Стенд для исследования рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания в динамических режимах с возможностью имитации некоторых неисправностей двигателя
Стенд для исследования рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания в динамических режимах с возможностью имитации некоторых неисправностей двигателя, содержащий имитатор типовых нагрузок (1), электротормоз (2) с обмоткой возбуждения (3), двигатель внутреннего сгорания (4), датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя (5), датчик момента сопротивления двигателя (6), датчик расхода воздуха (7), датчик расхода топлива (8), датчик тока возбуждения электротормоза (9), блок сбора данных (10), устройство регулирования компрессии (16), устройство регулирования расхода воздуха (19), устройство регулирования подачи топлива (21), автоматизированный блоком управления (14), блок управления устройством регулирования компрессии (15), блок управления устройством регулирования расхода воздуха (20), блок управления устройством регулирования подачи топлива (22), блок идентификации параметров дифференциального уравнения (11), блок расшифровки результатов идентификации (12), блок сравнения переходных функций (17), блок принятия решения о техническом состоянии двигателя (18), записывающее устройство (13).
Настоящее изобретение относится к машиностроению, а именно к области испытания двигателей.
Из предшествующего уровня техники известен стенд для исследования рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания в динамических режимах (Патент на полезную модель (РФ) 
66526), который содержит двигатель внутреннего сгорания, электротормоз, датчик частоты вращения, датчик момента сопротивления на валу двигателя, датчик расхода воздуха, датчик расхода топлива, датчик тока возбуждения электротормоза, блок сбора данных, запоминающее устройство, блок расшифровки результатов идентификации и имитатор типовых нагрузок.
Данный стенд может быть использован при исследовании рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания в динамических режимах, обеспечивает возможность определения динамических характеристик рабочих процессов двигателя в виде дифференциальных уравнений, описывающих реакции изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя, момента сопротивления двигателя, расхода воздуха и расхода топлива при изменении момента сопротивления на коленчатом валу двигателя.
Недостатком известного стенда, принятого за прототип, является недостаточная функциональность при исследовании влияния неисправностей цилиндропоршневой группы, системы воздухо- и топливопитания, на рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания при его работе в динамических режимах.
Указанный недостаток обусловлен тем, что на известном стенде не обеспечивается возможность регулирования компрессии в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания без разборки двигателя. Кроме того, невозможным является также автоматическое плавное регулирование компрессии в цилиндрах двигателя, ограничении воздухо- и топливоподачи в строго определенных пользователем стенда пределах, что не позволяет исследовать влияние количественных характеристик неисправностей на рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания в динамических режимах в контролируемых условиях, а также не позволяет автоматически определять техническое состояние двигателя.
Решаемой технической задачей является расширение функциональных возможностей стенда путем обеспечения возможности плавного регулирования компрессии в каждом цилиндре двигателя в определенных пределах без необходимости разбирать двигатель внутреннего сгорания, входящий в состав стенда, регулирования расхода воздуха и подачи топлива, а также обеспечения возможности автоматического определения технического состояния двигателя при его работе в динамических режимах.
Решаемая техническая задача в стенде, содержащем двигатель внутреннего сгорания, электротормоз, датчик частоты вращения, датчик момента сопротивления на валу двигателя, датчик расхода воздуха, датчик расхода топлива, датчик тока возбуждения электротормоза, блок сбора данных, запоминающее устройство, блок расшифровки результатов идентификации и имитатор типовых нагрузок, достигается тем, что введены устройство для плавного регулирования компрессии в каждом цилиндре двигателя с блоком управления устройством для плавного регулирования компрессии, устройство регулирования расхода воздуха с блоком управления устройства регулирования расхода воздуха, устройство регулирования подачи топлива в ТНВД с блоком управления устройством регулирования подачи топлива, блок сравнения переходных функций двигателя, блок принятия решения о техническом состоянии двигателя.
Техническим результатом, обеспечиваемым данной совокупностью признаков является возможность имитации различного вида неисправностей цилиндропоршневой группы, имитации засорения воздушного и топливного фильтров, а также определение уникальности переходных характеристик двигателя в зависимости от вида неисправности и ее количественных характеристик.
На фигуре представлена схема предлагаемого стенда.
Стенд содержит имитатор типовых нагрузок 1, электротормоз 2 с обмоткой возбуждения 3, двигатель внутреннего сгорания 4, датчик 5 частоты вращения коленчатого вала двигателя и датчик 6 момента сопротивления двигателя, установленные на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания 4, датчик 7 расхода воздуха, установленный на впускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания 4, датчик 8 расхода топлива соединенный с топливным насосом двигателя внутреннего сгорания 4, датчик 9 тока возбуждения электротормоза 2, блок сбора данных 10, имеющий девять входов, соединенных с указанными датчиками, а также устройством регулирования компрессии 16, устройством регулирования расхода воздуха 19, устройством регулирования подачи топлива 21 и автоматизированным блоком управления 14, блок управления устройством регулирования компрессии 15, блок управления устройством регулирования расхода воздуха 20, блок управления устройством регулирования подачи топлива 22, блоки идентификации параметров дифференциального уравнения 11 и расшифровки результатов идентификации 12, блок сравнения переходных функций 17, блок принятия решения о техническом состоянии двигателя 18, записывающее устройство 13.
