-й опоре, создаваемых на такте сжатия и расширения j-м цилиндром, от угла поворота коленчатого вала; , , , - импульсы сил на i-й опоре, создаваемые за такт сгорания и расширения I, II, III и IV цилиндром соответственно, Н⋅с.

Практически предложенный способ может быть реализован следующим образом.

В штатные опоры ДВС устанавливают преобразователи силы 1 (см. фиг. 1) таким образом, чтобы усилия F_ij полностью воспринимались преобразователями. К преобразователям силы 1, штатному датчику частоты вращения коленчатого вала 2 и штатному датчику положения распределительного вала 3 присоединяют измерительное устройство 4 для оценки величины силы на опорах, частоты вращения коленчатого вала и определения положения поршня соответствующего цилиндра в заданный момент времени. Пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла и загружают двигатель до максимальной мощности путем изменения сопротивления агрегата при выполнении технологической операции. После чего измерительным устройством 4 с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала фиксируют усилия на опорах F_ij, возникающие вследствие воздействия на поршни силы и образующейся боковой силы N, передаваемой через стенки цилиндров остову и опорам двигателя. Затем сопоставляют измеренные значения усилий с положением поршня соответствующего цилиндра в верхней мертвой точке начала такта сгорания и расширения, устанавливают аппроксимирующую зависимость изменения усилий на опорах от угла поворота коленчатого вала (см. фиг. 2) и вычисляют импульс сил за такт сгорания и расширения для каждого цилиндра отдельно по каждой опоре по формуле:

где ω - частота вращения коленчатого вала, с^-1.

По полученным значениям определяют средний по опорам импульс сил для каждого цилиндра за один рабочий цикл двигателя по формуле:

р - количество опор двигателя, шт.

Затем определяют суммарный импульс сил для каждого цилиндра не менее чем за пять рабочих циклов двигателя по формуле:

где q - количество циклов работы двигателя.

- средний по опорам импульс сил, создаваемых j-м цилиндром за n-й цикл работы двигателя, Н.

Устанавливают максимальное и минимальное значения суммарного импульса сил за пять рабочих циклов, затем определяют коэффициент неравномерности по формуле:

сравнивают полученное значение коэффициента неравномерности с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров ДВС.

За нулевое значение усилий на каждой опоре принимается усилие, создаваемое весом неработающего двигателя во время нахождения машины на ровной горизонтальной поверхности.

Преобразователи силы устанавливают на стадии производства в целях снижения трудоемкости диагностирования при последующих испытаниях. В качестве измерительного устройства можно использовать аналого-цифровой преобразователь, регистрирующий получаемые электрические импульсы и производящий простейшие вычислительные операции.

В результате представляется возможным оценить неравномерность работы цилиндров ДВС, используя простые средства измерений.

Список источников

1. Пат. №2053491, МПК G01M 15/00. Способ оценки неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания / A.И. Прыгунов - №506497/06; заявл. 03.08.1992, опубл. 27.01.1996 г.

2. А.с. №785671, МПК G01M 15/00. Способ определения неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания / B. И. Вельских, Н.Т. Иванов - №2317722/25-06; заявл. 23.01.1976, опубл. 07.12.1980. Бюл. №45.

3. Пат. №2744668, МПК G01M 15/04. Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания / А.Ф. Курносов, Ю.А. Гуськов, Д.А. Домнышев - №2020122303; заявл. 30.06.2020, опубл. 12.03.2021 г. Бюл. №8.

Способ оценки неравномерности работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что подготавливают к испытанию двигатель, в опоры устанавливают преобразователи силы, к преобразователям силы, штатному датчику частоты вращения коленчатого вала и штатному датчику положения распределительного вала присоединяют измерительное устройство, пускают и прогревают двигатель, затем проводят испытания, при которых фиксируют контролируемые параметры, отличающийся тем, что при проведении испытаний загружают двигатель до максимальной мощности, после чего с периодом 2 градуса поворота коленчатого вала фиксируют усилия, возникающие на опорах двигателя, сопоставляют измеренные значения усилий с положением поршня соответствующего цилиндра в верхней мертвой точке начала такта сгорания и расширения, устанавливают аппроксимирующую зависимость изменения усилий на опорах двигателя от угла поворота коленчатого вала и вычисляют импульс сил за такт сгорания и расширения для каждого цилиндра отдельно по каждой опоре, по полученным значениям определяют средний по опорам импульс сил для каждого цилиндра за один рабочий цикл двигателя, затем вычисляют суммарный импульс сил для каждого цилиндра не менее чем за пять рабочих циклов двигателя, устанавливают максимальное и минимальное значения суммарных импульсов сил, вычисляют коэффициент неравномерности, сравнивают полученное значение коэффициента с номинальным значением и делают вывод о неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Похожие патенты:

Способ испытания высокотемпературной газовой коррозии, абразивной и температурной стойкости материалов и покрытий газотурбинных двигателей в высокоскоростных газовых потоках относится к области аэрокосмического и энергетического машиностроения и может использоваться для нанесения регламентированных коррозионных повреждений, одновременных испытаний коррозионной, абразивной и температурной стойкости материалов и сплавов в среде продуктов сгорания жидких и/или газовых топлив, загрязненных оксидами серы, углерода, азота, пылью, парами воды, хлористым водородом, солями и другими коррозионно-активными агентами.

