УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАРАБОТКИ ТРАНСПОРТНЫХ И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Полезная модель относится к измерению наработки транспортных и транспортно-технологических машин с дизельным двигателем внутреннего сгорания и предназначена в качестве автономного устройства диагностической системы оценки ресурса машины.
Известно устройство для контроля работы двигателя транспортного средства, содержащее датчик давления впускного коллектора двигателя, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и преобразователь напряжения в частоту, выход которого соединен с входом счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены источник опорного напряжения, блок вычитания и блок умножения, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход датчика давления впускного коллектора двигателя подключен к первому входу блока вычитания, выход которого соединен с первым входом блока умножения, выход источника опорного напряжения подключен ко второму входу блока вычитания, выход датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя соединен со вторым входом блока умножения [А.с. 1254520 СССР, МКИ 4 G07C 5/10. Устройство для контроля работы двигателя транспортного средства / Ю.В. Моисеев, И.Ф. Дьяков; Ульяновский политехи, ин-т. - №3810134/24 - 24; Заяв. 30.10.84; Опубл. 30.08.86, Бюл. №32].
Однако известное устройство обладает следующими недостатками: контроль работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства нарушается в ходе эксплуатации техники, так как в процессе работы машины возникают различные неисправности впускного коллектора (изменение геометрии проходного сечения, негерметичность), засоренность воздушного фильтра, влияние изменения атмосферного давления, - все это может внести значительные погрешности в показания предлагаемого прибора и не соответствовать действительному давлению внутри впускного коллектора. Кроме того, присутствует необходимость в упрощении монтажа предлагаемого устройства.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является работомер для грузового дизельного автомобиля, содержащий датчики режимов работы двигателя и движения автомобиля, интегратор электрических сигналов, выдаваемых датчиками, и, по меньшей мере, один подключенный к интегратору индикатор числовых значений, отражающих работу автомобиля, отличающийся тем, что интегратором служит микропроцессор, а датчик режимов работы двигателя содержит два устройства, одним из которых является бортовой электрогенератор переменного тока, а вторым - измеритель величины хода рейки топливного насоса [Свидетельство на полезную модель - RU 36518, МПК7 G01L 3/00. Работомер / В.Н. Басков, А.С. Денисов. - №2003118850/20; Заяв. 24.06.2003; Опубл. 10.03.2004.].
Недостатком данного устройства можно считать то, что измерение степени загрузки двигателя внутреннего сгорания по ходу топливной рейки в течение длительной эксплуатации приводит к высокой погрешности показаний величины затраченной энергии. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации возникает расхождение между количеством подаваемого топлива и величиной хода топливной рейки, вызванное износом плунжерных пар. Кроме того, высока трудоемкость монтажа датчика на топливную рейку топливного насоса высокого давления различных видов двигателей внутреннего сгорания.
Задачей полезной модели является: повысить точность измеряемой величины, сократить трудоемкость монтажа.
Возможность достижения цели обеспечивается тем, что устройство для измерения наработки транспортных и транспортно-технологических машин, в состав которого входят датчики режимов работы двигателя, один из которых - датчик частоты вращения коленчатого вала (штатный генератор переменного напряжения), электронный блок регистрации и расчета параметров, цифровое табло, содержит вибрационный датчик для измерения цикловой подачи, смонтированный на трубку высокого давления системы питания двигателя внутреннего сгорания. С помощью вычислительного средства (бортового, переносного компьютера, электронного блока управления машины и его программного обеспечения), датчика частоты вращения коленчатого вала (штатного генератора переменного напряжения) и вибрационного датчика, устанавливаемого на трубку высокого давления топливного насоса отслеживают соответственно частоту вращения коленчатого вала и величину цикловой подачи топлива. Сигналы с датчика частоты вращения коленчатого вала (штатного генератора переменного напряжения) и вибрационного датчика поступают в виде исходных электрических сигналов, которые затем преобразуются в цифровые, и, с помощью алгоритма, заданного программой, разработанной авторами, вычисляются частота вращения коленчатого вала, средний коэффициент использования двигателя по мощности, продолжительность работы двигателя внутреннего сгорания, а затем по известным формулам рассчитываются мощность и затраченная энергия транспортных и транспортно-технологических машин.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фигуре 1 приведена структурная схема устройства для измерения наработки транспортных и транспортно-технологических машин.
Устройство для измерения наработки транспортных и транспортно-технологических машин состоит из датчика частоты вращения коленчатого вала (штатного генератора переменного напряжения) (1), вибрационного датчика (2), электронного блока регистрации и расчета параметров (3), цифрового табло (4).
Конструкция включает в себя два датчика, первый из них - датчик частоты вращения коленчатого вала (штатный генератор переменного напряжения) (1), второй - вибрационный датчик (2), смонтированный на трубку высокого давления (7), которая крепится с одной стороны к штуцеру топливного насоса высокого давления (6), а с другой стороны к форсунке (8) системы питания двигателя внутреннего сгорания (5). Затем сигналы с датчиков обрабатываются при помощи программного обеспечения электронного блока регистрации и расчета параметров (3) и передаются на цифровое табло (4).
