СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ICE INJECTION ADVANCE ANGLE (IAA) DETERMINATION AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения угла опережения впрыска топлива двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях.
Известен способ оценки угла опережения впрыска топлива на работающем дизеле по фазовому сдвигу между верхней мертвой точкой (ВМТ) поршня и моментом повышения давления в трубопроводе высокого давления с помощью тензометрических датчиков, установленных на этом трубопроводе, и сопоставления получаемого при этом сигнала с сигналом прохождения поршнем соответствующего цилиндра ВМТ [1]. Недостатком известного способа является повышенная трудоемкость, связанная с необходимостью установки датчика давления топлива.
Известен способ оценки угла опережения впрыскивания топлива двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что измеряют косвенный параметр, характеризующий угол опережения впрыскивания - уровень дымления при номинальной нагрузке, сравнивают измеренное значение с допустимым и по величине отклонения оценивают угол опережения [2].
Недостатком указанного способа является низкая точность, вызванная тем, что уровень дымления зависит не только от угла опережения впрыска, но и от других параметров технического состояния топливной аппаратуры.
Известен также способ оценки угла опережения впрыскивания топлива двигателя внутреннего сгорания [3], выбранный нами за прототип и заключающийся в том, что измеряют текущую величину, характеризующую работу двигателя, определяют параметр, характеризующий угол опережения впрыска топлива, сравнивают полученное значение с эталонным и по результатам сравнения определяют угол опережения впрыска топлива, причем в качестве текущей величины измеряют частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме свободного разгона и в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют величину частоты вращения двигателя в момент смены знака производной углового ускорения по частоте вращения.
Недостатком указанного способа является сложность и низкая точность, вызванная необходимостью многократных измерений ускорения на различных частотах, а также невозможностью определения угла опережения впрыска по отдельным цилиндрам.
Известно устройство для определения угла опережения впрыскивания топлива [1], содержащее датчик частоты вращения, датчик сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра, датчик начала подъема иглы распылителя форсунки и электронный измерительный блок состоящий из формирователей импульсов датчиков частоты, начала подъема иглы распылителя форсунки и ВМТ, формирователя импульса строба, умножителя частоты следования импульсов, счетчика, цифроаналогового преобразователя и индикатора (дисплея). При этом датчик начала подъема иглы распылителя форсунки через формирователь импульсов соединен с первым входом формирователя импульса строба, второй вход которого через формирователь импульсов соединен с датчиком ВМТ, а выход - с первым (управляющим) входом счетчика импульсов, второй вход (счетный) которого через умножитель и формирователь импульсов соединен с датчиком частоты вращения, снимающим сигнал с зубчатого венца маховика двигателя, выход счетчика через цифроаналоговый преобразователь соединен с индикатором.
Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и сложность измерения, вызванная необходимостью установки датчика начала подъема иглы распылителя форсунки и обработки сигнала, а также невозможностью определения угла опережения впрыска по отдельным цилиндрам.
Известно устройство для определения угла опережения впрыска топлива [3], содержащее датчик частоты вращения, последовательно связанный с ним формирователь и последовательно связанные сравнивающее устройство и индикатор, источник опорного напряжения и последовательно связанный преобразователь частоты в напряжение, дифференциатор по времени, фильтр нижних частот, дифференциатор по частоте и нуль-орган, причем выход формирователя связан с входом преобразователя частоты в напряжение, выход нуль-органа связан с управляющим входом сравнивающего устройства, один из входов сравнения которого связан с источником опорного напряжения, а другой вход сравнения - с входом дифференциатора по времени.
Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и сложность измерения, вызванная необходимостью многократных измерений ускорения на различных частотах, а также невозможностью определения угла опережения впрыска по отдельным цилиндрам.
Задача заявляемого технического решения - упрощение, снижение трудоемкости и повышение точности диагностирования при определении угла опережения впрыска, в том числе по отдельным цилиндрам, двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях.
Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет в эксплуатационных условиях упростить и снизить трудоемкость определения угла опережения впрыска, в том числе по отдельным цилиндрам, а также повысить точность диагностирования за счет учета статистических свойств двигателя и улучшенной селекции сигналов работающих цилиндров относительно инерционной составляющей крутящего момента.
Поставленная задача в способе решается тем, что измеряют текущую величину, характеризующую работу двигателя, сопоставляют ее с сигналом прохождения поршнем соответствующего цилиндра ВМТ, в качестве текущей величины, характеризующей работу двигателя используют частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме свободного разгона или в стационарном режиме полной нагрузки при заданных частотах вращения коленчатого вала, определяют параметр, характеризующий угол опережения впрыска топлива - частоту вращения двигателя в момент смены знака производной углового ускорения по частоте вращения, сравнивают полученное значение с эталонным и по результатам сравнения определяют угол опережения впрыска топлива, причем в режиме свободного разгона в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют частоту вращения двигателя в момент смены знака производной по частоте вращения автокорреляционной функции среднего за цикл работы двигателя значения углового ускорения коленчатого вала.
В режиме свободного разгона в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют частоту вращения двигателя в момент смены знака производной по частоте вращения энергетического спектра среднего за цикл работы двигателя значения углового ускорения коленчатого вала двигателя.
В режимах свободного разгона и выбега в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют смещение по времени максимума взаимокорреляционной функции средних за цикл работы двигателя значений угловых ускорений коленчатого вала разгона и выбега, относительно максимума автокорреляционной функции средних за цикл работы двигателя значений угловых ускорений коленчатого вала выбега.
В режимах свободного разгона и выбега в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют наклон фазочастотной характеристики взаимного энергетического спектра средних за цикл работы двигателя значений угловых ускорений коленчатого вала разгона и выбега.
В режимах свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют частоту вращения двигателя в момент смены знака производных по частоте вращения средних за рабочие такты двигателя значений углового ускорения коленчатого вала.
В режимах свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем заданной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений разгона, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций относительно верхней мертвой точки.
В режимах свободного разгона и выбега с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем заданной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений выбега и взаимокорреляционные функции ускорений разгона и выбега, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов взаимокорреляционной функции относительно максимумов автокорреляционных функций.
В режимах свободного разгона и выбега с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем заданной частоты вращения определяют взаимные энергетические спектры ускорений разгона и выбега и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
В стационарных режимах прокрутки и полной нагрузки с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, определяют автокорреляционные функции ускорений в режиме прокрутки и взаимокорреляционные функции ускорений в режимах прокрутки и полной нагрузки, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов взаимокорреляционных функций относительно максимумов автокорреляционных функций.
В стационарных режимах прокрутки и полной нагрузки с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, определяют взаимные энергетические спектры ускорений в режимах прокрутки и полной нагрузки и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
В стационарном режиме полной нагрузки с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, определяют автокорреляционные функции ускорений, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций относительно верхней мертвой точки.
У двигателя с неуравновешенной гармоникой в режиме свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений разгона в этих интервалах, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций цилиндров, измеренных на рабочем такте каждого цилиндра, относительно максимумов автокорреляционной функции неуравновешенной гармоники ускорений, измеренной на такте расширения каждого цилиндра.
У двигателя с неуравновешенной гармоникой в режиме свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют взаимные энергетические спектры ускорений разгона на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
У двигателя с неуравновешенной гармоникой в режиме свободного выбега с привязкой по углу поворота коленчатого вала на такте расширения и в режиме свободного разгона на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений разгона и выбега в этих интервалах, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций цилиндров, измеренных на рабочем такте каждого цилиндра в режиме свободного разгона, относительно максимумов автокорреляционной функции неуравновешенной гармоники ускорений, измеренной на такте расширения каждого цилиндра в режиме свободного выбега.
