способ оценки технического состояния регулятора топливного насоса дизеля

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕГУЛЯТОРА ТОПЛИВНОГО НАСОСА ДИЗЕЛЯ путем свободного разгона дизеля, фиксации момента начала действия регулятора и измерения соответствующей частоты вращения вала дизеля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно задают частоту вращения, соответствующую моменту начала срабатывания, и осуществляют серию разгонов, в процессе каждого разгона измеряют ускорение на частоте вращения, меньшей частоты вращения, соответствующей началу срабатывания регулятора, определяют коэффициент вариации измеренных ускорений в серии, затем последовательно проводят дополнительные серии разгонов, в каждой дополнительной серии измеряют ускорения и определяют коэффициент вариации на частоте вращения, большей частоты вращения предыдущей серии, а момент начала действия регулятора определяют по максимальному значению коэффициента вариации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к диагностике машин и используется для оценки технического состояния регулятора топливного насоса дизеля.

Известен способ определения начала действия регулятора путем свободного разгона дизеля, фиксации момента начала действия регулятора и измерения соответствующей частоты вращения дизеля [1] . Недостатком этого способа является необходимость вскрытия регулятора для установки датчика перемещения рейки топливного насоса.

Известен также способ оценки технического состояния регулятора топливного насоса дизеля, основанный на создании режима свободного разгона дизеля, фиксации момента начала действия регулятора и измерения соответствующей частоты вращения вала дизеля, регистрации импульса углового ускорения вала и определения момента начала действия регулятора по началу спада заднего фронта импульса углового ускорения [2] .

Недостатком известного способа является низкая точность определения момента начала действия регулятора, вызванная инерционными свойствами измерителя ускорения. Прежде чем регистрировать импульс углового ускорения, необходимо осуществить сглаживание сигнала с целью устранения колебательной составляющей, вызванной неравномерностью вращения вала, уровень которой после дифференцирования резко возрастает. Применение сглаживания (фильтрации) приводит к задержке начала спада заднего фронта импульса углового ускорения, а следовательно, к ложной фиксации частоты вращения, при которой наступил этот момент. Значение указанной задержки изменяется в зависимости от постоянной времени сглаживания (фильтрации), а также от физической частоты вращения, соответствующей началу действия регулятора. У разных двигателей эта частота колеблется в широких пределах, например она равна 1700 об/мин у двигателей К-700, МТЗ-50, Т-4А и 2200 об/мин у двигателя МТЗ-80 (82). Следовательно, при выбранной постоянной времени сглаживания в каждом случае будет различная задержка и различная дополнительная погрешность определения начала действия регулятора, обусловленная способом.

Целью изобретения является повышение точности фиксации момента начала действия регулятора топливного насоса за счет обеспечения возможности резкого снижения постоянной времени сглаживания, а значит и задержки начала спада заднего фронта импульса углового ускорения относительно истинного момента начала действия регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что при способе оценки технического состояния регулятора топливного насоса дизеля путем свободного разгона дизеля, фиксации момента начала действия регулятора и измерения соответствующей частоты вращения вала дизеля, предварительно задают предполагаемую частоту вращения, соответствующую моменту начала срабатывания регулятора, затем осуществляют серию разгонов, в процессе каждого измеряют ускорение на первой частоте вращения, находящейся ниже предварительно заданной, определяют коэффициент вариации измеренных ускорений, затем последовательно проводят серии разгонов, в каждой серии измеряют ускорение и определяют коэффициент вариации измеренных ускорений на частоте вращения, находящийся выше частоты, установленной в предыдущей серии разгонов, а момент начала действия регулятора определяют по максимальному значению коэффициента вариации.

Отличия предложенного способа доказывают соответствие критерию "Новизна".

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Проведение серий измерения ускорений на частотах в области предполагаемой частоты начала срабатывания регулятора и определения момента начала действия регулятора по максимальному значению коэффициента вариации обеспечивает по сравнению с известными способами резкое снижение постоянной времени сглаживания, а значит и уменьшение ошибки определения частоты, соответствующей началу действия регулятора.

В результате экспериментальных исследований установлено, что при выбранном времени сглаживания разброс показаний ускорений и коэффициент вариации принимают наибольшее значение при частоте, соответствующей моменту начала действия регулятора. Это объясняется тем, что из-за случайности процесса горения, случайности фазы по углу поворота в момент начала разгона имеется разброс показаний измеряемых ускорений от разгона к разгону. Этот разброс будет максимальным в области наибольшей крутизны кривой ускорения, т. е. в момент начала срабатывания регулятора.

На диаграммах (см. фиг. 1) показаны три случая, когда измерения проводятся при одном и том же времени сглаживания на корректорном участке при n₁, на регуляторном участке при n_i, (при этом среднее значение ускорения будет значительно ниже, чем на корректорном участке) и в точке начала действия регулятора при n_p. Здесь же представлены соответствующие плотности распределения вероятностей измеренных ускорений t( ).

