DK167588B1 - Fremgangsmaade til driftsovervaagning af forbraendingsmotorer - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til funktionsovervågning af en forbrændingsmotor i drift.

Erfaringen viser, at alle termiske og mekaniske fænomener i en forbrændingsmotor frembringer vibrati-5 oner, og dette udnyttes i fremgangsmåder til detektering af tændingsstøj eller banken. Sådanne fremgangsmåder kræver navnlig, at baggrundsstøjen, som kan maskere tilstedeværelsen af unormal vibration, mindskes eller undertrykkes ved en for signalet passende behandling. Det-10 te er beskrevet i FR-PS 2 504 592. Det væsentligste formål for fremgangsmåder af denne art er en detektering af enten/eller-hændelsen for hurtigst muligt at igangsætte en handling, der undertrykker denne. Disse fremgangsmåder anvendes almindeligvis til de motorer, hvor 15 belastningsvariationerne er ofte og hurtige, og de frembringer ingen statistisk information over motorens liv.

Med nærværende opfindelse foreslås en overvågning over en lang tidsperiode af det påvirkningsniveau, som op til forbrændingskammeret stødende organer udsættes 20 for i en motor, hvor belastnings variationerne er langsomme og/eller sjældne, med det formål at træffe øjeblikkelige afgørelser for tilpasning af driftsparametrene eller handlingsafgørelser af præventiv eller afhjælpende art.

25 Opfindelsen anviser en fremgangsmåde til funk tionsovervågning af en forbrændingsmotor i drift, ejendommelig ved : - registrering på en eller flere testmotorer af samme type af det fremherskende tryk i et forbrændingskammer 30 ved forskellige driftsparametre, hvilke om nødvendigt ændres midlertidigt for frembringelse af et antal stabile belastningstilstande gående fra 0 til 100% og for frembringelse af variationer i amplituden af tryksvingningerne omkring trykkets gennemsnitsværdi gående fra 35 amplitudernes minimumsværdi til en maksimumsværdi svarende til 10 x minimumsværdien, hvilken registrering fo- 2 retages i et frekvensområde fra 0 til 30.000 Hz og for en eller flere motor-cyklus'er, der ikke nødvendigvis er sammenhængende, - samtidig hermed registrering, ved forskellige punk-5 ter af op til forbrændingskammeret eller -kamrene stødende organer i en eller flere motorer af samme type, af amplituden og frekvensen af de vibrationer, der er frembragt af den samlede funktion, i et frekvensområde fra 0 til 30.000 Hz, 1 o - beregning af forholdet mellem tryksignalets spektra-le effekt og den spektrale effekt for hvert af de fra de forskellige målepunkter hidrørende signaler, eller af forholdet mellem alle repræsentative værdier af disse effekter, 15 - bestemmelse af for hvilket målepunkt forholdet afvi ger mindst fra konstantværdien, uanset belastningens niveau, hvilket målepunkt antages at afgive et repræsentativt signal, - installation på motoren i drift af en indretning til 20 måling af vibrationerne ved det med testmotoren eller -motorerne fundne punkt og anvendelse af niveauet af spektraleffekten for det signal, der er udsendt i forskellige perioder under denne motors normale drift eller af en repræsentativ værdi af denne effekt, med henblik 25 på vurdering af opførslen af de op til forbrændingskammeret stødende organer og/eller af hårdheden af de påvirkninger, som disse udsættes for og til igangsætning af passende handlinger.

Anvendelsen af spektraleffekten muliggør to for-30 skellige driftsformer.

Ifølge en første driftsform beregnes spektraleffekten for det repræsentative signal i forskellige funktionsøjeblikke for motoren i drift med intervaller, der kan være regelmæssige eller ej, og i det mindste over en 35 varighed af en hel cyklus.

Ifølge en anden driftsform beregnes spektraleffekten for det repræsentative signal i forskellige funk- 3 tionsøjeblikke for motoren i drift med intervaller, der kan være regelmæssige eller ej, og over en eller flere motor-cyklus*er, hvoraf der for hver af dem kun benyttes en eller flere dele.

5 Udnyttelsen af en repræsentativ værdi for spek- traleffekten kan ske på flere måder.

Ifølge et første eksempel beregnes niveauet for det konstante og stabile signal som gengiver den samme spektrale effekt som det repræsentative signal, hvilket 10 niveau svarer til niveauet for påvirkning eller detektering af speciel opførsel af det eller de op til forbrændingskammeret stødende organer.

Et andet eksempel er hensigtsmæssigt ved, at der som repræsentativ værdi vælges vibrationsenergien i det 15 signal, der i forskellige øjeblikke af funktionen af den i drift værende motor opnås ved hjælp af måleindretningen.