У двигателя с неуравновешенной гармоникой с привязкой по углу поворота коленчатого вала в режиме свободного выбега на такте расширения и в режиме свободного разгона на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют взаимные энергетические спектры ускорений свободного выбега на такте расширения и свободного разгона на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
Поставленная задача в устройстве решается тем, что в известное устройство дополнительно введены преобразователь временного интервала в код, регистр временного хранения, блок синхронизации начала отсчета угловых меток, блок регистров сигнала, задатчик угловых меток цикла, задатчик номеров угловых меток цилиндров, блок вычисления среднего значения частоты вращения за цикл, селектор уровня, задатчик частоты измерения, усреднитель ускорений, коррелометр, измеритель энергетического спектра, второй дифференциатор по частоте вращения, первый и второй измерители максимумов, второе сравнивающее устройство, второй источник опорного напряжения, блок регистров максимумов, первый и второй определители угла опережения, измеритель фазочастотных характеристик, генератор тактовых импульсов, управляющее устройство, причем датчик частоты вращения соединен с формирователем импульсов угловых меток, а датчик сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра - с формирователем импульса ВМТ, один из входов сравнения первого сравнивающего устройства связан с первым источником опорного напряжения, а выход - с одним из входов индикатора, сигнальный вход преобразователя временного интервала в код соединен с выходом формирователя импульсов угловых меток, а выход - с сигнальным входом регистра временного хранения, управляющий вход которого через блок синхронизации начала отсчета угловых меток связан с формирователем импульса ВМТ, выход регистра временного хранения соединен с первым сигнальным входом блока регистров сигнала, второй и третий управляющие входы которого связаны соответственно с задатчиком угловых меток цикла и выходом задатчика номеров угловых меток цилиндров, один из выходов блока регистров сигнала соединен через блок вычисления среднего значения частоты вращения за цикл с одним из входов селектора уровня, второй вход которого соединен с задатчиком частоты измерения, а выход - с первым входом задатчика номеров угловых меток цилиндров и с четвертым управляющим входом блока регистров сигнала, второй выход блока регистров сигнала связан с первым сигнальным входом цифрового дифференциатора, первый выход которого через усреднитель ускорений соединен с сигнальными входами коррелометра и измерителя энергетического спектра, а второй - с вторым входом задатчика номеров угловых меток цилиндров, первые сигнальные входы первого и второго дифференциаторов по частоте вращения соединены с выходами коррелометра и измерителя энергетического спектра соответственно, вторые входы - с выходом блока вычисления среднего значения частоты вращения за цикл, а выходы - с входами первого и второго измерителей максимумов соответственно, выход первого измерителя максимумов соединен с третьим входом сравнения первого сравнивающего устройства и входом блока регистров максимумов, второй вход сравнения первого сравнивающего устройства соединен с выходом блока вычисления среднего значения частоты вращения за цикл, выход второго измерителя максимумов соединен с третьим входом сравнения второго сравнивающего устройства, первый вход сравнения которого соединен с вторым источником опорного напряжения, а выход - с вторым сигнальным входом индикатора, сигнальный вход измерителя фазочастотных характеристик связан с выходом измерителя энергетического спектра, выходы блока регистров максимумов и измерителя фазочастотных характеристик через первый и второй определители угла опережения соединены с третьим и четвертым сигнальными входами индикатора соответственно, генератор тактовых импульсов соединен с первыми управляющими входами, а управляющее устройство - с вторыми управляющими входами дифференциатора по времени, первого и второго дифференциаторов по частоте вращения, первого и второго сравнивающих устройств, индикатора, регистра временного хранения, блока регистров сигнала, усреднителя ускорений, коррелометра, измерителя энергетического спектра, первого и второго измерителей максимумов, блок регистров максимумов, первого и второго определителей угла опережения, измерителя фазочастотных характеристик, кроме того, генератор тактовых импульсов соединен с управляющим входом преобразователя временного интервала в код, а управляющее устройство - с управляющими входами блока синхронизации начала отсчета угловых меток и блока вычисления среднего значения частоты вращения за цикл, причем первый определитель угла опережения содержит последовательно соединенные десятичный счетчик и функциональный преобразователь числа в интервал времени или в градусы, разрешающий вход счетчика является первым сигнальным входом, счетный вход счетчика и второй управляющий вход функционального преобразователя - первым управляющим входом, вход синхронизации счетчика и третий управляющий вход функционального преобразователя - вторым управляющим входом первого определителя угла опережения, а выход функционального преобразователя - выходом первого определителя угла опережения, второй определитель угла опережения содержит последовательно соединенные вычислитель тангенса угла наклона фазочастотной характеристики и функциональный преобразователь числа в интервал времени или в градусы, сигнальный вход вычислителя является первым сигнальным входом, вторые управляющие входы вычислителя и функционального преобразователя - первым управляющим входом, третьи управляющие входы вычислителя и функционального преобразователя - вторым управляющим входом второго определителя угла опережения, а выход функционального преобразователя - выходом второго определителя угла опережения.
наг
В стационарном режиме за счет неравномерности вращения коленчатого вала и в режиме свободного разгона (при моменте нагрузки М=0) угловое ускорение коленчатого вала определяется зависимостью:
<mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>M</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mfrac><mo>−</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>в</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>M</mi><mi>i</mi><mi>к</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>M</mi><mi>i</mi><mi>г</mi></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>в</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Д
наг
ц
вп
<mrow><mtext>n</mtext><mo>=</mo><mfrac><mtext>1</mtext><mrow><mtext>2</mtext><mi>π</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow></munderover><mrow><mi>ω</mi><mi>d</mi><mi>φ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><msub><mi>M</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>M</mi><mi>i</mi><mi>к</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>M</mi><mi>i</mi><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mi>i</mi><mi>к</mi></msubsup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mi>i</mi><mi>г</mi></msubsup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ζ</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>φ</mi></mrow></mfrac></mrow>
где J - приведенный момент инерции ДВС и нагрузочных масс (при моменте нагрузки М=0 - это собственный приведенный к коленчатому валу момент инерции ДВС); ω - угловая скорость коленчатого вала (частота вращения
); φ - угол поворота коленчатого вала;
- индикаторный момент двигателя:
и
- компрессионная и газовая составляющие индикаторного момента;
и
- компрессионная и газовая составляющие одного цилиндра; i - число цилиндров:
- инерционная составляющая крутящего момента, содержащая регулярную составляющую, вызванную неуравновешенными инерционными силами (например, у двигателя компоновки 4-Р это вторая гармоника частоты вращения), и остаточную составляющую случайного характера, присущую всем двигателям; М - момент внутренних потерь (преимущественно трения).
наг
наг
Уравнение (1) при M=const или М=0 можно представить в виде:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>ε</mi><mo>=</mo><msup><mi>ε</mi><mi>к</mi></msup><mo>+</mo><msup><mi>ε</mi><mi>г</mi></msup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><msub><mi>ε</mi><mrow><mi>в</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ξ</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ξ</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msub><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ζ</mi><mi>m</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><msub><mi>ε</mi><mrow><mi>в</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
m
m
где ξ - угол сдвига по фазе (по углу поворота коленчатого вала) в соответствии с диаграммой распределения вспышек по цилиндрам; ζ - угол сдвига по фазе между инерционными составляющими, зависящий от конструктивного расположения кривошипно-шатунных механизмов; индекс «1» - для одного цилиндра.
к
г
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup></mrow>
вп
Полное ускорение ε содержит составляющие: индикаторные компрессионную ε и газовую ε; инерционные регулярную
и остаточную
; внутренних потерь (преимущественно трения) ε. Для каждого из цилиндров составляющие полного ускорения:
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ξ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>ν</mi><mi>ц</mi></msub><msub><mi>p</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ξ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>ν</mi><mi>ц</mi></msub><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>S</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msub><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>φ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ξ</mi><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>J</mi><mi>Д</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msub><mi>ε</mi><mi>ц</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup><mo>+</mo><msub><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo></mrow></mtd></mtr></mtable><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
ц
ц
с
i
сж
сж
i
i
сж
i
сж
i
n
q
-1
1-q
где ε - ускорение коленчатого вала, вызванное работой одного цилиндра (в дальнейшем ускорение цилиндра); ν - объем цилиндра; р - давление сжатия; р - среднее индикаторное давление; K(φ) и S(φ) - известные из теории ДВС безразмерные компрессионная и газовая (индикаторная) силовые функции: K(φ)=Г(φ)/2Д(φ); S(φ)=GГ(φ)/2σ; Г(φ)=sin(φ+β)/cosβ; Д(φ)=1+0,5(γ-1)[1-cosφ+λ(1-cosβ)]; G=[(γ-1)(q-1)]/{(ρ-1)(q-1)+ρ[1-(γ/ρ)]}; β=arcsin(λsinφ); λ=r/L; r и L - радиус кривошипа и длина шатуна; γ - степень сжатия; n и q - средние значения показателей политроп сжатия и расширения; ρ - степень предварительного расширения продуктов сгорания;
<mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mn>1</mn></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>ϕ</mi><mo>∈</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>z</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mi>Д</mi><mo>/</mo><msub><mi>ρ</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>ϕ</mi><mo>∈</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>ϕ</mi><mi>z</mi></msub><mo>,</mo><mi>π</mi></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow><mtext> </mtext><msub><mi>ϕ</mi><mi>z</mi></msub><mo>≈</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ж</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>λ</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow></msqrt></mrow>
В свою очередь для четырехтактного ДВС
<mrow><msub><mi>ε</mi><mi>ц</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mi>ε</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>ϕ</mi><mo>∈</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>4</mn><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>k</mi><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mn>0</mn></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>ϕ</mi><mo>∈</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>4</mn><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>k</mi><mi>π</mi></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow></mrow>
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><msub><mi>i</mi><mi>ц</mi></msub></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
.
г
к
тд
г
к
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>ε</mi><mo>=</mo><msup><mi>ε</mi><mi>г</mi></msup><mo>+</mo><msup><mi>ε</mi><mi>к</mi></msup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup></mrow>
вп
На фиг.1 показано формирование ускорения двигателя компоновки 4-Р в области номинальной частоты вращения, составляющие: а - газовая ε; б - компрессионная ε; в - ε=ε+ε - термодинамическая; г - инерционная регулярная
(неуравновешенная 2-я гармоника частоты вращения); д -
; 1 - при полной нагрузке, 2 - при ее отсутствии. Составляющие остаточная
; внутренних потерь (преимущественно трения) ε имеют значительно меньшее значение и на фиг.1 не показаны.
Функции K(φ) и S(φ), описывающие рабочий процесс в цилиндре, достаточно точно описываются линейно-экспоненциальными импульсами:
к
х
к
x
y
к
y
K(φ)=χ[φехр(-ρφ)-φexp(-ρφ)];
s
x
s
x
S(φ)=χφexp(-ρφ);
x
T
T
φ=φ-2πτent(φ/2πτ],
y
T
х
φ=2πτ-φ,
к
к
s
s
T
T
где φ=0 соответствует верхней мертвой точке (ВМТ) цилиндра; χ, ρ, χ и ρ - постоянные для конкретной модификации двигателя величины; τ - тактность (для четырехтактного двигателя τ=2).
оп
оп
z
с
оп
оп
оп
оп
c
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
В процессе эксплуатации ДВС происходит разрегулировка топливной системы, в частности угла опережения впрыскивания топлива φ. Изменение φ приводит к сдвигу процесса сгорания топлива и давления в цилиндре (в том числе и максимального давления p) относительно давления р или ВМТ. На фиг.2 представлены экспериментально полученные зависимости давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала (ПКВ) дизеля 4Ч11,5/13 (Д144) в стационарном режиме работы: 1 - φ=30° (ранний); 2 - φ =25° (нормальный); 3 - φ =20° (поздний). Косвенно оценить изменение φ можно по смещению функции S(φ) (или газовой составляющей ускорения
коленчатого вала) относительно ВМТ или относительно угла, соответствующего максимальному давлению сжатия p (максимальному значению функции K(φ) или компрессионной составляющей ускорения
коленчатого вала).