Таким образом, фиксируя максимальное значение коэффициента вариации ускорений и измеряя соответствующее ему значение частоты вращения коленчатого вала в режиме свободного разгона, определяют момент начала действия регулятора. Измеряя также значение максимальной частоты вращения холостого хода n_x, можно определить степень неравномерности регулятора = 2(n_p-n_x)/(n_p+n_x).

После определенной наработки в результате износа сопряжений регулятора действие регулятора начинается при меньшей частоте вращения. Возможна также преднамеренная установка обслуживающим персоналом завышенной частоты начала действия регулятора. При разрегулировках топливной аппаратуры (изменении расхода топлива, угла опережения подачи топлива) изменяется характер протекания разгонной характеристики ускорения. Однако во всех случаях в момент начала срабатывания регулятора зависимость ускорения от частоты вращения претерпевает резкий излом, что приводит к увеличению разброса показателей измеряемых ускорений от разгона к разгону.

Применение способа позволяет выбрать минимально возможное время сглаживания (теоретически нулевое), что приводит к снижению задержки сигнала и, следовательно, погрешности определения начала действия регулятора.

На фиг. 1 изображены диаграммы углового ускорения коленчатого вала в функции частоты вращения n; на фиг. 2 - функциональная схема устройства для осуществления способа.

Устройство для осуществления способа состоит из датчика 1 частоты вращения, устанавливаемого напротив зубчатого венца маховика, преобразователя 2, дифференциатора 3, сглаживающего фильтра 4 частоты (ФНЧ1), сглаживающего фильтра 5 ускорений (ФНЧ2), аналогового ключа 7, селектора 6, запоминающего устройства 8, вольтметра 9.

Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

Сигнал с датчика 1 частоты вращения (например, индукционный датчик, устанавливаемый напротив зубчатого венца маховика) преобразуется в напряжение преобразователем 2 частоты следования импульсов в напряжение. Это напряжение одновременно поступает на дифференциатор 3 и сглаживающий фильтр 4 частоты (ФНЧ1). С выхода дифференциатора 3 напряжение сглаживается фильтром 5 ускорения (ФНЧ2) подается на сигнальный вход аналогового ключа 7, на управляющий вход которого подается сигнал с выхода селектора 6 (сравнивающее устройство). В селекторе 6 сравнивается напряжение, поступившее с выхода фильтра 4, с опорным, соответствующим заданному уровню фиксации, т. е. той частоте вращения, на которой необходимо измерить ускорение. В режиме свободного разгона непрерывно через аналоговый ключ 7 на аналоговое запоминающее устройство 8 поступает напряжение, соответствующее угловому ускорению, и в момент достижения двигателем заданной частоты вращения ключ 7 по сигналу с селектора 6 закрывается. Хранящееся в запоминающем устройстве 8 напряжение измеряется вольтметром 9. При каждом разгоне показания вольтметра считываются, по результатам серии разгонов рассчитывается коэффициент вариации. Определение коэффициента вариации может также осуществляться автоматически с помощью измерителя коэффициента вариации, включаемого вместо вольтметра 9.

Сглаживающий фильтр 4, необходимый для повышения точности измерения частоты вращения, вносит задержку. Поэтому практически минимальное значение постоянной времени сглаживания фильтра 5 для данного устройства должно быть равно постоянной времени фильтра 4.

Способ может быть осуществлен следующим образом. Предварительно измеряют максимальную частоту вращения холостого хода n_x. Затем, исходя из технических данных данного двигателя (топливного насоса), задают предполагаемую частоту вращения n_p, соответствующую моменту начала срабатывания регулятора (например, для дизеля Д-240Л она примерно на 120+80 об/мин ниже n_x). Устанавливают первую частоту вращения n₁ < n_p, находящуюся несколько ниже указанной частоты. Осуществляют серию разгонов, измеряют каждый раз ускорение и определяют коэффициент вариации этих ускорений

= S= ; v = S/ где k - число разгонов.

Затем устанавливают новую частоту n₂ > n₁, проводят вторую серию разгонов, вновь определяют коэффициент вариации. Опять увеличивают частоту и повторяют измерения. Испытания проводят многократно и по максимальному значению коэффициента вариации определяют частоту вращения, соответствующую моменту начала срабатывания регулятора.

В качестве примера в таблице приведены конкретные значения коэффициента вариации, полученные для двигателя Д-240Л (повторность К= 15) с помощью прибора ИМД-Ц (имеющего постоянную времени сглаживания ускорения около 0,1 с).

Полученное значение n_p= 2260 об/мин совпало с его значением, измеренным на тормозном стенде с погрешностью 1% .

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет повысить точность определения начала действия регулятора и оценки его технического состояния, упростить процесс измерения и обработки сигнала за счет применения простейших (в том числе серийных) средств диагностирования, измеряющих ускорение при фиксированной частоте вращения.

(56) Авторское свидетельство СССР N 139464, кл. G 01 L 23/22, опублик. 1960.

2. Авторское свидетельство СССР N 1010474, кл. G 01 L 23/22, опублик. 1983.