Устройство для технической диагностики двигателей внутреннего сгорания

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал измерения максимального давления в камере сгорания содержит измеритель амплитуд гармоник низкочастотного спектра, к выходу которого параллельно подключены измеритель максимального значения импульса давления и блок отображения импульса давления.3. Устройство по пп.1 или 2, отличающееся тем, что канал определения идентичности работы клапанов содержит последовательно соединенные измеритель амплитуд гармоник, частоты которых соответствуют частотам работы клапанов и блок установления идентичности работы клапанов.4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что канал измерения величины механического момента на валу и ее дисперсии содержит измеритель интенсивности непрерывной составляющей спектра амплитудных модуляций, к выходу которого параллельно подключены блок отображения величины механического момента на валу и блок измерения дисперсии величины механического момента на валу.5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что канал измерения температуры газа в камере сгорания содержит последовательно соединенные измеритель частоты эрозионного горения и блок отображения значения температуры.6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что канал измерения общей мощности двигателя, ее дисперсии и изменения общей мощности двигателя содержит параллельно подключенные первый интегратор, первый выход которого соединен с блоком отображения общей мощности двигателя, первый измеритель разностного сигнала, соединенный с блоком измерения дисперсии общей мощности двигателя,причем второй выход первого интегратора подключен ко второму входу первого измерителя разностного сигнала и блок дифференцирования функции, соединенный с блоком отображения изменения мощности двигателя.7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что канал измерения частоты вращения коленчатого вала и ее дисперсии содержит параллельно подключенные второй интегратор, первый выход которого соединен с блоком отображения частоты вращения коленчатого вала и второй измеритель разностного сигнала, соединенный с блоком измерения дисперсии вращения коленчатого вала, причем второй выход второго интегратора подключен ко второму входу второго измерителя разностного сигнала.8. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что канал измерения оптимального угла опережения содержит последовательно соединенные блок установления положения первого положительного максимума относительно верхней мертвой точки и блок отображения оптимального угла опережения.9. Устройство по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что канал измерения величины расхода топлива И ее дисперсии содержит блок измерения величины амплитуды первого положительного максимума, к выходу которого подключены блок отображения величины расхода топлива и последовательно соединенные блок измерения дисперсии величины расхода топлива и блок отображения значения дисперсии величины расхода топлива.10. Устройство по одному из пп. 1-9, отличающееся тем, что канал измерения кислотности и ее дисперсии содержит блок измерения величины амплитуды второго положительного максимума, к выходу которого подключены блок измерения кислотности топлива и последовательно соединенные блок измерения дисперсии кислотности топлива и блок отображения значения дисперсии кислотности топлива.11. Устройство по одному из пп. 1-10, отличающееся тем, что канал измерения скорости движения поршня внутри цилиндров содержит последовательно соединенные блок дифференцирования радиоимпульса и блок измерения скорости движения поршня в каждом цилиндре.12. Устройство по одному из пп. 1-11, отличающееся тем, что канал измерения концентрации сажевых частиц содержит последовательно соединенные блок обработки длительности резкого спада первого положительного максимума радиоимпульса и блок отображения концентрации сажевых частиц.1. Ивашев Р.А., Морозов Г.Ф. Устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания. А.с. СССР 1270708, 1986.-БИ Не 42.2. Устройство для управления дизелем. Заявка ФРГ 3705972, 08.09.88,1 Г 9 36.3. Климов Г.Е., Бойчук В.Б., Дунаевский Л.М., Каганский О.С., МатяШ В.Н. Устройство для оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания. А.с. СССР 1495659, 1989.-БИ Не 27.4. РегепЬасЬ Н., Оиаше Е, Ве 5 еп 11 с 11 6., К 1 е 1 п К. Вйапозйз 01 сошЬизгйоп епдйпез Ьу Не ап 111 у 515 011116 сгап 1511 аГ 5 гогаг 1 опа 1 зрееб. УВ 1-Вег.-1987, Не 644, Р.73-80.5. Мфроп Вепзо со ЬТВ. Сошго 1 с 11 у 1 се Тог 1 шегпа 1- сошЬпзгюпепщпе. (Р). Заявка 1-224424 (А),07.09.1989.6. Голов Ф.В. Система диагностирования виброактивных узлов ДВС. Двигателестроение, 1989. М 9.