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
-at
к
к
s
s
а
a
Активная фаза рабочего процесса цилиндра проходит на линейном участке импульса
(функции S(φ)), а компрессионного процесса - на линейном участке импульса
(функции K(φ)), имеющих линейно-экспоненциальную форму x(t)=bte (так как на интервале измерения величину φ можно считать линейно связанной с временем t), причем b=χ и =ρ - для K(φ), a b=χ и =ρ - для S(φ). Кроме того, ширина спектра импульса определяется крутизной фронта импульса, т.е. его линейной частью. Следовательно, достаточно рассматривать вместо импульса x(t) импульс симметричной треугольной формы
<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>A</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>2</mn><mrow><mo>|</mo><mi>t</mi><mo>|</mo></mrow><mo>/</mo><msub><mi>τ</mi><mi>u</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mo>−</mo><msub><mi>τ</mi><mi>u</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>≤</mo><mi>t</mi><mo>≤</mo><msub><mi>τ</mi><mi>u</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>,</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>t</mi><mo><</mo><mo>−</mo><msub><mi>τ</mi><mi>u</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>></mo><msub><mi>τ</mi><mi>u</mi></msub><mo>/</mo><mn>2.</mn></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
m
max
и
max
a
a
-1/b
У этого импульса амплитуда A соответствует максимуму амплитуды импульса линейно-экспоненциальной формы x(t)=(1/)e, а длительность импульса τ/2 - длительности линейного участка этого импульса t=(1/b). Амплитудно-частотный и энергетический спектры такого импульса:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>S</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>a</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mi>b</mi></mrow></msup><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>a</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>a</mi><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>;</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
m
m
2
G(Ω)=[S(Ω)];
где Ω=2πf, f - частота в герцах.
Автокорреляционная функция (АКФ) этого импульса:
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><mfrac><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow><mn>3</mn></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>τ</mi><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msup><mo>−</mo><mn>2</mn><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>τ</mi><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mn>0</mn><mo>≤</mo><mi>τ</mi><mo>≤</mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>,</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mn>2</mn><msubsup><mi>A</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><mfrac><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow><mn>3</mn></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>τ</mi><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>τ</mi><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>τ</mi><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>≤</mo><mi>τ</mi><mo>≤</mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>,</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mn>0</mn></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mi>τ</mi><mo>></mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
m
m
K(τ)=K(-τ),
2
1
m
и
a
a
-1/b
где τ=t-t; A=(1/)e, τ/2=(1/b).
Из-за случайных процессов впрыскивания и сгорания топлива целесообразно при определении угла опережения впрыска использовать измерение статистических характеристик измеряемых сигналов.
и
m
m
и
и
p
p
оп
в
ном
2
ном
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>A</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mi>a</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn><mo>/</mo><mi>b</mi></mrow></msup></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>K</mi><mo>¯</mo></mover><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
2
2
2
-2/b
a
В режиме свободного разгона усредненное по всем цилиндрам угловое ускорение имеет максимум при определенной частоте вращения, зависящей от угла опережения впрыска. Поэтому это ускорение можно аппроксимировать импульсом симметричной треугольной формы типа (4) с энергетическим спектром типа (5) и АКФ типа (6), длительность которого τ/2 равна длительности наиболее крутого линейного участка усредненного по всем цилиндрам углового ускорения. На фиг.3 приведены нормированные АКФ (6) и энергетический спектр (5) импульса (4), где
, и G(0)=[A(τ/2)]=[1/(b)](τ/2)e. На фиг.4 для примера приведены диаграммы рабочих процессов дизеля 4Ч13/14 (А-41), где
- АКФ усредненного по всем цилиндрам (в цикле работы ДВС) углового ускорения разгона ε, n - частота вращения; кривые углового ускорения разгона ε 1…3 соответствуют нормальному, позднему и раннему значениям φ. Приведена также кривая модуля углового ускорения усредненного по всем цилиндрам (в цикле работы ДВС) выбега ε, значение которого от n до n уменьшается практически линейно примерно на 20%. Кривую выбега также можно аппроксимировать треугольным импульсом с вершиной при n или при другой частоте измерения. В режиме свободного разгона аналогично усредненное на рабочем такте каждого цилиндра угловое ускорение имеет максимум при определенной частоте вращения, зависящей от угла опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности.
2
2
2
2
0
0
0
0
Неуравновешенная 2-я гармоника частоты вращения двигателя компоновки 4-Р (регулярная инерционная составляющая углового ускорения коленчатого вала) описывается функцией s(t)=-Asin(Ωt+φ), где Ω=2ω; ω=2πf=const - средняя за оборот угловая скорость коленчатого вала (f - частота вращения, Гц). АКФ и односторонний энергетический спектр (Ω>0) этого процесса имеют вид:
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><msubsup><mi>A</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mi>cos</mi><msub><mi>Ω</mi><mn>2</mn></msub><mi>τ</mi><mo>.</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>G</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>5</mn><msubsup><mi>A</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mi>δ</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>f</mi><mo>−</mo><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где δ(f) - дельта-функция.
2
2
2
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>о</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup></mrow>
На фиг.5 приведены АКФ и энергетический спектр (7) процесса s(t)=-Asin(Ωt+φ). Из теории случайных процессов известно, что АКФ и энергетический спектр суммы некоррелированных процессов равны сумме АКФ и энергетических спектров слагаемых соответственно. На фиг.6 приведена АКФ суммы АКФ (6) и (7), а на фиг.7 энергетический спектр суммы энергетических спектров (5) и (8). Составляющая ускорения
, вызванная остаточными неуравновешенными силами и моментами имеет частотный спектр ниже 2-й гармоники частоты вращения и значительно более низкий уровень.
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>ζ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>m</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>σ</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>r</mi><mi>ζ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
A
ζ
ин
кζ
п
п
п
Амплитуда импульсов
из-за неравномерности работы цилиндров изменяется случайным образом и это изменение описывается нормальным случайным процессом ζ(t), который можно считать стационарным, имеющим математическое ожидание m=M{ζ(t)}=const и корреляционную функцию
, где
- дисперсия амплитуд, а r(τ) - нормированная корреляционная функция (коэффициент корреляции), т.е. амплитуда импульсов
модулируется случайным набором гармоник. Рабочие процессы многоцилиндровых ДВС можно представить бесконечной последовательностью равноотстоящих слабо коррелированных импульсов
(за вычетом инерционной составляющей ε), т.е. интервал корреляции τ процесса модуляции амплитуд ζ(t) сравним с периодом следования импульсов T(T=1/F). В этом случае энергетический спектр последовательности отдельно
или
:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>G</mi><mrow><mi>m</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><msubsup><mi>m</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msubsup><mi>T</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><msup><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>S</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>∞</mi></mrow><mi>∞</mi></munderover><mi>δ</mi></mstyle><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>k</mi></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow></mfrac><msup><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>S</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>ψ</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>=</mo><msub><mi>G</mi><mi>d</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>∞</mi></mrow><mi>∞</mi></munderover><mi>δ</mi></mstyle><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>k</mi></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>G</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
<mrow><msub><mi>ψ</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2</mn><munder><mrow><mi>lim</mi></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>→</mo><mi>∞</mi></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>N</mi></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mi>l</mi><mrow><mn>2</mn><mi>N</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>r</mi><mi>l</mi></msub><mi>cos</mi><mi>l</mi><mi>Ω</mi><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
,
m
l
m
m
<mrow><msub><mi>G</mi><mi>d</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><msubsup><mi>m</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>/</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>п</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>S</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>;</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>G</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>A</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>/</mo><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>S</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>
2
где S(Ω) - спектр (5); r - коэффициент корреляции случайных амплитуд любой пары импульсов, номера которых отличаются друг от друга на величину l;
- спектры дискретной и непрерывной составляющих при нормальном законе распределений вероятностей амплитуд импульсов; G(ω)=|S(Ω)| - энергетический спектр.
m
m
п
кζ
кζ
э
и
кζ
э
кζ
п
2
У малоцилиндровых ДВС (N≤4) рабочие процессы можно представить бесконечной последовательностью равноотстоящих некоррелированных импульсов цилиндров с энергетическим спектром G(ω)=|S(Ω)|, т.е. при T>>τ (τ- интервал корреляции процесса ζ(t)). Так как эффективная ширина спектра треугольного импульса Δf=1/τ, τ=1/4Δf (при τ>0), и при аппроксимации функции S(φ) 4-й гармоникой частоты вращения вала двигателя имеем τ/T=1/16, то импульсы цилиндров некоррелированы.
Энергетический спектр такой некоррелированной последовательности
<mrow><msub><mi>G</mi><mrow><mi>m</mi><mi>м</mi><mtext> </mtext><mi>н</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>G</mi><mi>d</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>∞</mi></mrow><mi>∞</mi></munderover><mi>δ</mi></mstyle><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>k</mi></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>n</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>G</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>10</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
п
d
m
и
A
п
c
m
и
A
п
2
2
Спектры (9) и (10) состоят из суммы непрерывной части и дискретных спектральных линий при частотах f=k/T, при этом G(0)=2π(Aτm/T); G(0)=(Aτσ)/T.
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
Энергетический спектр
равен сумме спектров (10) при соответствующих значениях параметров слагаемых.