Стенд для испытания рабочих пар гидравлических забойных двигателей // 2770958

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для испытаний рабочих пар гидравлических забойных двигателей. Техническим результатом является обеспечение проведения безопасных и высокоточных исследований с возможностью моделирования параметров расхода, использования энергетических жидкостей с различными реологическими свойствами, изменения температуры энергетической жидкости, что позволит обеспечить условия эксперимента максимально приближенными к реальным условиям.

Способ повышения надежности щелевого устройства компрессора газотурбинного двигателя // 2770538

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к компрессорам со щелевым устройством, в частности к способам повышения надежности щелевого устройства компрессора. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и ресурса работы компрессора.

Система для испытаний авиационного газотурбинного двигателя // 2770316

Изобретение относится к области авиастроения газотурбинных двигателей, в частности к системам для испытаний авиационных двигателей при их создании, доводке на этапах опытно-конструкторских работ, эксплуатации, ремонте и сервисном обслуживании, предназначенным для повышения эффективности экспериментальной доводки двигателей.

Стенд для испытаний насосной системы подачи порошкообразного металла в камеру сгорания ракетного двигателя // 2770072

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при испытаниях насосных систем подачи порошкообразного металла в камеру сгорания ЖРД. Стенд содержит корпусную оснастку, технологические емкости, систему подачи горючего в камеру сгорания и систему управления процессами испытаний и контроля параметров.

Способ вибродиагностики электродвигателей постоянного тока с применением метода вейвлет-анализа // 2769990

Изобретение относится к испытанию электрических машин постоянного тока. Способ диагностирования технического состояния электродвигателей постоянного тока для наземного и водного транспорта с электродвижением заключается в том, что выполняют измерение и амплитудно-частотно-временной анализ среднеквадратичного отклонения параметров вибрации с применением непрерывного вейвлет-преобразования, что позволяет фиксировать кратковременные импульсы вибрации на всех режимах эксплуатации объекта диагностирования от переходных до установившихся.

Способ экспресс-диагностирования турбокомпрессора дизельного двигателя // 2769291

Изобретение относится к испытаниям турбокомпрессоров, используемых для наддува дизельных двигателей. Способ испытания турбокомпрессора заключается в том, что на двигателе монтируют комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, в котором введен массив эталонных данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев, отсоединяют фильтр очистки воздуха, производят пуск двигателя, обеспечивают его прогрев, измеряют давление 1 наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Рк1), давление 4 газов в картере двигателя (Ркг1), температуру 2 наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Тк1), температуру 3 отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Тт1), затем перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом, начало перемещения органа топливоподачи является началом временного отсчета измерений (t1).

Способ диагностирования автомобильных генераторов по спектру выходного напряжения // 2769257

Изобретение относится к диагностической технике и может быть использовано для диагностирования технического состояния автомобильных генераторов. Техническим результатом использования предлагаемого способа является возможность распознавания конкретных неисправностей автомобильных генераторов непосредственно на автомобиле на основе спектрального анализа выходного напряжения.

Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания // 2769047

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при оценке технического состояния двигателей внутреннего сгорания с учетом температурного и вибрационного признаков. Технический результат достигается тем, что способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения, отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле где σUt - стандартное отклонение температуры, Вт; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUt - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле где σUv - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uvфакт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUv - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле устанавливается статус технического состояния: исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО:ТП[Utфакт]VП[Uvфакт].

Способ испытания электрогидравлической форсунки // 2767854

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к стендам при испытаниях топливных форсунок. Способ испытания электрогидравлической форсунки включает местное повышение температуры нагревом наружной поверхности электромагнита актуатора промышленным феном до заданной температуры.

Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя // 2774006

Изобретение относится к ракетно-космической технике для контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя при его огневых стендовых испытаниях. Способ контроля технического состояния двигателя состоит в измерении текущих значений параметров двигателя, оценке критериев их разброса и сравнении получаемых значений критериев с их пороговыми значениями, по превышению которых судят о возникновении неисправности, при этом контроль состояния двигателя осуществляют на стационарных режимах огневых стендовых испытаний путем обработки параметров двигателя по методу статистического анализа с использованием критерия Стъюдента, для чего в процессе огневого стендового испытания измеряют параметры двигателя на каждом стационарном режиме работы с определенным шагом по времени, при этом во время работы двигателя в данный момент времени для каждого измеряемого параметра вычисляют статистическое значение критерия Стъюдента τ и пороговое значение τп, и если для всех измеряемых параметров выполняется условие τ<τп, то отмечают нормальную работу двигателя, а в случае если для не менее чем трех измеряемых параметров выполняется условие τ≥τп, то фиксируют момент времени возникновения неисправности на данном стационарном режиме и прекращают испытание. Изобретение обеспечивает выявление и парирование развивающихся неисправностей жидкостных ракетных двигателей. 1 ил.