FI87102C - Foerfarande foer oevervakning av funktionen hos en foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

1 87102

Menetelmä polttomoottorin toiminnan valvomiseksi. Förfarande för övervakning av funktionen hos en för-bränningsmotor.

5 Keksintö koskee menetelmää polttomoottorin toiminnan valvomiseksi käytössä.

Kokemus on osoittanut, että kaikki mekaaniset ja termiset ilmiöt aiheuttavat värähtelyjä, ja tätä seikkaa on käy-10 tetty hyväksi menetelmissä kilinän tai nakutuksen il-maisemimiseksi. Tällaiset menetelmät vaativat, että varsinkin taustaäänet, joiden vaarana on peittää epänormaalien värähtelyjen läsnäolo, tulee vaimentaa tai jopa poistaa signaalin sopivalla käsittelyllä. Tätä kuvataan FR-jul-15 kaisussa 2 504 592. Tämän kaltaisten menetelmien pääasiallisena tarkoituksena on tapahtuman ilmaiseminen kyllä tai ei periaatteella, jolloin tarkoituksena on ryhtyä niin nopeisiin toimenpiteisiin kuin mahdollista sen poistamiseksi. Nämä menetelmät suoritetaan yleensä moottoreilla, 20 joiden kuormitusmuutokset ovat säännöllisiä ja nopeita, eivätkä ne anna mitään tilastollista tietoa moottorin kunnosta.

Tässä keksinnössä esitetään moottorin palotilan viereisiin 25 elimiin kohdistuvien rasitusten määrän valvontaa pitkällä aikavälillä, kun sen kuormituksen muutokset ovat hitaita ja/tai vähemmän säännöllisiä, tarkoituksena tehdä välittömät päätökset säätöparamentrien muutoksista tai päätökset ehkäisevistä tai korjaavista toimenpiteistä.

30 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä polttomoottorin toiminnan valvomiseksi käytössä, jolle on tunnusomaista se, että 35 - rekisteröidään samantyyppisessä testimoottorissa tai - moottoreissa eri säätöparamentrien arvoille palotilassa vallitsevat painemuutokset, jolloin ne tarvittaessa väliai- 2 87102 kaisesti modifioidaan siten, että synnytetään useita 0-100 %:iin ulottuvia stabiileja kuormitustiloja ja siten että synnytetään paineen vaihtelujen amplitudimuutokset paineen keskimääräisen arvon ympärillä ulottuen amplitudin mini-5 miarvosta maksimiarvoon, joka on kymmenkertainen minimiarvoon verrattuna, jolloin reksiteröinti suoritetaan taajuusalueella 0-30 000 Hz ja yhdellä tai useammalla moottorin peräkäisellä tai ei-peräkkäisellä tahdilla, 10 - samanaikaisesti rekisteröidään testimoottorin tai -moottoreiden palotilan tai -tilojen viereisten elimien eri kohdissa niiden värähtelyjen amplitudi ja taajuus, jotka toimintajärjestelmä on synnyttänyt taajuusalueella 0-30 000 Hz, 15 - lasketaan painesignaalin spektraalisen voimakkuuden suhde kunkin eri mittauskohdista saadun signaalin spektraaliseen voimakkuuteen, tai kaikkien näitä voimakkuuksia edustavien arvojen suhde, 20 - määritetään, missä mittauskohdassa suhteen arvo poikkeaa vähiten vakiosta millä tahansa kuormitustasolla, jolloin tämän mittauskohdan katsotaan antavan edustavan signaalin, 25 - asennetaan käytössä olevaan moottoriin värähtelyjen mit tauslaite asemaan, joka on määritelty testimoottorin tai -moottorien perusteella, ja käytetään tämän moottorin normaalikäytön eri ajanjaksoina antaman signaalin spektraalisen voimakkuuden tasoa tai tätä voimakkuutta vastaavaa 30 arvoa arvioitaessa palotilan viereisten elimien käyttäytymistä ja/tai niihin kohdistuvien rasitusten suuruutta tarvittaviin toimiin ryhtymiseksi.

