УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАКОКСОВАННОСТИ ВЫПУСКНЫХ ОКОН ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а точнее к диагностике, испытаниям и техническому обслуживанию двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащее источник питания, регистратор и сигнализатор, выполненный в виде двух параллельно установленных в выпускных окнах пластин, одна из которых подключена к положительному, а другая-к отрицательному полюсам источника питания, с которым связан регистратор. [Патент РФ №1142749, МПК: F01M 15/00 Опубл. 28.02.1985. Бюл. №8. устройство для диагностирования предельных отложений на выпускных окнах двигателя внутреннего сгорания].
Данное устройство обладает рядом недостатков, таких как необходимость внесения существенных изменений в информационно-измерительную систему ДВС, конструктивное изменение выхлопной системы ДВС, большие трудозатраты, высокая стоимость внедрения.
Известно устройство, содержащее двигатель внутреннего сгорания с топливным насосом высокого давления, электронный регулятора чистоты вращения с блоком управления, датчиком частоты вращения и исполнительным устройством, а также модулятор, рычажную передачу и орган задания частоты вращения. [Марков В.А., Фурман В.В., Иванов В.А. Исследование системы автоматического регулирования частоты вращения тепловозного дизеля // Транспортное и энергетическое машиностроение.-2013. №8.-С. 54-63].
Недостатком данного устройства является узкая возможность информационно-измерительной системы и возможность контроля тех параметров ДВС, которые доступны только при прямом измерении и требуют затрат не соизмеримые с потерями от неисправности ДВС.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение возможностей информационно-измерительной системы устройства, позволяющим в реальном времени регистрировать и обрабатывать большое количество параметров работы ДВС, что дает возможность производить измерения не наблюдаемых (не доступных прямому измерению) параметров, а по косвенным признакам путем контроля закоксованности выпускных окон без существенных изменений в информационно-измерительной системе ДВС, без изменения выхлопной системы ДВС, с наименьшими трудозатраты и невысокой стоимостью внедрения.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения закоксованности двигателя внутреннего сгорания, состоящий из органа задания частоты вращения, электронного регулятора частоты вращения который состоит из блока управления, датчика частоты вращения, исполнительного устройства, выход которого соединен с рычажной передачей, причем ее выход соединен с топливным насосом высокого давления, двигателя внутреннего сгорания, модулятор, выход которого соединен с электронным регулятором частоты вращения дополнительно введены блок диагностики, который состоит из датчиков расхода топлива, датчика расхода воздуха и датчика температуры выхлопных газов, выходы которых входят в информационно-измерительную систему в блок формирования корректирующего сигнала ДВС, который является выходом из информационно-измерительной системы.
Введение в устройство информационно-измерительной системы топливоподачи, состоящей из блока диагностики, позволяет в реальном времени регистрировать и обрабатывать такие параметры, как расхода топлива, расход воздуха, температура выпускных газов, а также корректировать работу ДВС.
Введение в устройство блока формирования корректирующего сигнала работы ДВС позволяет двигателю работать в заданном режиме без превышения максимальной мощности, чтобы не произошел перегрев выпускных окон и не возникло самовозгорание двигателя, все это позволит расширить функции системы.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема информационно-измерительной системы устройства для измерения закоксованности выпускных окон ДВС. Устройство для измерения закоксованности выпускных окон ДВС содержит ДВС 1 с ТНВД 2, электронный регулятор чистоты вращения 3 с блоком управления 4, датчиком частоты вращения 5 и исполнительным устройством 6, а также модулятор 7, рычажную передачу 8, орган задания частоты вращения 9, информационно-измерительную систему 10, состоящую из блока диагностики 11, в который входят датчик расхода топлива 12, датчик расхода воздуха 13, датчик температуры выпускных газов 14, а также блок формирования корректирующего сигнала работы ДВС 15.
Система работает следующим образом.
Устройство для измерения закоксованности выпускных окон ДВС работает на основе оценки системы неравенств:
1
2
4
1
3
4
2
3
4
3-
где, a, a, a, b, b, b, с, с, a-настроечные коэффициенты которые необходимо подбирать в зависимости от марки двигателя, Dзначение закоксованности в процентах.
Реализация блока диагностики закоксовоности выхлопных окон представлена в виде структурной схемы фиг. 2, в которой &-блок логического сравнения «И», ⊗-сложение. Остальные обозначения соответствуют переменным в неравенстве (1).