С.21-24.ба. Г орюнов Е.В. Устройство для виброакустического диагностирования ДВС. А.с. СССР 1204987, 1986.- БИ М 2.7. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания.-М. Машиностроение, 1989.-С.16-18.9. Гречихин Л.И., Тимошевич В.Б. Способ бесконтактного определения частоты вращения коллекторных электродвигателей. А.с. 1732280, МКИ 601 Р 3/36, 1992, (прототип).10. Гречихин Л.И., Пушкин Н.М. Влияние сажевь 1 х Частиц на термодинамическое состояние нагретых газов // Изв. ВУЗов. Авиационная техника, 1983, М 1.-С.84-88.11. 5111112 51 е 3 й 1 ес 1. Вйапозеуегшпгеп шт Вгеппаиш гешретагцгцьегшасиип уоп Втеппкгайшазспйпеп. Патент ГДР 215633, 14.11.1984.Изобретение относится к технической диагностике энергетического устройства, например автомобиля,судна или самолета, в процессе его эксплуатации и оптимизации системы управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС), работающего по циклу Отто, по циклу Дизеля, а также турбокомпрессорных и реактивных двигателей.Известно достаточно большое количество технических решений, обеспечивающих техническую диагностику и управление двигателем внутреннего сгорания в движении. Например, в 1, используя индукционный датчик совместно с диском, на котором нанесены угловые метки, по изменению временных интервалов судят о техническом состоянии двигателя. По концентрации кислорода в выхлопных газах предложено устройство для управления дизелем 2. В 3 по количеству частиц износа судят о техническом состоянии двигателя. Двигатель внутреннего сгорания - сложная техническая система и поэтому по одному измеряемому параметру не представляется возможным достоверно судить о реальном техническом состоянии ДВС.В целях повышения информативности о техническом состоянии ДВС в ряде патентов 4,5 предложено использовать величину дисперсии измеряемых параметров. В 4 используется дисперсия частоты вращения коленчатого вала ДВС, а в 5 дисперсия всасываемого воздушного потока. Одновременное измерение математического ожидания и дисперсии повышает информативность, но не является исчерпывающей. Наиболее высоким информативным параметром является автокорреляционная функция, обратное фурье - преобразование которой дает спектр амплитудных модуляций. В этой связи виброакустический метод диагностики, который основан на регистрации спектра амплитудных модуляций акустического поля, приобрел широкое распространение в диагностике сложных технических систем 6, 6 а.Однако этот способ обладает следующими недостатками1. При анализе вибросигнала шум, вызванный собственными колебаниями датчика суммируется с основным сигналом и выделить полезный сигнал в чистом виде не представляется возможным, что влечет за собой большую вероятность перепутывания.2. Чтобы провести полный анализ виброшума, создаваемого различными виброактивными узлами сложной механической системы, приходится применять большое количество датчиков, размещенных у каждого виброактивного узла, что значительно усложняет систему обработки информации.3. Различные пары трения работают, как правило, в области упруго - пластической деформации и поэтому механические колебания твердого тела возбуждаются слабо. Поэтому виброакустический метод не позволяет четко анализировать работу различных пар трения в сложной механической системе, а при использовании хороших смазочных материалов вообще не может быть применен для этих целей.Режим работы двигателя определяется не одним параметром, а целой его совокупностью 7. Энергия,вырабатываемая двигателем, поглощается тем или иным потребителем, имеющим свою собственную статистическую характеристику. Поэтому даже самые полные измерения одного параметра со всеми статистическими характеристиками (математическое ожидание, дисперсия и корреляционная функция) не позволяют достаточно достоверно судить о реальном техническом состоянии потребителя (ходовой части автомобиля). Вот почему в 8 для регулирования только момента зажигания используются данные от семи простых датчиков. Применение такого большого количества простых датчиков для управления ДВС обусловлено тем обстоятельством, что используются не непосредственные данные процесса горения топлива в камере сгорания,а некие косвенные параметры, которые не являются однозначными для выбранного режима работы, что не позволяет принимать правильных решений.Известно устройство для измерения Частоты вращения коллекторных электродвигателей 9, содержащее радиодатчик, спектроанализатор, аналогоцифровой преобразователь вычислительного устройства и индикатор частоты.Это устройство позволяет измерять частоту вращения коллекторных электродвигателей по спектру амплитудных модуляций радиоизлучения, возникающего при работе таких двигателей, когда заведомо известно, что первая основная гармоника пропорциональна частоте вращения двигателя.