Spektraalisen voimakkuuden hyväksikäyttäminen johtaa 35 kahteen mahdolliseen toimintatapaan.

Ensimmäisen toimintatavan mukaan lasketaan sen signaalin 3 87102 spektraalinen voimakkuus, joka edustaa moottorin toiminnan erilaisia vaiheita käytössä, säännöllisin tai ei-säännöllisin väliajoin, ja ainakin yhden täydellisen tahdin kestoajan.

5

Toisen toimintatavan mukaan lasketaan sen signaalin spektraalinen voimakkuus, joka edustaa moottorin toiminnan erilaisia vaiheita käytössä, säännöllisin tai ei-säännöllisin väliajoin, ja yhdelle tai useammalle moottorin tahdille, 10 joista kustakin otetaan vain yksi tai useampia osia.

Spektraalista voimakkuutta edustavan arvon hyväksikäyttäminen voi tapahtua eri muodoissa.

15 Ensimmäisen esimerkin mukaan lasketaan sen vakion ja stabiilin signaalin taso, joka antaa saman spektraalisen voimakkuuden kun edustava signaali, jolloin tämä taso muodostaa ekvivalenttitason palotilan viereisen komponentin tai komponenttien rasitukselle tai tietyn käyttäytymisen 20 ilmaisulle.

Toisen esimerkin mukaan otetaan edustavaksi arvoksi sen signaalin värähdyseneregia, joka on saatu mittauslaitteella mootorin toiminnan erilaisissa vaiheissa käytössä.

25 Lähdettäessä mittauslaitteella saadun signaalin väräh-dysenergiasta lasketaan suositeltavasti sen vakion ja stabiilin signaalin ekvivalenttitaso, joka antaa saman värähdysenergian kuin ne vaihtelevat värähtelyt, joita 30 todellisuudessa syntyy jolloin ekvivalenttitaso lasketaan käytössä olevan moottorin toiminnan eri vaiheissa säännöllisiin tai ei-säännöllisin väliajoin moottorin yhdelle tai useammalle tahdille, joista kustakin otetaan vain yksi tai usemapia osia.

edullisesti määritellään mittausajänjaksot, jotka sisältävät yhden tai useampia peräkkäisiä tai ei-peräkkäisiä 35 4 87102 tahteja, jolloin kukin jakso sisältyy käytössä olevan mootorin toiminnan vaiheeseen, jossa kuormitus ei vaihtele tai vaihtelee vain vähän.

5 Pitkän aikavälin havainnoimista varten tallennetaan saadut ekvivalenttitasojen arvot muistiin ja ne järjestetään taso-luokkiin.

Lopuksi verrataan eri tasojen arvoa ja/tai eri luokissa 10 saatujen tasojen lukumäärää tallennettuihin arvoihin, jotka on kokein määriteltty kyseessä olevalle käytössä olevalle moottorityypille, jolloin vertailun tuloksesta voidaan tehdä päätökset mahdollisista yhden tai useamman tallennetun parametrin muutoksista ja/tai ehkäiseviin huoltotoimen-15 piteisiin ryhtymisestä.

Tämän jälkeen kuvataan esimerkinomaisesti keksinnön menetelmän erästä suositeltua suoritusmuotoa.

20 Useat tekijät voivat vaikuttaa sen rasituksen määrään, joka kohdistuu palotilan viereisiin elimiin kuten esimerkiksi sylinterinvaippaan, mäntään ja sylinterirakenteeseen. Palaminen voi edetä palamistilassa tilan koko tai osatila-vuudelta kuten ohjatussa sytytyksessä tai dieselkierrossa 25 tapahtuu. Syy voi olla sytytyksen katkomisessa tai huonossa esisuihkutuksessa. Samoin se voi löytyä polttoaineen ominaisuuksien vaihtelusta tai ympäristöolosuhteista: lämpötilasta, kosteudesta jne. Ahdetuissa polttomoottoreissa voivat esimerkiksi liialliset ilmavaihtelut, jotka 30 johtuvat esimerkiksi turbokompressorin tukkeutumisesta, tai ilman jäähdytyksen vaikutuksen pieneneminen kohottaa epänormaalisti palamisesta johtuvaa rasitustasoa. Samalla tavalla aikaansaa venttiilien sulkeutuminen rasituksia, jotka, elleivät ne suoranaisesti olekaan vahingollisia, 35 ilmoittavat säätömekanismien tilasta, toimintajärjestelmän välyksistä ja nopeuksista.