Автокорреляционная функция случайного процесса с энергетическим спектром (10) также состоит из непрерывной и дискретной частей:
<mrow><mrow><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>m</mi><mi>м</mi><mtext> </mtext><mi>н</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>m</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>m</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>m</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>A</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>m</mi><mi>A</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>−</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>τ</mi><mo>−</mo><mi>k</mi><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>τ</mi><mo>−</mo><mi>k</mi><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>≤</mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>,</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mn>0</mn></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mi>τ</mi><mo>−</mo><mi>k</mi><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>≥</mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo>±</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo>±</mo><mn>2</mn><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo>…</mo><mo>;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>m</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>A</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>σ</mi><mi>A</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>−</mo><mrow><mo>|</mo><mi>τ</mi><mo>|</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>|</mo><mi>τ</mi><mo>|</mo></mrow><mo>≤</mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="left"><mrow><mrow><mo>|</mo><mi>τ</mi><mo>|</mo></mrow><mo>></mo><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>.</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>11</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
c
d
На фиг.7 представлены энергетический спектр (10) и автокорреляционная функция (11), где 1 и 2 - непрерывная G(Ω) и дискретная G(Ω) составляющие спектра.
m
mN
Если рабочие процессы ДВС рассматривать в виде пачки N (по числу цилиндров) усредненных по множеству равноотстоящих импульсов, то в спектрах (9) и (10) необходимо заменить S(Ω) на величину S(Ω):
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>S</mi><mrow><mi>m</mi><mi>N</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>S</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>Ω</mi><msub><mi>T</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>.</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>12</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
no
md
no
Дискретная часть АКФ (11) пачки N некоррелированных импульсов модулируется функцией K(τ), т.е. представляет собой произведение K(τ) на АКФ огибающей пачки импульсов K(τ), а именно - последовательность линейно убывающих импульсов:
mмNнк
md
no
mс
К(τ)=K(τ)K(τ)+К(τ),
no
no
п
md
no
m
A
и
п
2
где K(τ)=K(0)[1-lT/N]; l - целое число интервалов повторения импульсов, укладывающихся на оси τ; K(0)=K(0)=(Am)(τ/T).
На фиг.8 для примера представлены энергетический спектр и автокорреляционная функция пачки некоррелированных импульсов двигателя компоновки 4-Р.
п
кζ
ζ
п
f
п
f
f
При коррелированной последовательности импульсов рабочих процессов ДВС, т.е. если значение T сравнимо с τ (особенно у многоцилиндровых ДВС), коэффициент корреляции можно полагать в виде r(τ)=(sinlTΔ)/(lTΔ), где Δ - ширина полосы низкочастотного прямоугольного спектра случайного процесса в герцах, которым модулируются амплитуды импульсов.
f
п
m
f
f
п
и,
и
п
и
п
f
f
п
Ω
п
f
п
Энергетический спектр (9) бесконечной последовательности коррелированных импульсов будет иметь вид периодически повторяющихся полос шириной 2Δ на частотах, кратных 2π/T, огибающей которых будет спектр G(Ω). С ростом Δ ширина полос спектра увеличивается и при Δ=π/T спектр становится сплошным (совпадает со спектром (10)). Для пачки N импульсов (по числу цилиндров) число полос k на интервале [i/τ (i+1)/τ], i=0, 1, 2, …, определяется соотношением (k/T)/(1/τ). Например, при аппроксимации функции S(φ) 4-й гармоникой частоты вращения вала двигателя, получим k=4. Для пачки импульсов (числа цилиндров) ширина полосы определяется из условия sin(lTΔ)=0, откуда Δ=1/lT или Δ=2π/lT. Например, при l=4 имеем Δ=1/4T.
ζ
mNм
md
мпк
nNc
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>м</mi><mi>п</mi><mi>к</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>σ</mi><mi>l</mi><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>r</mi><mi>ζ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
Для последовательности коррелированных импульсов дискретная часть АФК (11) модулируется функцией r(τ) или гауссовой кривой (в зависимости от вида низкочастотного спектра изменения амплитуд импульсов): K(τ)=K(τ)K(τ)+K(τ), где
. На фиг.9 представлены энергетический спектр и автокорреляционная функция коррелированных импульсов двигателя.
1
2
Рабочий процесс ДВС можно рассматривать как сумму независимо работающих цилиндров, передающих энергию на коленчатый вал. Взаимные корреляционная (ВКФ) и односторонний (Ω>0) энергетический спектр (ВЭС) суммы двух некоррелированных процессов y(t)=s(t)+s(t) равны:
<mrow><mrow><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>y</mi><mi>y</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>M</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>τ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>s</mi><mn>1</mn><mi>s</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>s</mi><mn>2</mn><mi>s</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>G</mi><mrow><mi>y</mi><mi>y</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>G</mi><mrow><mi>s</mi><mn>1</mn><mi>s</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>G</mi><mrow><mi>s</mi><mn>2</mn><mi>s</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>}</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>13</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
s1s1
s2s2
s1s1
s2s2
1
2
где K(τ) и K(τ) - АКФ, a G(Ω) и G(Ω) - энергетические спектры процессов s(t) и s(t).
оп
0
оп
м
0
м
При наличии модели процесса x(t), соответствующего нормальному значению φ, для определения временного смещения τ (на угол φ) измеренного процесса y(t)=kx(t-τ)+γ(t) можно применить взаимные КФ и энергетический спектр (k - масштабный коэффициент; γ(t) - некоррелированный случайный процесс с нулевым средним значением):
xy
м
0
м
xx
0
K(τ)=M{x(t)y(t+τ)}=kM{x(t)x(t+τ-τ)}=kK(τ-τ).
xy
xx
0
0
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>x</mi><mi>y</mi></mrow></msub><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>м</mi></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>x</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>м</mi></msub><msubsup><mi>A</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>τ</mi><mi>и</mi></msub><mo>/</mo><mn>3</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>y</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>k</mi><mi>м</mi><mn>2</mn></msubsup><msubsup><mi>σ</mi><mi>x</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>σ</mi><mi>γ</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>x</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>A</mi><mrow><mi>m</mi><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Так как АКФ имеет максимум при τ=0, то максимальное значение K(τ) соответствует максимуму сдвинутой АКФ K(τ-τ) при τ=τ:
- для треугольного импульса (4). При некоррелированных сигналах x(t) и γ(t) дисперсия смещенного сигнала
, где
.
xy
м
xx
0
xy
м
xx
ху
0
0
0
Взаимный энергетический спектр (односторонняя спектральная плотность - f≥0) смещенного процесса G(f)=kG(f)exp(-j2πfτ); при этом амплитудно- и фазочастотные характеристики (АЧХ и ФЧХ): |G(f)|=kG(f); φ(f)=2πfτ. Так как ФЧХ - линейная функция частоты f, то наклон 2πτ определяет смещение τ. Для некоррелированных процессов цилиндров (4) ВКФ и ВЭС равны сумме энергетических спектров (5) и АКФ (6), т.е. форма ВКФ и ВЭС не меняется, суммируются только соответствующие амплитуды.
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>к</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow><mi>г</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ε</mi><mrow><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>е</mi><mi>г</mi></mrow></msubsup></mrow>
Если вместо модели применен другой измеренный процесс x(t), например, среднее за цикл работы двигателя значение углового ускорения коленчатого вала двигателя в режиме выбега (которое также можно аппроксимировать треугольным ипмпульсом), кривая K(φ), компрессионная составляющая углового ускорения коленчатого вала
или неуравновешенная гармоника, то необходимо использовать ВКФ и ВЭС средних за цикл работы двигателя значений углового ускорения коленчатого вала двигателя в режиме выбега и разгона, ВКФ и ВЭС функций S(φ) и K(φ), ВКФ и ВЭС индикаторной
и компрессионной
составляющих углового ускорения коленчатого вала, ВКФ и ВЭС индикаторной
и неуравновешенной гармоники
.
Для точного и достоверного определения углов опережения впрыска топлива отдельных цилиндров и ДВС в целом, необходимо измерить их при одной и той же частоте вращения. Так как усреднение идет по множеству разгонов (не менее 30) и множеству циклов, то в силу случайности процессов горения топлива можно считать, что все цилиндры находятся в одном скоростном режиме. Поэтому при измерении и определении заданной частоты вращения необходимо измерение средних значений угловой скорости за цикл - для 2-тактного ДВС за один, а для 4-тактного двигателя за два оборота коленчатого вала с последующим делением на два. Для более точной идентификации нахождения цилиндров при одной и той же частоте вращения (когда оцениваются термодинамические процессы) измеряют средние значения угловой скорости только за рабочие такты отдельных цилиндров с последующей экстраполяцией на весь оборот (для ДВС компоновки 4-Р с последующим умножением на 2). В случае многоцилиндровых ДВС (более 4 цилиндров) происходит частичное перекрытие рабочих тактов. Поэтому измеряют средние значения угловой скорости за отдельные участки цикла, т.е. за начальные неперекрытые участки рабочих тактов и тактов расширения. Это необходимо осуществлять также в разгоне или выбеге двигателя.
Способ можно осуществлять в следующей последовательности.
оп
ном
м
ном
м
У работающего на максимальной частоте вращения холостого хода двигателя отключают подачу топлива и в момент достижения минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала мгновенно увеличивают подачу топлива до максимального значения, при этом непрерывно измеряют производную по частоте вращения автокорреляционной функции среднего за цикл работы двигателя значения углового ускорения коленчатого вала, в момент смены знака этой производной с плюса на минус измеряют частоту вращения, сравнивают ее с номинальной, определяют разность этих частот. По предварительно полученной для данной конструкции двигателя тарировочной зависимости угла опережения впрыска топлива от разности частот φ=f(n-n), где n и n - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя и частота, соответствующая моменту перехода производной по частоте вращения автокорреляционной функции среднего за цикл работы двигателя значения углового ускорения с плюса на минус, определяют значение искомого угла.
