СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА

В.Н. ЖЕГЛОВ, канд. техн. наук, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт);

О.Е. УЛАСЕВИЧ, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт);

А.М. КУДРЯВЦЕВ, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт).

В режиме разгона без нагрузки, в соответствии с рисунком 1, двигатель внутреннего сгорания нагружается собственными силами сопротивления и при неравномерной работе цилиндров, в особенности при наличии одного и более неработающих цилиндров (или отключенных, для догрузки двигателя при его бестормозном диагностировании), а также при повышенной неуравновешенности, в угловом ускорении коленчатого вала четырёхтактных двигателей появляются составляющие, в соответствии с рисунком 2б, с частотами f_k [1, стр.7], уровень амплитуд которых отражает степень неуравновешенности двигателя

(1)

где φ_ц − угол поворота коленчатого вала за цикл двигателя; φ_чв − угол чередования вспышек между соседними группами из двух и более цилиндров (при этом число групп в цикле работы двигателя чётное); f_ц − частота цикла работы двигателя внутреннего сгорания (для четырёхтактных двигателей f_ц = 0,5f); n − количество цилиндров в двигателе; f − частота вращения коленчатого вала; k − номер гармонической составляющей.

Гармоника ускорения, кратная 4-й гармонике частоты вращения, отражает активные процессы горения топлива и создания положительного вращающего момента. Эти гармоники аналогичны гармоникам, проявляющимися в стационарном режиме работы ДВС под нагрузкой.

Номера гармоник f_k
для различных компоновок конструктивных схем двигателя
различны [4, стр. 11].

Рисунок 1 – Осциллограмма ускорения разгона коленчатого вала 4-ёх цилиндрового двигателя с привязкой по углу поворота коленчатого вала

Уровень амплитуд гармоник f_k ускорения отражает степень неуравновешенности двигателя, в особенности возрастающую при отключении каким-либо способом части цилиндров в случае догрузки двигателя при проведении диагностирования или испытания.

а) − диаграмма ускорения коленчатого вала с привязкой по углу его поворота,

б) − диаграмма процесса появления гармоники ускорения коленчатого вала.

Рисунок 2 – Диаграмма процесса появления гармоники ускорения в двигателе внутреннего сгорания при разгоне коленчатого вала

У всех двигателей всегда имеются допускаемые остаточные неуравновешенные силы и моменты, вызванные конструктивными и технологическими факторами. Уровень допустимой неуравновешенности двигателя при его испытании можно задать с помощью задания допустимых амплитуд гармоник f_k ускорения. Превышение этого уровня свидетельствует о повышенной неуравновешенности двигателя.

Для определения технического состояния двигателей при многократных разгонах и выбегах предлагается выполнять измерение мгновенных значений угловых скорости и ускорения коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра, и в соответствии с рисунком 2б, с измерением амплитуды заданных гармонических составляющих ускорения, по которым определяется степень неуравновешенности двигателя. В то же время, в соответствии с рисунком 1, измерения на разгоне мгновенных значений угловых скорости и ускорения коленчатого вала необходимо выполнять с момента времени достижения определённой частоты вращения коленчатого вала в цикле работы двигателя, а измерения на выбеге, в соответствии с рисунком 3, проводить на рабочем ходе и тактах сжатия каждого цилиндра при отключенной подаче топлива с помощью устройства, представленного на рисунке 4, в последнем цикле работы двигателя перед моментом времени той же определённой частоты.

Рисунок 4 – Диаграмма ускорения выбега коленчатого вала 4-ёх цилиндрового двигателя

Рисунок 4 – Функциональная схема устройства отключения подачи топлива в цилиндры двигателя

На выбеге в каждом цилиндре определяют средние значения соответствующих величин, и при достижении двигателем ранее определённого значения частоты вращения коленчатого вала, вычитают [2, стр.8] из ускорения разгона эти гармонические составляющие и ускорение выбега на рабочем ходе каждого цилиндра. Полученные величины являются газовой (полезной) составляющей ускорения коленчатого вала [4, стр.11], и отражают активные процессы горения и создания положительного крутящего момента. Они используются для расчета коэффициента неравномерности по формуле:

(2)

где ε_imax и

ε_imio – максимальное и минимальное значения ускорений, вычисленные по формуле:

(3)

где ε_рi, ε_вi и ε_гi − средние значения ускорений, измеренных в разгоне, выбеге и, в соответствии с рисунками 4,1, гармоник f_k ускорения в разгоне на соответствующих участках работы цилиндров.

