Способ испытания двигателя внутреннего сгорания

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскни

Социалистических республик м 868418 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25.12.79 (2 l ) 2860563/25-06 с присоединеннен заявки М— (23) Прноритет—

Опубликовано 30.09.81. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 03-10.81 (5l jÌ. Кл.

& 01 i4 15/00

Гасударственный комитет

СССР (53) УДК 621. .436.001. .5(088.8) ио делан изобретений и открытий (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания, преимущественно на неустановившихся режимах, причем ускоренных.

Известны способы испытаний двигателей внутреннего сгорания на неустановившихся режимах, причем ускоренных, заключающиеся в изменении характеристических параметров, например, частоты вращения вала и момента сопротивления при помощи генератора с каналами задания. то

При таком способе весь цикл испытаний имеет длительность 840 ч и разбивается на 35 периодов по 24 ч, причем каждый иэ 24 часовых циклов подраэделя15 .ется на ряд периодов, характеризующихся непродолжительными циклами задании, надлежащим образом скомбинированных уровней крутящего момента двигателя, частоты вращения коленчатого вала и температуры охлаждающей жидкости. При этом сохраняется детерминированность жесткой программы для дизелей всех типов. Выбранный масштаб времени также определен с некоторой связью с режимами в эксплуатации 1 .

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 ошибочным результатам.

Вместе с тем, в условиях эксплуата ции 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 тщсу же учесть, что случайный характер изменения каждого из параметров режима asляется аналоговым, а не дискретным, то указанные обстоятельстваприводят к бесконечно большому количеству сочетаний эксплуатационных уровней параметров режима, порядка кх чередовання и скорости изменения. Очевидно, не представляется возможным учесть все эти обстоятельства в детерминированной программе испытаний с постоянными уровнями параметров режиме в пределах каждого цикла нспытаннй н с заранее установленным порядком чередования этих циклов при ограниченном io нх количестве., Известны способы испытания двигателя внутреннего сгорания, заключающие- ся в изменении характеристических параметров, например, частоты вращения вала и момента сопротивления, по закону стохастических процессов при помощи генератора случайных сигналов с каналами задания, беспечивающего одновременное зада"ие отклонений от математических ожиданнй этих характеристических параметров в виде случайных сигналов, связанных по взанмокорреляционной функции 2). известные способы позволяют создать на испытательном стенде эксплуатацнонные условия работы н, следовательно, позволяют максимально приблизить процессы физического старения двигателя при нспытанияк к эксплуатационным.

Однако способы нельзя непосредственно применить для испытаний в сжатом масштабе времени, в этом нх недостаток.

Пель изобретения — ускорение процесса испытаний при обеспеченнн технически допустимого сжатия масштаба времени.

Указанная цель достигается тем, что

35 определяют верхние границы полосы пропускания частот характеристических параметров при помо)цн генератора случайных сигналов и анализатора спектра частот

40 сигналов, и одновременно при помощи генератора случайных сигналов изменяют эти характеристические параметры с масштабным коэффициентом увеличения частот сигналов, равным наименьшему отношению верхней границы полосы пропускання частот по каналам задания характеристических параметров к верхним частотам изменения соответствую(цнх параметров в условиях эксплуатации.

На чертеже приведена схема стенда для 5() реализации способа.

Технологическая последовательность операций, приводящих к реализации предлагаемого способа испытаний, состоит в следующем.

Устанавливают состав характеристических параметров режима, которыми предполагается управлять на стенде при проi6 . ведения испытаний. Такими параметрамн могут быть, например, момент сопротнвлення на выходном валу двигателя M u частота вращения вала двигателя т), В условиях эксплуатации двигателей определенного класса и назначения, например двигателей магистральных тепловозов, производят одновременную запись характеристических параметров, например, эксплуатацнонных значений М (Ф ) н и (1 ) в течение достаточно длительного времени Т с тем, чтобы получить статически представительные реализации случайного изменения этих параметров в условиях эксплуатации.

