АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДАННЫХ О ТЕХНИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к устройствам для стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как с принудительным воспламенением - с жидким и газообразным топливом, так и с воспламенением от сжатия - дизели. Полезная модель может быть использована для расширения возможностей существующих видов испытаний: исследовательских, доводочных и диагностических, введения дополнительных датчиков и газоанализатора, с помощью которых повышается информативность и точность определения контрольных параметров фактического состояния двигателей и их отклонение от номинальных значений, диагностирование любого типа ДВС, автоматически с большей достоверностью и на основании обработки и анализа большего объема информации оценивать возможности дальнейшей эксплуатации при одновременном снижении трудозатрат в режиме реального времени.
Известна автоматизированная система диагностики бензиновых автотракторных двигателей (патент RU №2349890, МПК G01M 15/04 C1, опубл. 20.03.2009). Автоматизированная система основана на том, что в процессе проведения шести циклов операций "разгон-выбег" двигателя сигналы с датчика частоты вращения, датчика расхода топлива, датчика угла опережения зажигания, датчика давления поступают в устройство записи, состоящее из семи основных элементов (трех преобразователей уровня, инструментального усилителя, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и микроконтроллера), которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. После этого полученная информация обрабатывается в ПК и результаты контроля представляются пользователю в виде цифровых значений диагностических параметров и графиков динамических скоростных характеристик двигателя.
Недостатком является то, что она не позволяет автоматизировано оценить возможность дальнейшей эксплуатации и состояние двигателя. Кроме того, способ не позволяет оценить в полном объеме реальное состояние системы питания и смазки дизельных двигателей, отличающихся от бензиновых, как принципиально по способу воспламенения топливной смеси, так и конструктивно по устройству элементов подачи топлива.
Наиболее близким техническим решением выбран к заявленной полезной модели является автоматизированная система диагностики стационарных дизельных двигателей (патент RU №2445596, МПК G01M 15/04, опубл. 20.03.2012), которая может быть использована для повышения точности определения контрольных параметров технического фактического состояния двигателей и их отклонений от номинальных значений, диагностирования стационарного дизельного двигателя, автоматизированной оценки возможности дальнейшей эксплуатации, при одновременном снижении трудозатрат за счет автоматизации процесса измерения первичных величин и анализа полученных данных. Автоматизированная система диагностики стационарных дизельных двигателей основана на том, что в процессе испытаний проводится трехкратное снятие нагрузочной характеристики, где аргумент нагрузки эффективной мощности (Ne) изменяется от 0 до 100% нагрузки ступенчато с шагом 25%, в течение которых сигналы, снимаемые с выхода датчиков, установленных на двигателе, поступают в АЦП, который преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. Вся полученная информация обрабатывается в ПК с помощью специальной программы представляется в виде числовых значений параметров технического состояния и графиков нагрузочных характеристик двигателя. Также на основании полученных данных строится логическая модель возможности возникновения неисправностей, позволяющая оценивать фактическое состояние двигателя в реальном времени.
Недостатками прототипа являются использование автоматизированной системы только для диагностики стационарных дизелей в условиях эксплуатации; таким образом, двигатели с принудительным зажиганием - бензиновые и газовые не могут быть подвергнуты диагностированию. Система не позволяет производить научно-исследовательские, доводочные и ресурсные испытания. Также в системе не осуществляется газовый анализ продуктов сгорания, а установлен только дымомер; отсутствует датчик концентрации кислорода и не позволяет системе подготавливать необходимый состав топливовоздушной смеси в цилиндре. Кроме того, в рассматриваемой системе установлен датчик давления газов в цилиндре, но получение характера изменения давления в цилиндре (так называемая развернутая индикаторная диаграмма ИД) не может быть осуществлено без датчика угловых отметок коленчатого вала, поскольку снятие ИД должно быть привязано к углу поворота коленчатого вала; в противном случае возникает огромная инструментальная погрешность, которая сводит результат измерения давления в цилиндре к некорректным оценкам результатов диагностики.