Стенд работает следующим образом.
После запуска двигателя внутреннего сгорания 4 электротормоз 2 создает постоянный тормозящий момент, воздействующий на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания 4. После достижения двигателем внутреннего сгорания 4 установившегося режима имитатор типовых нагрузок 1 по сигналу автоматизированного блока управления 14 вырабатывает сигнал, приводящий к изменению момента сопротивления электротормоза 2. Изменение тормозящего момента приводит к появлению переходных процессов: изменяется крутящий момент на валу двигателя 4, изменяется частота вращения коленчатого вала двигателя 4, изменяется расход топлива и воздуха. Эти переходные процессы посредством датчиков преобразуются в электрические сигналы и поступают в блок сбора данных 10, который по команде автоматизированного блока управления 14 выдает на вход блока идентификации параметров дифференциального уравнения 11 один из четырех сигналов датчиков: датчика 5 частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчика 6 момента сопротивления двигателя, датчика 7 расхода воздуха, датчика 8 расхода топлива и сигнал воздействия - сигнал с датчика 9 тока возбуждения электротормоза, при этом соответствующие сигналы преобразуются в цифровую форму. Сигналы, поступившие в блок идентификации параметров дифференциального уравнения 11, используются для определения параметров динамических моделей рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания (коэффициентов дифференциального уравнения). Полученные коэффициенты дифференциального уравнения поступают в блок расшифровки результатов идентификации 12, который определяет порядок используемого для идентификации дифференциального уравнения и представляет коэффициенты дифференциальных уравнений в форме удобной для дальнейшего использования. После этого динамические характеристики запоминаются в запоминающем устройстве 13. Одновременно, при подаче сигнала управления от автоматизированного блока управления 14 к блоку управления устройством регулирования компрессии 15 происходит регулирование компрессии цилиндров двигателя путем изменения сечения дросселирующих отверстий в устройстве 16. Сигнал синхронизации при начале срабатывания устройства 16 поступает на вход блока сбора данных 10, которое начинает передавать информацию об опросах датчиков 5, 6, 7, 8 на вход блока сравнения переходных характеристик 17, где происходит построение буферизация численных значений переходных функций и их сопоставление значениям эталонных переходных функций для данного двигателя, после чего пары значений «эталонная функций - реальная функция» передаются на вход блока принятия решений о техническом состоянии двигателя 18. Блок 18 на основе заложенных в него продукционных правил определяет техническое состояние двигателя в терминах нечеткой логики, обозначаемых как «исправен», «неисправен», «работоспособен», «неработоспособен» и рассчитывает количественные характеристики установленного состояния - потери мощности и крутящего момента, перерасход топлива, время перехода двигателя на установившийся режим работы. Данные с выхода блока принятия решений о техническом состоянии двигателя 18 также поступают в запоминающее устройство 13. При необходимости имитации таких неисправностей, как засорение воздушного и топливного фильтров, с автоматизированного блока управления 14 поступают сигналы на блок управления устройством регулирования расхода воздуха 20, который регулируют поступление воздуха во впускной коллектор и блок управления устройством регулирования подачи топлива 22, регулирующий количество поступающего топлива в топливный насос высокого давления.
Таким образом, предлагаемый стенд обладает возможностью плавного автоматического регулирования компрессии в каждом цилиндре двигателя в определенных пределах без необходимости разбирать двигатель внутреннего сгорания, входящий в состав стенда, автоматического регулирования расхода воздуха и подачи топлива, а также обеспечивает возможность автоматического определения технического состояния двигателя при его работе в динамических режимах.
Стенд, содержащий двигатель внутреннего сгорания, электротормоз, датчик частоты вращения, датчик момента сопротивления на валу двигателя, датчик расхода воздуха, датчик расхода топлива, датчик тока возбуждения электротормоза, блок сбора данных, запоминающее устройство, блок расшифровки результатов идентификации и имитатор типовых нагрузок, отличающийся тем, что введены устройство для плавного регулирования компрессии в каждом цилиндре двигателя с блоком управления устройством для плавного регулирования компрессии, устройство и блок управления устройством для регулирования расхода воздуха, устройство и блок управления устройством регулирования подачи топлива в ТНВД, блок сравнения переходных функций двигателя, блок принятия решения о техническом состоянии двигателя.
РИСУНКИ