Однако первая гармоника в спектре амплитудных модуляций радиоизлучения не всегда пропорциональна частоте вращения двигателя и поэтому возможны перепутывания, а измерение только одного параметра частоты вращения коленчатого вала ДВС не может обеспечить надежную техническую диагностику и выбор оптимальных условий эксплуатации.Задача изобретения - расширение возможностей измерения различных параметров работающего ДВС, повь 1 шение точности и однозначности принимаемых решений, а также увеличение объема одновременно регистрируемой разнородной информации по многим параметрам с уменьшением количества задатчиков без вмешательства в конструкцию ДВС, дистанционным бесконтактным способом.Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для технической диагностики двигателей внутреннего сгорания, включающее последовательно соединенные радиодатчик, спектроанализатор, аналогоцифровой преобразователь вычислительного устройства и индикатор частоты дополнительно к выходу радиодатчика параллельно подключены измеритель мощности, частотомер и блок запоминания огибающей радиоимпульса, к выходу спектроанализатора дополнительно параллельно подключены канал измерения максимального давления в камере сгорания, канал определения идентичности работы клапанов, канал измерения величины механического момента на валу и ее дисперсии, канал измерения температуры газа в камере сгорания, к выходу измерителя мощности параллельно подключены канал измерения общей мощности двигателя,ее дисперсии и изменения общей мощности двигателя и параллельный спектроанализатор в виде последовательно соединенных блока фильтров и блока интеграторов, к выходу частотомера подключен канал измерения частоты вращения коленчатого вала и ее дисперсии, к выходу блока запоминания огибающей радиоимпульса параллельно подключены канал измерения оптимального угла опережения, канал измерения кислотности и ее дисперсии,канал измерения скорости движения поршня внутри цилиндров и канал измерения концентрации сажевых частиц.Канал измерения максимального давления в камере сгорания содержит измеритель амплитуд гармоник низкочастотного спектра, к выходу которого параллельно подключены измеритель максимального значения импульса давления и блок отображения импульса давления.Канал определения идентичности работы клапанов содержит последовательно соединенные измеритель амплитуд гармоник, частоты которых соответствуют частотам работы клапанов и блок установления идентичности работы клапанов.Канал измерения величины механического момента на валу и ее дисперсии содержит измеритель интенсивности непрерывной составляющей спектра амплитудных модуляций, к выходу которого параллельно подключены блок отображения величины механического момента на валу и блок измерения дисперсии величины механического момента на валу.Канал измерения температуры газа в камере сгорания содержит последовательно соединенные измеритель частоты эрозионного горения и блок отображения значения температуры.Канал измерения общей мощности двигателя, ее дисперсии и изменеш/я общей мощности двигателя содержит параллельно подключенные первый интегратор, первый выход которого соединен с блоком отображения общей мощности двигателя, первый измеритель разностного сигнала, соединенный с блоком измерения дисперсии общей мощности двигателя, причем второй выход первого интегратора подключен ко второму входу первого измерителя разностного сигнала и блок дифференцирования функции, соединенный с блоком отображения изменения мощности двигателя.Канал измерения частоты вращения коленчатого вала и ее дисперсии содержит параллельно подключенные второй интегратор, первый выход которого соединен с блоком отображения частоты вращения коленчатого вала и второй измеритель разностного сигнала, соединенный с блоком измерения дисперсии вращения коленчатого вала, причем второй выход второго интегратора подключен ко второму входу второго измерителя разностного сигнала.Канал измерения оптимального угла опережения содержит последовательно соединенные блок установления положения первого положительного максимума относительно верхней мертвой точки и блок отображения оптимального угла опережения.Канал измерения величины расхода топлива И ее дисперсии содержит блок измерения величины амплитуды первого положительного максимума, к выходу которого подключены блок отображения величины расхода топлива и последовательно соедштенные блок измерения дисперсии величины расхода топлива и блок отображения значения дисперсии величины расхода топлива.