Используя эксплуатационные реализации параметров режима, например М() н II (k ), вычисляют нх математические ожидания по формулам

Т т„,=+ ижа(, о т и И)Ж.

Л т

О

Вычисляют корреляционные функции

Т

Я„,(()= ) (м(+)-т„„)(()(+1)-m„)a<; . о

Т

Р () = — ((n(t)-ò )(лЬ+Т)-т„)31, 0 т р„щ=- ) (МЮ-т„)(Ь+()- n)at.

Найденные автокорреляцнонные функции для каждого параметра характернзуют статистическую связь последующих значений параметра с его предыдущими значеннямй со сдвигом по времени на величину вэаимокорреляционная функция Rq@ {С) характеризует взаимную статнстическую связь последуюшнх значений одного пара,метра с предыдущими значениями другого параметра.

Вычнсляют спектральные плотности моМента и частоты вращения н их взаимную спектральную плотность

-)ul (, Т

Q Ä(w) = >(- R (i) e- ат;

О т jut(, 4"))= )

Щ

0 т

С 1 Л tan@(t)e- щ i п)л

Устанавливают верхнюю частот5 ь о спектрах G (u ) и e„(); Ып- в спектре 6 (ш); м - в спектре 6 (мз).

Определяют верхнюю гранипу полосы пропускания частот двигателя по каналу задания, частоты вращения вала двигателя мп и по каналу задания нагрузки Шм .

Находят отношения величин о о

М и

Сравнивая величины К и К между собой, находят среди них наименьшую seличину К .

Производят преобразование спектральных плотностей, например S щ (Ш),a„(), 6 { w ) связаннме с переходом от частоты и) и новой частоте и "

1 и =КЮ

При таком преобраэованйи спектральных плотностей все корреляционные .,функции. одинаково сжимаются по оси времени ь однако величины коэффициентов корреляции

25 между предыдущими и последующими значениями параметров режима остаются теми же самыми, как и в условиях эксплуатации. Этим самым достигается подобие режимов ускоренных испытаний с эксплуатационными режимами. Ускорение испыта30 ний при этом достигается увеличением частот изменения их паРаметров режимов, например М и и по сравнению с их изменением. в условиях эксплуатации .

В

Указанные корреляционные функции находятся через преобразованные спектральные плотности по формулам, например для

Ми

Задают испытуемому двигателю случайные управляюшие воздействия на задание частоты вращения вала двигателя и момента сопротивления таким образом, чтобы j математические ожидания и корреляционные функции отработанных значений N(t ) и о (+) равнялись соответственноЮ, %п, () Rn (it ) (")

Стенд состоит из перенастраиваемого ..енератора 1, случайных функций испытуемого двигателя 2, нагруэочного устМ8418 6 ройства 3, блока 4 сравнения и выдачи корректирующих сигналов, анализатбра 5 спектра частот и вычислительного блока 6.

Способ реализуется следующим обараэом.

Перед началом испытаний в вычислительный блок 6 вводят эксплуатационные значения математических ожиданий щ, i0 . п,, и корреляционных функций < w(<),, Я„(), Р,„,(С), 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. иэ каналов задания характеристических пауаметров режима, например М и . В этом случае генератор 1 выдает сигнал 5(t ) для задания частоты вращения вала двигателя 2 и сигнал S (< ) для задания момента сопротивления на нагруэочном устройстве 3. Эти же сигналы поступают на блок 5. Отработанные двигателем и нагруэочным устройством значения частоты вращения y(t) и момента сопротивления М (4) поступают на блоки

5 и 4. По сигналам Ъ (<), S(<), и () и

М(4 ) блок 5 определяет верхнкло границу полосы пропускания частот двигателя по каналу задания частоты вращения up< и по каналу задания момента сопротивления ющ, выдает их- значения на блок 6 и вык-! лючается иэ работы.