Известно, что достоверность экспертизы тем выше, чем больше признаков (симптомов), указывают на появление той или иной неисправности. Поэтому дополнительно в режиме свободного разгона аналогично непрерывно измеряют производную по частоте вращения энергетического спектра среднего за цикл работы двигателя значения углового ускорения коленчатого вала двигателя и в момент смены знака этой производной с плюса на минус измеряют частоту вращения, сравнивают ее с номинальной, определяют разность этих частот. Аналогично по предварительно полученной для данной конструкции двигателя тарировочной зависимости угла опережения впрыска топлива от разности частот определяют значение искомого угла.
Дополнительно в режимах свободного разгона и выбега непрерывно измеряют средние за цикл работы двигателя значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала двигателя, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют смещение по времени максимума взаимокорреляционной функции средних за цикл работы двигателя значений угловых ускорений коленчатого вала разгона и выбега, относительно максимума автокорреляционной функции средних за цикл работы двигателя значений угловых ускорений коленчатого вала выбега.
Дополнительно в режимах свободного разгона и выбега непрерывно измеряют средние за цикл работы двигателя значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала двигателя, определяют взаимный энергетический спектр полученных ускорений разгона и выбега и его фазочастотную характеристику, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска используют наклон фазочастотной характеристики.
Для определения угла опережения впрыска каждого цилиндра в режимах свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют частоту вращения двигателя в момент смены знака производных по частоте вращения средних за рабочие такты двигателя значений углового ускорения коленчатого вала.
Дополнительно в режимах свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем заданной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений разгона, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций относительно верхней мертвой точки.
Дополнительно в режимах свободного разгона и выбега с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем заданной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений выбега и взаимокорреляционные функции ускорений разгона и выбега, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов взаимокорреляционной функции относительно максимумов автокорреляционных функций.
Дополнительно в режимах свободного разгона и выбега с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем заданной частоты вращения определяют взаимные энергетические спектры ускорений разгона и выбега и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
Дополнительно в стационарных режимах прокрутки и полной нагрузки с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, определяют автокорреляционные функции ускорений в режиме прокрутки и взаимокорреляционные функции ускорений в режимах прокрутки и полной нагрузки, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов взаимокорреляционной функции относительно максимумов автокорреляционных функций.
Дополнительно в стационарных режимах прокрутки и полной нагрузки с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, определяют взаимные энергетические спектры ускорений в режимах прокрутки и полной нагрузки и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
Дополнительно в стационарном режиме полной нагрузки с привязкой по углу поворота коленчатого вала на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, определяют автокорреляционные функции ускорений, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций относительно верхней мертвой точки.
Дополнительно у двигателя с неуравновешенной гармоникой в режиме свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений разгона в этих интервалах, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций, измеренных на рабочем такте каждого цилиндра, относительно максимумов автокорреляционной функции неуравновешенной гармоники ускорений, измеренной на такте расширения каждого цилиндра.
Дополнительно у двигателя с неуравновешенной гармоникой в режиме свободного разгона с привязкой по углу поворота коленчатого вала на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют взаимные энергетические спектры ускорений разгона на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
Дополнительно у двигателя с неуравновешенной гармоникой в режиме свободного выбега с привязкой по углу поворота коленчатого вала на такте расширения и в режиме свободного разгона на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют автокорреляционные функции ускорений разгона и выбега в этих интервалах, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют смещение по времени максимумов автокорреляционных функций, измеренных на рабочем такте каждого цилиндра в режиме свободного разгона, относительно максимумов автокорреляционной функции неуравновешенной гармоники, измеренной на такте расширения каждого цилиндра в режиме свободного выбега.
Дополнительно у двигателя с неуравновешенной гармоникой с привязкой по углу поворота коленчатого вала в режиме свободного выбега на такте расширения и в режиме свободного разгона на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, измеряют по множеству циклов двигателя мгновенные значения угловых скорости и ускорения коленчатого вала, и при достижении двигателем номинальной частоты вращения определяют взаимные энергетические спектры ускорений свободного выбега на такте расширения и свободного разгона на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности и их фазочастотные характеристики, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска каждого цилиндра по отдельности, используют наклон фазочастотных характеристик.
Устройство для определения угла опережения впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания (фиг.10) содержит датчик частоты вращения (угловых меток) 1, формирователь 2 импульсов угловых меток, датчик 3 сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра, формирователь 4 импульса ВМТ, дифференциатор 5 по времени, первый дифференциатор 6 по частоте вращения, первое сравнивающее устройство 7, индикатор 8 (дисплей), первый источник опорного напряжения 9, преобразователь 10 временного интервала в код, регистр временного хранения 11, блок 12 синхронизации начала отсчета угловых меток, блок 13 регистров сигнала, задатчик 14 угловых меток цикла, задатчик 15 номеров угловых меток цилиндров, блок 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл, селектор уровня 17, задатчик 18 частоты измерения, усреднитель 19 ускорений, коррелометр 20, измеритель энергетического спектра 21, второй дифференциатор 22 по частоте вращения, первый 23 и второй 24 измерители максимумов, второе сравнивающее устройство 25, второй источник опорного напряжения 26, блок 27 регистров максимумов, первый 28 и второй 30 определители угла опережения, измеритель 29 фазочастотных характеристик, генератор 31 тактовых импульсов, управляющее устройство 32. Датчик частоты вращения 1 соединен с формирователем 2 импульсов угловых меток, а датчик 3 сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра - с формирователем 4 импульса ВМТ. Один из входов сравнения первого сравнивающего устройства 7 связан с первым источником опорного напряжения 9, а выход - с одним из входов индикатора. Сигнальный вход преобразователя 10 временного интервала в код соединен с выходом формирователя 2 импульсов угловых меток, а выход - с сигнальным входом регистра временного хранения 11, управляющий вход которого через блок 12 синхронизации начала отсчета угловых меток связан с формирователем 4 импульса ВМТ. Выход регистра временного хранения 11 соединен с первым сигнальным входом блока 13 регистров сигнала, второй и третий управляющие входы которого связаны соответственно с задатчиком 14 угловых меток цикла и выходом задатчика 15 номеров угловых меток цилиндров. Один из выходов блока 13 регистров сигнала соединен через блок 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл с одним из входов селектора уровня 17, второй вход которого соединен с задатчиком 18 частоты измерения, а выход - с первым входом задатчика 15 номеров угловых меток цилиндров и с четвертым управляющим входом блока 13 регистров сигнала. Второй выход блока 13 регистров сигнала связан с первым сигнальным входом цифрового дифференциатора 5, первый выход которого через усреднитель 19 ускорений соединен с сигнальными входами коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21, а второй - с вторым входом задатчика 15 номеров угловых меток цилиндров. Первые сигнальные входы первого 6 и второго 22 дифференциаторов по частоте вращения соединены с выходами коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21 соответственно, вторые входы - с выходом блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл, а выходы - с входами первого 23 и второго 24 измерителей максимумов соответственно. Выход первого измерителя максимумов 23 соединен с третьим входом сравнения первого сравнивающего устройства 7 и входом блока 27 регистров максимумов. Вторые входы сравнения первого 7 и второго 25 сравнивающих устройств соединены с выходом блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл. Выход второго измерителя максимумов 24 соединен с третьим входом сравнения второго сравнивающего устройства 25, первый вход сравнения которого соединен с вторым источником опорного напряжения 26, а выход - с вторым сигнальным входом индикатора 8. Сигнальный вход измерителя 29 фазочастотных характеристик связан с выходом измерителя энергетического спектра 21. Выходы блок 27 регистров максимумов и измерителя 29 фазочастотных характеристик через первый 28 и второй 30 определители угла опережения соединены с третьим и четвертым сигнальными входами индикатора 8 соответственно. Генератор 31 тактовых импульсов соединен с первыми управляющими входами, а управляющее устройство 32 - с вторыми управляющими входами дифференциатора 5 по времени, первого 6 и второго 22 дифференциаторов по частоте вращения, первого 7 и второго 25 сравнивающих устройств, индикатора 8, регистра временного хранения 11, блока 13 регистров сигнала, усреднителя 19 ускорений, коррелометра 20, измерителя энергетического спектра 21, первого 23 и второго 24 измерителей максимумов, блока 27 регистров максимумов, первого 28 и второго 30 определителей угла опережения, измерителя 29 фазочастотных характеристик, кроме того, генератор 31 тактовых импульсов соединен с управляющим входом преобразователя 10 временного интервала в код, а управляющее устройство 32 - с управляющими входами блока 12 синхронизации начала отсчета угловых меток и блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл.
Первый определитель 28 угла опережения (фиг.11) содержит последовательно соединенные десятичный счетчик 33 и функциональный преобразователь 34 числа в интервал времени или в градусы, причем разрешающий вход счетчика 33 является первым сигнальным входом, счетный вход счетчика и второй управляющий вход функционального преобразователя 34 - первым управляющим входом, вход синхронизации счетчика 33 и третий управляющий вход функционального преобразователя 34 - вторым управляющим входом первого определителя 28 угла опережения, а выход функционального преобразователя 34 - выходом первого определителя 28 угла опережения.