Fortrinsvis foretages der ud fra vibrationsenergien i det signal, der kommer fra måleindretningen, be-20 regning af det ækvivalensniveau for det konstante og stabile signal, der giver den samme vibrationsenergi som de fluktuerende vibrationer, der reelt er frembragt, hvilket ækvivalensniveau beregnes i forskellige funktionsøjeblikke for motoren i drift med intervaller, der 25 kan være regelmæssige eller ej, og over en eller flere motor-cyklus'er, hvoraf der for hvert af dem kun benyttes en eller flere dele.

Hensigtsmæssigt foretages der bestemmelse af måleperioden, der indeholder en eller flere cyklus'er, der 30 kan være sammenhængende, så at hver periode er indeholdt i en funktionsfase for motoren i drift, hvor belastningen ikke varierer eller kun varierer svagt.

For en langtidsobservation lagres værdierne af de frembragte ækvivalensniveauer, så at værdierne er op-35 stillet efter niveauklasser.

Endelig sammenlignes de forskellige niveauers værdier og/eller antallet af niveauer opnået i de for- 4 skellige klasser med lagrede børværdier, der er bestemt ved erfaringer med typen af den motor, der aktuelt er i drift, hvilken sammenlignings resultat tjener til at bestemme eventuelle modifikationer af en eller flere af de 5 lagrede parametre og/eller til udløsning af præventive vedligeholdelseshandlinger.

Et foretrukket udførelseseksempel for fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives herefter nærmere.

10 Et antal faktorer kan influere på det påvirk ningsniveau, som de op til forbrændingskammeret stødende organer, såsom cylinderforing, stempel, topstykke osv., udsættes for. Forbrændingen kan foregå i et forbrændingsområde, som strækker sig over hele eller en del 15 af forbrændingskammerets volumen, hvad enten det drejer sig om en antændt cyklus eller en diesel-cyklus. Årsagen kan ligge i tændings indstillingen eller i en dårlig indsprøjtningssekvens. Den kan ligeledes skyldes variationer i brændstoffets karakteristika eller i omgivelserne: 20 temperatur, fugtighed osv. I trykladede forbrændingsmotorer kan en variation i overskudsluften, frembragt eksempelvis ved tilsmudsning af turbokompressoren eller ved mindskning af luftkølerens nyttevirkning, føre til en u-normal stigning i det påvirkningsniveau, der kommer fra 25 forbrændingen. På samme vis udløser ventilernes lukning påvirkninger, der, hvis de ikke er direkte skadelige, indvirker på indstillingernes mekaniske tilstand, gangen og funktionshastigheden.

Erfaringen har vist, at de op til forbrændings-30 kammeret stødende organer, navnlig topstykket, transmitterer de vibrationer, der udtrykker trykudviklingen i kammeret og opførslen af de bevægelige organer (ventiler , brændelsventiler), så at målingen og registreringen herpå er meget lettere at udføre og mere pålidelige over 35 et tidsrum end en direkte måling af trykket i selve kammeret. Da tryksvingningerne påvirker bestanddelene.

5 navnlig gennem forbrændingskammerets resonansfrekvenser, frembringer de mekaniske påvirkninger og forøger varmeudvekslingen, som selv om den ikke i øjeblikket er skadelig kan blive farlig i løbet af tiden på grund af 5 ophobning af skaderne.

Den tidsmæssige drift af det ovennævnte ækvivalensniveau er for en given belastningskondition en indikation på udvikling af nøgleparametre, såsom tændingstidspunktet, trykket, luftoverskuddet, brændselskarakte-10 ristika osv.

En selektiv opdeling af signalet tillader isolation af specielle perioder i motorens cyklus, og der kan ligeledes fås oplysning om et organ eller en funktion, eksempelvis en ventils lukning eller injektionsfasen.

15 Det er faktisk muligt at danne et forhold mellem dels et påvirkningsækvivalensniveaus grænseværdi, forbi hvilken der forekommer skader i en eller flere bestanddele eller funktioner, dels antallet af ækvivalensniveauer opsamlet i en klasse og visse typer af skader, i 20 direkte analogi med materialernes udmattelsesegenskaber. Eksempelvis er det muligt at sammenholde en enkelt værdi fra ækvivalensniveauet med fremkomsten af et kavitaions-eros ions-fænomen i den del af cylinderf or ingen, der er nær ved topstykket, selv om denne samme del af cylinder-25 foringen ikke er udsat for termisk revnedannelse førend efter et antal påvirkninger tilstrækkelige til at give værdien for ækvivalensniveauet.

For en given motortype er det nødvendigt at fastlægge sammenhængen mellem værdien eller antallet af vær-30 dier for et ækvivalensniveau og fremkomsten af det fænomen, man vil overvåge, hvilken sammenhæng er konstant for alle motorer af samme type.