Блок 6 по введенным в него до нача, (ла испытаний эксплуатационным значениям статистических показателей параметров режима и величинам Ш „и (u вычисляет корреляционные функции Яп (t )

% 4(С ),Q>>(E) и подает их совместно

40 с математическими ожиданиями т, а на блок 4, включая его в работу.

Блок 4 вычисляет математические ожидания и корреляционные функции фактически отработанных на стенде значенийvl(t)

45 и М (< )), сравнивает их с заданными зна чениямип1и 1 1м Й) е Q,ì()

I и (ф ) и в случае несовпадения их между собой подает сигналы на генератор 1

50 . для его перенастройки с тем, чтобы разница между вычислительными и заданными статистическими показателями параметров режима в блоке 4 не превосходила допустимой величины.

Отличительная особенность цредлагаемого способа испытаний состоит в том, что, с целью ускорения пропесса испытаний при обеспечении технически допустимого сжатия масштаба времени с помощью гвнератора 1 случайных сигналов и анализатора 5 спектров частот определяют верх- . ние границы полосы пропускания частот сигналов по каналам управляемых характерйстических параметров, например, по каналам задания частоты вращения и мо- мента сопротивления, и с помощью генератора случайных сигналов их одновременно изменяют (например, частоту вращения и момент сопротивления) с масштабным ко- 10 эффициентом увеличения частот сигналов

К,,равным наименьшему отношению верхней границы полосы пропускания двигателя по каналам задания параметров, например двум, частоты вращения и момента сопротивления к соответствующим верхним частотам изменения их в условиях эксплуатации, т.е. величина коэффициента К равняеся меньшему из коэффициентов

К, иК„„, 20

Предлагаемый способ испытаний позволяет проводйть . испытания в нормальном масштабе времени (частный случай), ускорить процессы физического старения двигателя при испытаниях на стенде по д сравненю с нормальным старением двигателей в условиях эксплуатации за счет увеличения цикличности всех действующих на двигатель возмущений, сохранить подобие режимов ускоренных испытаний с ре- 3р жимами работы двигателей в условиях эксплуатации, что дает возможность в максимальной степени приблизить процессы физического старения двигателя при ускоренных испытаниях к старению двигателей

35 в условиях эксплуатации, полностью формализовать и автоматизировать процедуру формирования режимов ускоренных испытаний для двигателей различного .жласса и назначения.

Щ

Все его создает необходимые предпосылки для сокращения сроков доводки новых и модернизируемых двигателей.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа испытаний состоит

45 в возможности создания универсальных испытательных стендов, в сокрашении срока испытаний, н, следовательно, в сокрашении затрат времени и средств иа 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. формула изобретения

Способ испытания двигателей внутреннего сгорания, заключающийся 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 виде случайных сигналов, связанных по взаимокорреляционной функции, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что, с целью ускорения процесса испытаний при обеспечеФ нии техниче =ки допустимого сжатия масштаба времени, определяют верхние границы полосы пропускания частот характеристических параметров при помо ци генератора случайных сигналов и анализатора спектра частот сигналов, и одновременно при помощи генератора случайных сигналов изменяют эти характеристические параметры с масштабным коэффициентом увеличения частот сигналов, равным наименьшему отношению верхней границы полосы пропускания частот по каналам задания характеристических параметров к верхним частотам изменения соответствующих параметров в условиях эксплуатации.

Источники информации, 1ринятые во внимание при экспертизе

1. Стенды для испытания дизелей. Сб.

"Двигатели внутреннего сгорания". М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1974, ¹ 4-74-4,,с. З-6.

2. Авторское свидетельство СССР № 429302, кл. G 01 М 1 5/00е 1 974 °

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Я. Лушникова Техред С.Мигунова Корректор В.,Бутяга

Закаэ 8305/54 Тираж 910 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектиаа, 4