(4)

где J_дв − приведённый момент инерции (для конкретной модели двигателя является величиной приблизительно постоянной); ω − угловая скорость коленчатого вала (близкая к номинальной для N_e).

Учитывая, что приведённый момент инерции для данного двигателя − величина приблизительно постоянная, то по изменению углового ускорения при данном значении угловой скорости можно определить эффективную мощность двигателя:

(5)

По вычисленным величинам ε_i определяют средние значения полученных величин в каждом цилиндре за рабочий ход его поршня и по соотношению полученных величин определяют степень неравномерности работы цилиндров, по их значению выявляют неработающие цилиндры, при периодическом появлении отрицательных значений ускорения разгона коленчатого вала на рабочих тактах цилиндров фиксируются пропуски воспламенения, по средним значения ускорения разгона на рабочем такте каждого цилиндра выполняют их оценку эффективной динамической мощности [3, стр.9], по средним значениям ускорения выбега каждого цилиндра – оценку герметичности надпоршневого пространства.

Устройство, представленное на рисунке 4, работает следующим образом.

Датчик частоты вращения индуктивного типа 1, установленный на двигателе формирует импульсы синусоидальной формы, частота появления которых пропорциональна угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя. В формирователе 2 синусоидальные импульсы преобразуются в прямоугольные импульсы, которые запускают ждущий мультивибратор 3. Он формирует сигнал той же частоты, но нормированной длительности (τ = const). С выхода мультивибратора сигнал поступает на вход фильтра низкой частоты 4, где выделяется постоянная составляющая. Её амплитуда прямо пропорциональная частоте входного сигнала (U_cp = f(n), где U_cp− амплитуда выходного сигнала с фильтра низкой частоты 4; n − частота сигнала, поступающего на вход фильтра низкой частоты 4), и, следовательно, частоте вращения коленчатого вала двигателя. На заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя, амплитуда этой составляющей U_cp достигнет необходимого значения, равного амплитуде сигнала U1, поступающего на вход «−» компаратора 5, он переключится, и на выходе появится сигнал логической единицы. Этот сигнал вызывает срабатывание триггера защёлки 6, который, управляя работой силового транзистора 7, включенного в цепь питания топливными форсунками, закроет его. В закрытом состоянии транзистора 7 подача топлива в двигатель прекращается, и обороты вращения коленчатого вала двигателя уменьшаются. При достижении оборотами коленчатого вала двигателя такого значения, при котором амплитуда сигнала U_cp достигнет величины, равной амплитуде опорного напряжения U2, поступающего на вход «−» компаратора 8, он переключится, и подаст с выхода второго мультивибратора 9 на вход (S) триггера защелки 6 импульс логической единицы, который переключает его в исходное состояние. На вход транзистора 7 поступит управляющий сигнал, который откроет его. Подача топлива в цилиндры двигателя вновь возобновится.

Список литературы

1. Белов, П.М. Двигатели армейских машин. / [Текст] / П.М. Белов, В.Р.Бурячко, Е.И. Акатов – Часть1. теория. М., Воениздат, 1971.

2. Патент 2208771 Российская Федерация, МПК
G 01 L 23/08. Способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления [Текст] / Добролюбов И.П., Федюнин П.И., Ольшевский С.Н.; заявитель и патентообладатель: Институт механизации сельского хозяйства при Новосибирском государственном аграрном университете. − № 2001107684/06; заявл. 21.03.01..; опубл. 20.07.03, Бюл. №20. − 28 с. : ил.

3. Автотестер модели К484. Техническое описание и инструкция по эксплуатации К484.00.00.000 ТО. РСФСР, Министерство автомобильного транспорта, Республиканское объединение «Росавтоспецоборудование», Новгородское производственное объединение «автоспецоборудование», Опытно-эксперементальный завод, 1987. − 50 с. : ил.

4. Ольшевский, С. Н. Комплексный контроль технического состояния двигателей внутреннего сгорания по параметрам переходных процессов [Текст] : дис. … канд. техн. наук : Новосибирск 2005 61:05-5/3332.