Второй определитель 30 угла опережения (фиг.11) содержит последовательно соединенные вычислитель 35 тангенса угла наклона фазочастотной характеристики и функциональный преобразователь 36 числа в интервал времени или в градусы, причем сигнальный вход вычислителя 35 является первым сигнальным входом, вторые управляющие входы вычислителя 35 и функционального преобразователя 36 - первым управляющим входом, третьи управляющие входы вычислителя 35 и функционального преобразователя 36 - вторым управляющим входом второго определителя 30 угла опережения, а выход функционального преобразователя 36 - выходом второго определителя 30 угла опережения.
оп
В качестве датчика 1 частоты вращения (угловых меток) может использоваться индукционный датчик, устанавливаемый напротив зубчатого венца маховика двигателя. В качестве формирователя 2 импульсов могут служить последовательно включенные триггер Шмитта, формирующий импульсы, длительность которых определяется временем превышения входным сигналом нулевого уровня, и ждущий мультивибратор, формирующий импульсы стандартной амплитуды и длительности. В качестве датчика 3 сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра, может быть использована, например, схема, содержащая индукционный датчик ВМТ с последовательно включенным формирователем импульса ВМТ, датчик начала подачи (впрыска) топлива первого цилиндра в дизельных (тензо- или виброакустический датчик, устанавливаемый на трубопроводе высокого давления) или датчик искры зажигания в карбюраторных двигателях с последовательно включенным формирователем импульса первого цилиндра, статический триггер, на выходе которого устанавливается «1» при поступлении на вход импульса ВМТ и сброс «1» при поступлении импульса первого цилиндра, задним фронтом этого триггера запускается формирователь 4 импульса ВМТ (ждущий мультивибратор). Дифференциатор 5 по времени, первый 6 и второй 22 дифференциаторы по частоте вращения являются арифметическими устройствами (микропроцессорными спецвычислителями). Дифференциатор 5 по времени осуществляет последовательный расчет ускорения по известной формуле в цикле или на заданных участках цикла, в том числе на рабочем такте каждого из цилиндров. Необходимые для этого коды чисел, хранящихся в регистре 13, передаются на дифференциатор 5. Номера этих чисел определяются задатчиком 15. Первый 6 и второй 22 дифференциаторы по частоте вращения осуществляет последовательный расчет производных по частоте вращения (градиентов) корреляционной функции и энергетического спектра. Необходимые для этого коды чисел поступают с выходов коррелометра 20, измерителя энергетического спектра 21 и блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл. Первый 6 и второй 22 дифференциаторы по частоте вращения представляют собой последовательно соединенные дифференциаторы корреляционной функции и энергетического спектра по времени и делители соответственно, которые осуществляют деление соответствующих кодов чисел производных по времени на коды чисел частоты вращения, поступающих с выхода блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл. Первое 7 и второе 25 сравнивающие устройства, селектор уровня 17 представляют собой цифровые схемы сравнения кодов чисел, поступающих на соответствующие входы. Селектор уровня 17 сравнивает коды чисел, поступающих с блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл и задатчика 18 частоты измерения, который состоит из набора декадных переключателей (четыре переключателя), с помощью которых выставляется требуемая при измерении частота вращения, дешифратора и регистра, формирующего на выходе код, соответствующий этой частоте. Первый 9 и второй 26 источники опорного напряжения построены аналогично задатчику 18 частоты измерения, на которых выставляется номинальная частота вращения. Преобразователь 10 временного интервала в код построен по известной схеме, разрядность которого, а также регистра временного хранения 11 и блока 12 синхронизации начала отсчета угловых меток определяется требуемой погрешностью преобразования временного интервала. Блок 12 синхронизации начала отсчета угловых меток представляет собой статический триггер, на один из входов которого подаются импульсы с формирователя 4 импульса ВМТ, а на второй - сигналы "0" или импульсный "1", которые подаются по команде с управляющего устройства 32. Задатчик угловых меток цикла 14 состоит из одного или более (в зависимости от числа марок испытуемых двигателей) декадных переключателей, при каждом положении которого определяется число 2Z регистров блока 13, на которые подается сигнал разрешения записи. Задатчик 15 номеров угловых меток цилиндров состоит из дешифратора, соединенного своими выходами с блоком 13 регистров сигнала, десятичного счетчика числа цилиндров, соединенного своими выходами с управляющими входами дешифратора; схемы объединения ИЛИ, выход которой соединен со счетным входом счетчика, один вход - со вторым выходом дифференциатора 5 по времени, а второй вход через схему формирования переднего фронта - с выходом селектора уровня 17; переключателя марки двигателя, соединенного своими выходами с информационными входами дешифратора. Дешифратор разбит на группы, число которых равно числу цилиндров для данной марки двигателя, т.е. определяется положением переключателя марки двигателя. Выходы каждой группы подсоединены к соответствующим управляющим входам блока 13 регистров сигнала. Количество этих выходов определяется числом угловых меток, приходящихся на рабочий такт контролируемого цилиндра. При установке переключателя в заданное положение на управляющие входы соответствующих групп дешифратора подается потенциал, разрешающий коммутацию регистров блока 13 при условии, что на других управляющих входах данной группы дешифратора имеется разрешающий потенциал от счетчика числа цилиндров. При появлении сигнала на выходе селектора 17 с помощью схемы выделения переднего фронта формируется импульс, который через схему ИЛИ подается на счетный вход десятичного счетчика числа цилиндров. С выхода "1" счетчика разрешающий потенциал поступает на управляющие входы той группы дешифратора, которая коммутирует регистры блока 13, содержащие информацию о рабочем такте первого цилиндра. Эта информация поступает в дифференциатор 5 по времени. По окончании вычисления ускорения на рабочем такте первого цилиндра со второго выхода дифференциатора 5 подается импульс через второй вход схемы ИЛИ на счетный вход счетчика числа цилиндров, с выхода "2" которого разрешающий потенциал подается на группу дешифратора, коммутирующую регистры, которые определяют временные интервалы на рабочем такте второго цилиндра. Далее процесс повторяется. Блок 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл и усреднитель 19 ускорений представляют собой арифметические устройства (микропроцессорные спецвычислители), осуществляющие операцию нахождения среднего арифметического чисел. Блок 16 усредняет коды чисел, поступающих с блока 13 регистров сигнала, а также добавление последующего и вычитание первого числа, если измеренная частота меньше заданной (опорной n<n). Усреднитель 19 ускорений усредняет коды чисел, поступающих с дифференциатора 5.
Кореллометр 20 и измеритель энергетического спектра 21 построены по известным схемам цифровых устройств и могут быть реализованы также на микропроцессорных спецвычислителях или микроЭВМ. Например, коррелометр 20 измеряет АКФ и ВКФ (6), (7), (11), (13) и содержит запоминающее устройство, схему задержки (сдвига) в одном из каналов (на сдвиговом регистре) и арифметическое устройство, реализующее операции суммирования и умножения:
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>x</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>r</mi><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mi>r</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mi>r</mi></mrow></munderover><mrow><msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>x</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>r</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow>
;
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>x</mi><mi>y</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>r</mi><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mi>r</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mi>r</mi></mrow></munderover><mrow><msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>y</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>r</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow>
; r=0, 1 2, …m,
n
где N значений процесса [x], (n=1, 2, …N) взяты через равный интервал времени Δt из реализации x(t)=x(nΔt) для АКФ и x(t)=x(nΔt) и y(t)=y(nΔt) - для ВКФ, причем y(t) - реализация, взятая на рабочем такте другого цилиндра ДВС; m<N.
Измеритель энергетического спектра 21 измеряет односторонний энергетический и взаимный энергетический спектры (5), (8), (9), (10), (13) и содержит запоминающее устройство, схему задержки (сдвига) в одном из каналов (на сдвиговом регистре) и арифметическое устройство, реализующее операции суммирования и умножения:
<mrow><msub><mi>G</mi><mrow><mi>x</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msub><mi>n</mi><mi>d</mi></msub><mi>N</mi><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>n</mi><mi>d</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>X</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mrow>
;
<mrow><msub><mi>G</mi><mrow><mi>x</mi><mi>y</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msub><mi>n</mi><mi>d</mi></msub><mi>N</mi><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mi>X</mi><mo>∗</mo></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>Y</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
;
<mrow><msub><mi>X</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mi>t</mi><msub><mi>X</mi><mrow><mi>i</mi><mi>k</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></mrow><mi>N</mi></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
;
∗
∗
k
k
X(f)=ΔtX(k); Y(f)=ΔtY(k);
∗
∗
∗
X(k)=[Z(k)+Z(N-k)]/2; Y(k)=[Z(k)-Z(N-k)]/2j;
<mrow><mi>Z</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>j</mi><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></mrow><mi>N</mi></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
<mrow><msup><mi>Z</mi><mo>∗</mo></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mi>k</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle><mi>exp</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mo>−</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>k</mi><mi>n</mi></mrow><mi>N</mi></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
;
;
d
k=0, 1 2, …N/2; n=0, 1 2, …N; i=0,1 2, …n,
i
i
i
in
in
k
где у каждой реализации x(t) для энергетического спектра, x(t) и y(t) - для взаимного энергетического спектра взято N отсчетов x и y; f=k/(NΔt).
АКФ, ВКФ, энергетический и взаимный энергетический спектры могут быть вычислены также любым другим способом, в том числе, с применением быстрого преобразования Фурье процессов или с помощью стандартного прикладного пакета программ.
Первый 23 и второй 24 измерители максимумов, измеритель 29 фазочастотных характеристик могут быть выполнены по одной из известных схем. Первый определитель 28 угла опережения осуществляет операцию нахождения временных интервалов между максимумами путем подсчета счетчиком 33 числа отсчетов (регистров), в которые последовательно пересылаются коды чисел от первого до второго и последующих максимумов, и с учетом известного периода следования импульсов генератора тактовых импульсов 31 расчета функциональным преобразователем 34 этих временных интервалов. Второй определитель 30 угла опережения с помощью вычислителя 35 определяет тангенс угла наклона фазочастотных характеристик по отношениям амплитуд и частот с последующим преобразованием в функциональном преобразователе 36 этих чисел во временные интервалы. Функциональные преобразователи 34, 36 и вычислитель 35 представляют собой арифметические устройства (микропроцессорные спецвычислители). Управляющее устройство 32 содержит блок ручного управления, формирователь команд управления, дешифратор адреса, приемник (регистры ввода).
Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем. В устройстве предусмотрено 9 режимов работы: 1) «измерение угла опережения двигателя в разгоне», 2) «измерение угла опережения двигателя в разгоне-выбеге», 3) «измерение угла опережения цилиндров в разгоне по ускорению», 4) «измерение угла опережения цилиндров в разгоне по интервалу до ВМТ», 5) «измерение угла опережения цилиндров в разгоне и выбеге по интервалу между максимумами», 6) «измерение угла опережения цилиндров в стационарных режимах прокрутки и полной нагрузки по интервалу между максимумами», 7) «измерение угла опережения цилиндров в стационарном режиме полной нагрузки по интервалу до ВМТ», 8) «измерение угла опережения цилиндров в разгоне двигателя с неуравновешенной гармоникой по интервалу между максимумами», 9) «измерение угла опережения цилиндров в разгоне и выбеге двигателя с неуравновешенной гармоникой по интервалу между максимумами».
оп
оп
При работе в режиме «измерение угла опережения двигателя в разгоне» перед началом измерения оператором устанавливается с помощью задатчика 14 требуемая длина массива чисел, записываемых в блок 13 регистров сигнала, с задатчика 15 сигнал «1», с задатчика 18 - номинальная частота вращения. С блока ручного управления управляющего устройства 32 через формирователь команд управления и дешифратор адреса осуществляется установка в исходное состояние блоков 5-8, 11-13, 19-25, 27-30. Формирователь 2 импульсов создает стандартные импульсы с частотой следования, пропорциональной угловой скорости вращения вала, из сигнала, поступающего с датчика 1 частоты вращения. Если на управляющем входе блока 12 синхронизации начала отсчета угловых меток стоит сигнал "0", с его выхода на управляющий вход регистра 11 временного хранения поступает сигнал, запрещающий запись информации в этот регистр. Если на управляющий вход блока 12 поступил сигнал "1", то с приходом с датчика 3 сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра, и импульса с формирователя 4 триггер блока 12 синхронизации начала отсчета угловых меток устанавливается в другое устойчивое состояние, при этом блокируется первый сигнальный вход блока 12 и на его выходе появляется потенциал, разрешающий запись в регистр 11 кода числа, поступающего с преобразователя 10 временного интервала в код. По команде управляющего устройства 32 код числа с регистра 11 записывается в блоке 13 регистров сигнала. Таким образом, первый временной интервал, записанный в блоке 13 соответствует одной и той же угловой метке, следующей непосредственно за началом впрыска топлива в первый цилиндр. Так как вход блока 12 заблокирован, то в блоке 13 хранятся отсчеты, начиная с первой угловой метки. Далее в разгоне и выбеге указанная угловая метка служит опорной и определяет нумерацию отсчетов, хранящихся в блоке 13. Погрешность, вносимая несовпадением опорного импульса с импульсом впрыска не превышает интервала между соседними угловыми метками и при достаточно большом их числе (больше ста) вносимая погрешность ничтожна. Кроме того, после момента впрыска до момента начала горения газовые силы еще не формируют положительного ускорения. Поступающие затем коды временных интервалов с преобразователя 10 через регистр 11 записываются поочередно в блоке 13 регистров сигнала. Количество записанных кодов определяется числом угловых меток за цикл работы двигателя (для четырехтактного ДВС оно равно удвоенному числу Z угловых меток на коленчатом валу), т.е. числом регистров, разрешение на запись в которые поступило от задатчика 14 угловых меток цикла. Коды чисел, хранящихся в блоке 13, поступают на сигнальный вход блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл и со второго выхода - на цифровой дифференциатор 5 по времени. В блоке 16 непрерывно рассчитывается текущая частота вращения. Если измеренное значение n меньше n, то блок 16 производит добавление кода следующего числа: (2Z-1)-го или (4Z-1)-го и вычитание кода первого числа. Коды ускорений в разгоне и выбеге с выхода дифференциатора 5 непрерывно подаются на усреднитель 19, в котором проводится усреднение отсчетов ускорений за цикл. Коды усредненных за цикл ускорений непрерывно в течение разгона подаются с выхода усреднителя 19 на входы цифровых коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21. Отсчеты рассчитанных в коррелометре 20 и измерителе энергетического спектра 21 автокореляционной функции и энергетического спектра подаются на сигнальные входы первого 6 и второго 22 дифференциаторов по частоте вращения соответственно, с выхода которых коды чисел поступают на сигнальные входы первого 23 и второго 24 измерителей максимумов соответственно. При определении этими блоками максимумов на разрешающие входы первого 7 и второго 25 сравнивающих устройств подается сигнал «1», разрешающий сравнение кодов чисел, соответствующих текущей и номинальной частотам вращения, и поступающих с блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл и первого 9 и второго 26 источников опорного напряжения соответственно. Коды чисел разностей, пропорциональные углу опережения топлива ДВС, передаются с выходов первого 7 и второго 25 сравнивающих устройств на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для конкретной марки двигателя, результаты измерения могут представляться на индикаторе 8 в градусах. Селектор уровня 17 непрерывно следит за изменяющейся в разгоне частотой вращения и фиксирует момент достижения двигателем номинальной частоты n, Сигнал с его выхода подается на четвертый управляющий вход блока 13 регистров сигнала и прекращает запись информации в регистры. Служебные связи между вычислительными блоками 5… 8, 10, 16, 17, 19… 25, 27… 30 и остальными блоками ("запрос на прерывание", "готовность к обслуживанию внешних устройств") на фиг.10 не показаны, как несущественные.
При работе в режиме «измерение угла опережения двигателя в разгоне-выбеге» принцип действия устройства аналогичен предыдущему режиму, за исключением того, что по команде управляющего устройства 32 в различные группы регистров запоминающих устройств коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21 заносятся с выхода усреднителя 19 последовательно ускорения разгона и выбега, затем проводится расчет взаимокорреляционной функции угловых ускорений коленчатого вала разгона и выбега, автокорреляционной функции выбега в коррелометре 20 и взаимного энергетического спектра в измерителе энергетического спектра 21 средних за цикл работы двигателя значений угловых ускорений коленчатого вала разгона и выбега. Далее по команде управляющего устройства 32 блокируется работа первого 6 и второго 22 дифференциаторов. При этом коды чисел взаимокорреляционной и автокорреляционной функций беспрепятственно проходят на сигнальный вход первого измерителя максимумов 23. Код числа первого максимума с выхода этого измерителя записывается в блоке 27 регистров максимумов. Код числа первого максимума последовательно переписывается в следующие регистры при поступлении каждого импульса на второй управляющий вход блока 27 с генератора 31 тактовых импульсов. При поступлении второго максимума он записывается в блоке 27 и дальнейшая запись прекращается. Так как запись кодов чисел в коррелометр 20 и измеритель энергетического спектра 21 проводится с тем же временным интервалом, т.е. при поступлении каждого импульса на их вторые управляющие вход с генератора 31, то счетчик 33 первого определителя 28 угла опережения считает число отсчетов (регистров), в которые последовательно пересылаются коды чисел от первого до второго максимумов. При этом с выхода блоке 27 регистров максимумов при записи первого максимума подается на счетчик 33 сигнал «1» разрешения счета, а при записи второго максимума - сигнал «0» окончания счета. С учетом периода следования тактовых импульсов определяется функциональным преобразователем 34 временной интервал между максимумами, значение которого передается на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для конкретной марки двигателя, результаты измерения могут представляться на индикаторе 8 в градусах. По команде управляющего устройства 32 коды чисел с выхода измерителя энергетического спектра 21 поступают на сигнальный вход измерителя 29 фазочастотных характеристик и далее на сигнальный вход второго определителя угла 30 опережения, в вычислителе 35 которого рассчитывается тангенс угла наклона фазочастотной характеристики и функциональным преобразователем 36 определяется временное смещение, значение которого передается на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для конкретной марки двигателя, результаты измерения также могут представляться на индикаторе 8 в градусах.
оп
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне по ускорению» начальная обработка сигналов аналогична работе устройства в режиме «измерение угла опережения двигателя в разгоне». Кроме того, предварительно в задатчике 16 устанавливают номера угловых меток начала и конца каждого из цилиндров, а в задатчике 18 - номинальную частоту измерения. По командам управляющего устройства 32 на дифференциатор 5 подаются соответствующие коды и вычисляются ускорения на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности по известным формулам, которые последовательно подаются на усреднитель 19, с выхода которого усредненные за рабочий такт коды ускорений непрерывно в течение разгона подаются через заблокированные коррелометр 20 и измеритель энергетического спектра 21 непосредственно на сигнальные входы первого 6 (или второго 22) дифференциатора по частоте вращения, с выхода которого коды чисел поочередно поступают на сигнальные входы первого 23 (или второго 24) измерителя максимумов. При определении этим блоком максимумов цилиндров поочередно на разрешающие входы первого 7 (или второго 25) сравнивающих устройств подается сигнал «1», разрешающий сравнение кодов чисел, соответствующих текущей и номинальной частотам вращения, и поступающих с блока 16 вычисления среднего значения частоты вращения за цикл и первого 9 (или второго 26) источников опорного напряжения. Коды чисел разностей, пропорциональные углам опережения цилиндров, передаются с выходов первого 7 (или второго 25) сравнивающих устройств на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для конкретной марки двигателя, результаты измерения могут представляться на индикаторе 8 в градусах. Запись чисел в блок 13 сигнала прекращается при достижении двигателем номинальной частоты n и поступлении с выхода селектора уровня 17 на четвертый управляющий вход блока 13 запрещающего сигнала.