Блок диагностики закоксованности выпускных окон работает в реальном времени и обрабатывает параметры системы, получает данные с датчиков расхода топлива, воздуха и температуры выхлопных газов. Далее с помощью простейших математических операций реализует вычисление значений в соответствии с уравнением (1) (для всех трех неравенств) и в блоках D3 производится сравнивание полученных результатов с заданным значением предельной закоксованности. После блоков сравнения информация передается в битовом формате (false или true) в блок логического сравнения "И" и если все три логических сигнала имеют значение "true" на выходе блока "И", означающее превышение порога закоксованности выпускных окон, подается сигнал на индикатор аварийного режима двигателя и в блок формирования корректирующего сигнала работы ДВС.
Сигнал корректировки работы ДВС передается в блок управления для формирования сигнала для занижения подачи топлива, тем самым, не давая двигателю превысить максимальную мощность, чтобы не произошел, перегрев выпускных окон и не возникло самовозгорания двигателя.
Состав информационно-измерительной системы устройства приведен в таблице 1.
Проверка работоспособности алгоритма диагностики закоксованности выпускных окон в составе физической информационно-измерительной системы устройства контроля состояния двигателя проведена на газодизельной установке на базе двигателя Д-242.
e
в
1
в
i
b
ОГ
Полные статистические исследования параметров ДВС характеризуют протекание рабочих процессов в нем относительно эффективной мощности N. В основе приведенных исследований лежат парные корреляционные коэффициенты (ПКК) и парные дисперсионные отношения (ПДО) переменных. Параметры, которые отражают состояние ДВС по эффективной мощности N зависят от следующих переменных: цикловой подачи топлива (x), удельного расхода топлива (b), среднего индикаторного давления (P), расхода воздуха (G), периода задержки воспламенения (), температуры отработанных газов (Т).
В таблице 2 приведены результаты исследования изученных признаков с учетом ПДО, ПКК.
Анализ дисперсионных отношений эффекта взаимодействия показывает, что набольшее взаимодействие наблюдается между переменными: (6-7)→0,715; (7-8)→0,518; (8-9)→0,518; (11-13)→0,165; (15-16)→0,838.
Значения дисперсионных отношений эффектов влияния взаимосвязей для этого набора переменных: (1-3)→0,36; (6-7)→0,44; (13-15)→0,615.
Для определения среднего индикаторного давления имеются трудности при снятии параметров, поэтому его можно исключить из дальнейшего анализа и заменить расходом воздуха, так как между ним и расходом воздуха наблюдается взаимодействие (8-9)→0,518.
4
1
в
2
b
3
ОГ
Для исследования взаимосвязи закоксованности выпускных окон с удельным расходом топлива, расходом воздуха и температурой отработанных газов, разработана программа, где за выходной параметр у взят параметр - закоксованность выпускных окон (х), а за входные x- удельный расход топлива (b), х- расход воздуха (G), х - температура отработанных газов (Т).
В ходе вычислений получены результаты, которые представлены в виде распечатки окна программы и показаны на фиг. 3.
1
2
3
1
2
1
3
2
3
1
2
3
Взаимосвязь между выходом (у) и входными параметрами следующая: (окно ResM) парные дисперсионные отношения x- 0.381, х - 0,816, х- 0.687; эффект взаимодействия xх - 0.364, хх- 0,743, хх- 0.305, ххх- 0,414.
2
1
3
1
2
2
3
1
3
1
2
В окне расчетов (CorrXY) приведены оценки корреляционной взаимосвязи, из которых видно, что хорошая корреляция между параметрами у и х- 0,881, и x и х - 0,774, а также хх - 0,515, хх - 0,287, что дает основание не использовать для построения модели одну из переменных x или х, x или х. Так, как параметр xi имеет сильный эффект корреляции с параметрами Х2 и хз его можно исключить из модели. Также оценка множественных дисперсионных отношений составляет MDO=0,958, что дает основание говорить о возможности построения модели с погрешностью до 5%.
f
2
3
Из анализа парных дисперсионных отношений, эффектов взаимодействия и эффектов корреляции, следует, что предпочтительная модель будет иметь функциональную аддитивную зависимость следующего вида у=(х,x)
Предложенное устройство для измерения закоксованности выпускных окон двигателя внутреннего сгорания позволяет без разборки при проведении всех видов технического обслуживания диагностировать предельные отложения на выпускных окнах, для уменьшения воздействия на окружающую среду, улучшения технических и эксплуатационных характеристик, а также своевременного устранения технических неисправностей и корректировку неоптимальных режимов работы двигателей внутреннего сгорания, расширение функции системы и увеличение надежности оборудования на 5-10%.