Задачей, на решение которой направлено полезная модель, является создание автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, которая расширит возможность системы по типам исследуемых двигателей, расширит способы исследований; позволит осуществлять не только диагностические, но и другие виды испытаний, а также повысит точность и объем получаемой информации (иначе повышение информативности).
Сущность полезной модели заключается в следующем: автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, как с принудительным воспламенением (с жидким и газообразным топливом), так и воспламенением от сжатия (дизели) состоит из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика числа оборотов коленчатого вала, датчика уровня расхода топлива, датчика давления в цилиндре, дымомера, датчика детонаций, датчика положения дроссельной заслонки, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП с персональным компьютером и самого персонального компьютера. На двигателе дополнительно установлены датчик положения коленчатого вала, датчик концентрации кислорода, датчик массового расхода воздуха, газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства и на фиг. 2 - общий вид стенда автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства состоит из: устанавливаемые на испытуемом двигателе - 8 датчика числа оборотов коленчатого вала - 1, датчика уровня расхода топлива - 3, датчика давления в цилиндре - 4, дымомера - 5, датчика детонации - 2, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП - 6 с персональным компьютером (ПК) и самого ПК - 7, на двигателе дополнительно устанавливаются датчик положения коленчатого вала (KB) - 10, датчик положения дроссельной заслонки - 17, датчик концентрации кислорода - 11 и клапан его управления - 12, нагружающее устройство - 9, датчик массового расхода воздуха - 14, газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания - 13, блок электронного управления - 15. Также система имеет дистанционный пульт управления - 16.
Автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства работает следующим образом. Находящуюся на дистанционном пульте управления 16 кнопку включения следует удерживать в течение трех секунд. При этом происходит подача питания на персональный компьютер 7, одновременно на запуск ДВС 8 и ЭБУ 15. Осуществляется запуск ДВС 8, ПК 7 обрабатывает данные, полученные с ЭБУ 15, с помощью программного обеспечения распознает сигналы ДВС 8. Регулировка - калибровка, блока электронного управления (ЭБУ) 15 осуществляется с помощью программного обеспечения дополнительной кнопкой «Программирование ЭБУ». При этом на панели необходимо включить монитор персонального компьютера 7, который отображает все исходные и регулировочные параметры, характеристики изменяемых параметров в виде аналитических зависимостей и графиков. При работе ДВС 8 стандартные датчики уровня расхода топлива 3, концентрации кислорода 11, массового расхода воздуха 14, детонации 2, числа оборотов коленчатого вала 1, положения коленчатого вала 10, давления в цилиндре 4, положения дроссельной заслонки 17 подают сигналы через аналоговый цифровой преобразователь 6 в ЭБУ 15. В результате изменения нагрузки нагружающим устройством 9 изменяются характеристики ДВС 8, определяющие работу двигателя в реальных условиях эксплуатации. Основные показатели, характеризующие ДВС 8, снимаются с помощью газоанализатора вредных выбросов в продуктах сгорания 13 и ЭБУ 15, который, в свою очередь, выдает результаты через программное обеспечение на монитор персонального компьютера 7. Остановка автоматизированной системы осуществляется кнопкой выключения, установленной на пульте управления 16.
Введение датчика угловых отметок коленчатого вала (ДУО) позволяет с высокой точностью (определяемой точностью датчика и АЦП давления и дискретностью ДУО) получать развернутую индикаторную диаграмму, которая несет в себе до 70% всей информации о правильной или неправильной работе двигателя. Газоанализатор позволяет определять количество вредных выбросов в продуктах сгорания, а это - требование в настоящее время всех существующих стендов во всех странах мира. Датчик массового расхода воздуха и датчик концентрации кислорода позволяют с высокой точностью поддерживать необходимый состав топливовоздушной смеси, определяемой с помощью коэффициента избытка воздуха - λ.
Данная полезная модель используется для проведения лабораторных работ, научно-исследовательских, конструкторских работ и испытаний для совершенствования, доводке систем и узлов двигателей, отработке современных алгоритмов, программ их функционирования и самодиагностики, совершенствования стендового оборудования, автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Источники информации:
1. Патент №2349890. RU.