Принцип работы устройства заключается в следующем: на двигателе внутреннего сгорания (5) установлен датчик частоты вращения коленчатого вала (штатный генератор переменного напряжения) (1), который отображает количество оборотов в единицу времени. Также на трубку высокого давления (7), которая крепится с одной стороны к штуцеру топливного насоса высокого давления (6), а с другой стороны к форсунке (8) системы питания двигателя внутреннего сгорания (5), монтируется вибрационный датчик (2), отображающий амплитуду вибросигнала, прямо пропорциональную величине цикловой подачи топлива. Использование показаний с датчиков режимов работы двигателя (1 и 2) для расчета мощностных параметров и наработки производятся непрерывно, пока работает двигатель внутреннего сгорания (5) вплоть до его выключения. Сигналы с датчиков поступают в электронный блок регистрации и расчета параметров (3), где проходит их дальнейшая обработка для определения величины затрачиваемой энергии. Амплитуда вибросигнала с вибрационного датчика с помощью разработанного алгоритма преобразуется в действительную величину цикловой подачи топлива, зависящей от хода топливной рейки [Лиханов В.А., Деветьяров P.P. Испытания ДВС и топливной аппаратуры дизелей. Учебное пособие 3-е изд., испр. и доп., - Киров: Вятская ГСХА, 2008 - 106 с]
ц
р
3
где G(H) - функция цикловой подачи от хода топливной рейки, мм/цикл;
ц
р
р
3
G - цикловая подача топлива, мм/цикл; f(h) - функция хода топливной рейки, мм; h - величина хода топливной рейки, мм.
р
Доля величины хода топливной рейки двигателя внутреннего сгорания h соответствует коэффициенту использования двигателя внутреннего сгорания по мощности [Расчет топливной экономичности автомобиля [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://transportport.ru/; Шароглазов Б.А., Фарафонтов М.Ф., Клементьев В.В. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов: Учебник по курсу «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в двигателях внутреннего сгорания». - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2004. - 344 с]. Зная коэффициент использования двигателя внутреннего сгорания по мощности и среднюю частоту вращения коленчатого вала, можно будет определить величину затраченной мощности по известной формуле [Дюрягин П.И. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Эксплуатационные свойства автомобилей» для студентов специальности 190701 «Организация перевозок и управление на транспорте (Автомобильный транспорт)» очной и заочной форм обучения / П.И. Дюрягин, Д.А. Захаров, С.В. Сидоров. - Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2005. - 36 с]
max
е
N
где  - коэффициент использования двигателя внутреннего сгорания по мощности; N - максимальная мощность двигателя, кВт; n - число оборотов коленчатого вала в искомой точке скоростной характеристики двигателя, об/мин; n - число оборотов коленчатого вала, при котором достигается максимальная мощность, об/мин.
Расчет мощностных параметров производится непрерывно, пока работает двигатель внутреннего сгорания вплоть до его выключения. Для определения затрачиваемой энергии рассчитывается среднее значение затраченной мощности за измеряемый промежуток времени. Далее производится умножение среднего значения затраченной мощности на продолжительность измерения
,
ср
изм
где  - номер периода наблюдений; N - средняя мощность двигателя, кВт; t - период работы двигателя внутреннего сгорания, с.
Текущая величина затраченной энергии суммируется с предыдущими значениями, реализованными за промежуток времени от момента начала эксплуатации техники до рассматриваемого периода. Таким образом, производится учет наработки циклически в течение всего периода эксплуатации машины. Все эти вычислительные операции производятся с помощью разработанной программы электронного блока регистрации и расчета параметров (3), посредством которой вычисляется величина наработки и выводится на цифровое табло (4).
Отличиями предлагаемой конструкции прибора от аналога является то, что в данном устройстве устранен измеритель хода топливной рейки на топливном насосе высокого давления и смонтирован вибрационный датчик на трубку высокого давления. Таким образом, трудоемкость монтажа устройства для измерения наработки транспортных и транспортно-технологических машин будет значительно сокращена. Сокращение трудоемкости монтажа объясняется тем, что крепление датчика топливной рейки на каждый вид двигателя имеет свои особенности. К ним можно отнести: размещение топливной рейки внутри топливного насоса высокого давления, требующее частичной разборки агрегата для установки датчика перемещения; привод датчика топливной рейки требует дополнительных устройств, которые необходимо также крепить на корпусе топливного монтажа. Помимо этого, применение предлагаемого устройства повысит точность учета наработки на 10-20%. Это обеспечивается тем, что определение коэффициента использования двигателя по мощности осуществляется не по ходу топливной рейки как у прототипа, а по цикловой подаче топливного насоса высокого давления. Все это позволяет учитывать действительный расход топлива с учетом неисправностей элементов топливной системы, связанных с износом плунжерных пар, обратных клапанов, кулачкового вала и пр.