Канал измерения кислотности и ее дисперсии содержит блок измерения величины второго положительного максимума, к выходу которого подключены блок измерения кислотности топлива и последовательно соединенные блок измерения дисперсии кислотности топлива и блок отображения значения дисперсии кислотности топлива.Канал измерения скорости движения поршня внутри цилиндров содержит последовательно соединенные блок дифференцирования радиоимпульса и блок измерения скорости движения поршня в каждом цилиндре.Канал измерения концентрации сажевых частиц содержит последовательно соединенные блок обработки длительности резкого спада первого положительного максимума радиоимпульса и блок отображения концентрации сажевых частиц.Существенным отличием заявляемого устройства является использование реальной физической модели горения топлива в КС ДВС для установления функциональных связей термодинамических параметров с процессом нестационарной электризации, возникающей при работе ДВС.На фиг. представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство состоит из радиодатчика 1, который представляет собой радиоприемник прямого преобразования с амплитудной или частотной модуляцией с перестраиваемой полосой пропускания, настроенного на частоту максимального радиоизлучения двигателя внутреннего сгорания. К выходу радиодатчика подключены спектроанализатор 2, блок измерения мощности двигателя 15, Частотомер 24 и блок запоминания огибающей радиоимпульса 29. К выходу спектроанализатора 2 подключены аналогоцифровой преобразователь вычислительного устройства 3, выход которого связан со входом блока индикации частоты 4, измеритель амплитуд низкочастотного спектра 5, выход которого соединен со входами измерителя максимума давления 6 и блока отображения импульса давления 7, измеритель амплитуд частот работы клапанов 8, соединенного с блоком установления идентичности работы клапанов 9, измеритель непрерывной составляющей спектра амплитудных модуляций 10, к выходу которого подключены блок отображения величины механического момента на валу 11 и блок измерения дисперсии величины механического момента на валу 12, измеритель частоты эрозионного горения 13, связанного с блоком отображения температуры 14. К выходу измерителя мощности двигателя 15 подключены последовательно соединенные первый интегратор 16 и блок отображения общей мощности двигателя 17, измеритель разностного сигнала 18 и блок измерения дисперсии 19, блок дифференцирования функции 20 и блок отображения изменения мощности двигателя 21, блок полосовых фильтров 22 И блок интеграторов 23. К частотомеру 24 подключены второй интегратор 25, соединенный с блоком отображения частоты вращения коленчатого вала 26, и измеритель разностного сигнала 27, соединенного с блоком измерения частоты вращения коленчатого вала 28. К блоку запоминания огибающей радиоимпульса 29 подключен блок обработки огибающей радиоимпульса 30. Блок обработки огибающей радиошипульса 30 содержит последовательно соединенные блок установления положения первого положительного максимума 31 и блок отображения оптимального угла опережения 32, блок измерения величины первого положительного максимума 33, к выходу которого подключены блок измерения величины расхода топлива 34 и последовательно соединенные блок измерения дисперсии расхода топлива 35 и блок отображения дисперсии расхода топлива 36, блок измерения второго положительного максимума радиоимпульса 37, к выходу которого подключены блок измерения кислотности топлива 38 и последовательно соединенные блок измерения дисперсии кислотности топлива 39 и блок отображения дисперсии кислотности топлива 40, блок дифференцирования радиоимпульса 41 и блок измерения скорости движения поршня в каждом цилиндре 42 и блок обработки длительности резкого спада первого положительного максимума в радиоимпульсе 43 и блок отображения концентрации сажевых частиц 44.Устройство работает следующим образом.Нестационарный процесс разделения электрических зарядов при горении топлива связан с образованием сажевых частиц в зоне горения топлива. Процесс электризации сажевых частиц подробно описан в 1 О. Амбиполярная диффузия электронов как более подвижных частиц приводит к тому, что, бомбардируя внутренние стеши камеры сгорания, они переходят на внешние стенки ДВС, а положительно заряженные частицы сажи, ионы атомов и молекул как слабо подвижные частицы остаются внутри камеры сгорания. Это приводит к возникновению нестационарного разделения электрических зарядов. Под влиянием сил кулоновского взаимодействия происходит разлет некомпенсированных заряженных частиц внутри камеры сгорания и заряд, накопленный на внешней поверхности двигателя, нейтрализуется. Итак, вследствие амбиполярной диффузии и разлета заряженных частиц на внешней поверхности двигателя возникает изменяющееся со временем электрическое поле, которое является источником