For at få fat i disse resultater, foretages ifølge fremgangsmåden lagringen af hvert ækvivalensniveaus 35 værdi, som er fremkommet efter behandlingen af hver gruppe af de foretagne målinger. Den statistiske behand-

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til funktionsovervågning af en 15 forbrændingsmotor i drift, kendetegnet ved, - registrering på en eller flere testmotorer af samme type af det fremherskende tryk i et forbræn-dingskammer ved forskellige driftsparametre, hvilke om nødvendigt ændres midlertidigt for frembringelse af et 20 antal stabile belastningstilstande gående fra 0 til 100% og for frembringelse af variationer i amplituden af tryksvingningerne omkring trykkets gennemsnitsværdi gående fra amplitudernes minimumsværdi til en maksimumsværdi svarende til 10 x minimumsværdien, hvilken regi-25 strering foretages i et frekvensområde fra 0 til 30.000 Hz og for en eller flere motor-cyklus'er, der ikke nødvendigvis er sammenhængende, - samtidig hermed registrering, ved forskellige punkter af op til forbrændingskammeret eller -kamrene 30 stødende organer i en eller flere motorer af samme type, af amplituden og frekvensen af de vibrationer, der er frembragt af den samlede funktion, i et frekvensområde fra 0 til 30.000 Hz, - beregning af forholdet mellem tryksignalets 35 spektrale effekt og den spektrale effekt for hvert af de fra de forskellige målepunkter hidrørende signaler, el- DK 167588 Bl ler af forholdet mellem alle repræsentative værdier af disse effekter, - bestemmelse af for hvilket målepunkt forholdet afviger mindst fra konstantværdien, uanset belast- 5 ningens niveau, hvilket målepunkt antages at afgive et repræsentativt signal, - installation på motoren i drift af en indretning til måling af vibrationerne ved det med testmotoren eller -motorerne fundne punkt og anvendelse af ni- 10 veauet af spektraleffekten for det signal, der er udsendt i forskellige perioder under denne motors normale drift eller af en repræsentativ værdi af denne effekt, med henblik på vurdering af opførslen af de op til forbrændingskammeret stødende organer og/eller af hårdheden 15 af de påvirkninger, som disse udsættes for og til igangsætning af passende handlinger.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved beregning af spektraleffekten for det repræsentative signal i forskellige funktionsøjeblikke 20 for motoren i drift med intervaller, der kan være regelmæssige eller ej, i det mindste over en varighed af en hel cyklus.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved beregning af spektraleffekten for det 25 repræsentative signal i forskellige funktionsøjeblikke for motoren i drift med intervaller, der kan være regelmæssige eller ej, og over en eller flere motor-cyklus-'er, hvoraf der for hver af dem kun benyttes en eller flere dele.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende tegnet ved beregning af niveauet for det konstante og stabile signal som gengiver den samme spektrale effekt som det repræsentative signal ,hvilket niveau svarer til niveauet for påvirkning eller detektering af 35 speciel opførsel af det eller de op til forbrændingskammeret stødende organer. 4

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som repræsentativ værdi vælges vibrationsenergien i det signal, der i forskellige øjeblikke af funktionen af den i drift værende motor opnås 5 ved hjælp af måleindretningen.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kende tegnet ved, at der ud fra vibrationsenergien i det signal, der kommer fra måleindretningen, foretages beregning af vibrationsenergien i det signal, der kommer 10 fra måleindretningen, og beregnes det ækvivalensniveau for det konstante og stabile signal, der giver den samme vibrationsenergi som de fluktuerende vibrationer, der reelt er frembragt.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kende- 15 tegnet ved, at ækvivalensniveauet beregnes i forskellige funktionsøjeblikke for motoren i drift med intervaller, der kan være regelmæssige eller ej, og over en eller flere motor-cyklus'er, hvoraf der for hver af dem kun benyttes en eller flere dele.

8. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at der foretages bestemmelse af måleperioder, der indeholder en eller flere cyklus'er, der kan være sammenhængende, så at hver periode er indeholdt i en funktionsfase for motoren i drift, 25 hvor belastningen ikke varierer eller kun varierer svagt.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kende tegnet ved, at værdierne af de frembragte ækvivalensniveauer lagres, så at værdierne er opstillet efter 30 niveauklasser.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at de forskellige niveauers værdier og/eller antallet af niveauer opnået i de forskellige klasser sammenlignes med lagrede børværdier, der er be- 35 stemt ved erfaringer med typen af den motor, der aktuelt er i drift, hvilken sammenlignings resultat tjener til at bestemme eventuelle modifikationer af en eller flere af de lagrede parametre og/eller til udløsning af præventive vedligelsesholdelseshandlinger.