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне по интервалу до ВМТ» обработка сигналов аналогична работе устройства в предыдущих двух режимах за исключением того, что предварительно в задатчике 18 устанавливают поочередно заданные частоты вращения, на каждой из которых проводятся измерения в соответствующем разгоне. Достаточно устанавливать частоты: минимальную холостого хода, максимального крутящего момента, номинальную и 2…3 промежуточных между ними. Кроме того, по командам управляющего устройства 32 коды ускорений на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности с выхода дифференциатора 5 последовательно подаются через заблокированный усреднитель 19 без усреднения на сигнальный вход коррелометра 20. Коды автокорреляционных функций ускорений разгона цилиндров с выхода коррелометра 20 через заблокированный блок 6 без обработки последовательно поступают на сигнальный вход первого 23 измерителя максимумов. В этом режиме по командам управляющего устройства 32 вход первого 7 сравнивающего устройства заблокирован, а первый отсчет, поступающий на сигнальный вход первого 23 измерителя максимумов проходит на вход блока 27 регистров и записывается. Код числа этого первого отсчета последовательно переписывается в следующие регистры при поступлении каждого импульса на второй управляющий вход с генератора 31 тактовых импульсов. При поступлении с выхода первого 23 измерителя максимумов первого, второго и последующих максимумов цилиндров они записываются в блоке 27. С поступлением последнего максимума дальнейшая запись прекращается. Так как запись кодов чисел в коррелометр 20 проводится с тем же временным интервалом, т.е. при поступлении каждого импульса на их вторые управляющие вход с генератора 31, то счетчик 33 первого определителя 28 угла опережения последовательно считает число отсчетов (регистров) в блоке 27, в которые последовательно пересылаются коды чисел от первого отсчета, соответствующего ВМТ первого цилиндра до первого, второго и последующих максимумов. При этом с выхода блока 27 регистров максимумов при записи первого отсчета подается на счетчик 33 сигнал «1» разрешения счета, а при записи последнего максимума - сигнал «0» окончания счета. С учетом периода следования тактовых импульсов определяется функциональным преобразователем 34 первого определителя 28 угла опережения временной интервал между первым отсчетом и максимумами цилиндров, значения которых непрерывно передаются на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для конкретной марки двигателя, результаты измерения могут представляться на индикаторе 8 в градусах.
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне и выбеге по интервалу между максимумами» обработка сигналов аналогична работе устройства в предыдущих трех режимах за исключением того, что предварительно в задатчике 18 устанавливают поочередно заданные частоты вращения, на каждой из которых проводятся измерения в соответствующем разгоне и выбеге. При этом в блоке 13 регистров записываются последовательно и хранятся коды чисел в разгоне и выбеге. По команде управляющего устройства 32 в различные группы регистров запоминающих устройств коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21 заносятся с выхода дифференциатора 5 через заблокированный усреднитель 19 последовательно ускорения разгона и выбега цилиндров. Аналогично предыдущему режиму в коррелометре 20 рассчитываются автокорреляционные функции ускорений выбега цилиндров. Коды автокорреляционных функций ускорений выбега цилиндров с выхода коррелометра 20 через заблокированный блок 6 без обработки последовательно поступают на сигнальный вход первого 23 измерителя максимумов. При поступлении с выхода первого 23 измерителя максимумов первого, второго и последующих максимумов выбега цилиндров они записываются в блоке 27. Коды чисел первого и последующих максимумов последовательно переписывается в следующие регистры при поступлении каждого импульса на второй управляющий вход блока 27 с генератора 31 тактовых импульсов. С поступлением последнего максимума дальнейшая запись прекращается. Затем по команде управляющего устройства 32 проводится коррелометром 20 расчет взаимокорреляционных функций угловых ускорений разгона и выбега цилиндров. Коды чисел взаимокорреляционных функций беспрепятственно проходят на сигнальный вход первого 23 измерителя максимумов. При поступлении с выхода первого 23 измерителя максимумов первого, второго и последующих максимумов разгона-выбега цилиндров они также записываются в блоке 27. Коды чисел первого и последующих максимумов последовательно переписывается в следующие регистры при поступлении каждого импульса на второй управляющий вход блока 27 с генератора 31 тактовых импульсов. С поступлением последнего максимума дальнейшая запись прекращается. По команде управляющего устройства 32 счетчик 33 первого определителя 28 угла опережения последовательно считает число отсчетов (регистров) в блоке 27 от первого максимума выбега до первого максимума разгона-выбега, от второго максимума выбега до второго максимума разгона-выбега и так далее по всем цилиндрам. При этом с выхода блока 27 регистров максимумов при записи первого максимума выбега подается на счетчик 33 блока 28 сигнал «1» разрешения счета, а при записи последнего максимума разгона-выбега - сигнал «0» окончания счета. С учетом периода следования тактовых импульсов определяется функциональным преобразователем 34 временные интервалы между максимумами цилиндров, значения которых передаются на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для цилиндров конкретной марки двигателя, результаты измерения могут представляться на индикаторе 8 в градусах. Затем по команде управляющего устройства 32 измерителем энергетического спектра 21 проводится расчет взаимных энергетических спектров ускорений разгона и выбега цилиндров. Коды чисел с выхода этого измерителя поступают на сигнальный вход измерителя 29 фазочастотных характеристик и далее на сигнальный вход второго определителя угла 30 опережения, в котором вычислителем 35 рассчитываются тангенсы углов наклона фазочастотных характеристик цилиндров и функциональным преобразователем 36 определяются временные смещения, значения которых передаются на индикатор 8. При использовании градуировочного графика для цилиндров конкретной марки двигателя, результаты измерения также могут представляться на индикаторе 8 в градусах.
При использовании на испытательном стенде нагрузочных механизмов устройство может работать в стационарном режиме прокрутки и полной нагрузки при заданных частотах вращения коленчатого вала.
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в стационарных режимах прокрутки и полной нагрузки по интервалу между максимумами» обработка сигналов аналогична работе устройства в предыдущем режиме за исключением того, что вместо разгона и выбега измерения проводятся в стационарных режимах полной нагрузки и прокрутки соответственно. При этом в блоке 13 регистров записываются последовательно до заполнения групп регистров полной нагрузки и прокрутки и хранятся коды чисел в этих режимах. По команде управляющего устройства 32 в различные группы регистров запоминающих устройств коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21 заносятся с выхода дифференциатора 5 через заблокированный усреднитель 19 последовательно ускорения цилиндров, измеренные в стационарных режимах полной нагрузки и прокрутки. Аналогично предыдущему режиму в коррелометре 20 последовательно рассчитываются автокорреляционные функции ускорений прокрутки цилиндров и взаимокорреляционные функции угловых ускорений цилиндров, измеренных в стационарных режимах полной нагрузки и прокрутки, а в измерителе энергетического спектра 21 - взаимные энергетические спектры этих ускорений с последующим расчетом в измерителе 29 фазочастотных характеристик цилиндров. Определение временных смещений и угла опережения впрыска каждого цилиндра проводится аналогично предыдущему режиму. При использовании градуировочного графика для цилиндров конкретной марки двигателя, результаты измерения также могут представляться на индикаторе 8 в градусах.
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в стационарном режиме полной нагрузки по интервалу до ВМТ» обработка сигналов аналогична работе устройства в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне по интервалу до ВМТ». При этом в блоке 13 регистров записываются последовательно до заполнения группы регистров полной нагрузки и хранятся коды чисел в этом режиме.
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне двигателя с неуравновешенной гармоникой по интервалу между максимумами» обработка сигналов аналогична работе устройства в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне и выбеге по интервалу между максимумами» за исключением того, что предварительно в задатчике 18 устанавливают номинальную частоту вращения, при достижении которой определяют автокорреляционные функции ускорений разгона на такте расширения и рабочем такте каждого цилиндра по отдельности, а также взаимные энергетические спектры ускорений на этих тактах и их фазочастотные характеристики. При этом в блоке 13 регистров записываются и хранятся коды чисел ускорений разгона на такте расширения (вместо ускорений выбега) и рабочем такте каждого цилиндра. По команде управляющего устройства 32 в различные группы регистров запоминающих устройств коррелометра 20 и измерителя энергетического спектра 21 заносятся с выхода дифференциатора 5 через заблокированный усреднитель 19 последовательно ускорения на такте расширения (вместо ускорений выбега) и рабочем такте каждого цилиндра. Дальнейший порядок работы устройства аналогичен.
При работе в режиме «измерение угла опережения цилиндров в разгоне и выбеге двигателя с неуравновешенной гармоникой по интервалу между максимумами» работа устройства аналогична предыдущему режиму, за исключением того, что вместо ускорений разгона на тактах расширения записываются и обрабатываются ускорения свободного выбега на этих тактах.
Источники информации
3
1. Патент №183231 ВНР, МКИ, кл. F02D 31/00. Устройство для определения угла опережения впрыскивания топлива двигателя внутреннего сгорания, 1986.
3
2. Патент №4378695 США, МКИ, кл. G01M 15/00. Способ оценки угла опережения впрыскивания топлива двигателя внутреннего сгорания, 1983.
3
3. Авторское свидетельство СССР №1740759 SU, МКИ, кл. F02M 65/00. Способ определения угла опережения впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления. Заявл. 30.03.89. №4669730/06, опубл. 15.06.92. Бюл. №22.