5 87102

Kokemus on osoittanut, että palotilan viereiset elimet, erityisesti sylinterinkansi, välittävät värähtelyjä, jotka antavat tietoja paineiden kehityksestä tilassa ja liikkuvien elimien (venttiilien, suutinneulojen) käyttäytymises-5 tä, ja joiden mittaus ja rekisteröinti on helpompaa suorittaa ja ajan mittaan luotettavampaa kuin paineiden suora mittaus samassa tilassa. Silloin kun painvaihtelut rasittavat komponentteja erityisesti palotialle ominaisella resonanssitaajuudella, ne aiheuttavat mekaanisia rasituksia 10 ja lisääntynyttä lämpövaihtoa, jotka, elleivät ne sillä hetkellä olekaan vahingollisia, voivat muuttua ajan mittaan vaarallisiksi vaurioiden kumuloituessa.

15 Edellä mainitun ekvivalenttitason siirtyminen ajan mittaan tietyssä kuormitustilassa muodostaa osoituksen avainpara-metrien kehityksestä, kuten sytytyshetkestä, ahtimen paineesta ja ilmansyötöstä, polttoaineen ominaisuuksista, jne.

20

Leikkaamalla signaali selektiivisesti, jolloin voidaan erottaa moottorin tahtien määrätyt ajanjaksot, saadaan samaten näkyviin vastaavien elimien tai järjestelmien käyttäytyminen, esimerkiksi venttiilin sulkeutuminen tai 25 suihkutusvaihe.

Itse asiassa on mahdollista aikaansaada suhde toisaalta rasitusten ekvivalenttitason raja-arvon välille, lähtien niistä vaurioista, jotka ilmenvät joissakin komponenteissa 30 tai toiminnoissa, ja toisaalta niiden ekvivalenttitasojen määrän välille, jotka on laskettu yhdessä luokassa ja tietyn tyyppisissä vaurioissa, jolloin tällä on suora analogia materiaalien väsymiskäyttäy tyrni seen. On esimerkiksi mahdollista liittää ekvivalenttitason raja-arvo kavi-35 taatioeroosioilmiön ilmaantumiseen sylinterikannen viereiseen vaipan osaan, samalla kun tämä sama vaippaosa altistuu lämpöperäiselle säröilylle vain ekvivalenttitasojen tietyn 6 87102 arvon riittävällä ilmaantumismäärällä.

Tietyn tyyppiselle moottorille on tarpeellsita määrittää korrelaatio ekvivalenttitason arvon tai arvojen määrän ja 5 valvottavan ilmiön ilmaantumisen välille, jolloin tämä korrelaatio säilyy kaikille samantyyppisille moottoreille.

Näihin tuloksiin pääsemiseksi menetelmässä tallennetaan muistiin kunkin ekvivalenttitason arvo, joka on saatu 10 tuloksena kunkin mitatun ryhmän käsittelystä. Tallennettujen arvojen tilastollisella käsittelyllä voidaan päätellä moottorissa moottorissa vallitsevien toimintaolosuhteiden tila. Tämän selvityksen tuloksien perusteella on mahdollista tehdä lyhyen aikavälin päätökset, joiden tarkoituksena 15 on tiettyjen säätöparametrien välitön muuttuminen moottorin ollessa käytössä, mutta yhtä hyvin on mahdollista, kun lähdetään pitemmän aikavälin kattavista havainnoista, päättää pitemmällä tähtäimellä ennalta ehkäisevistä huoltotoimenpiteistä, joilla pyritään esimerkiksi etukäteen 20 estämään elimien väsymysheikkeneminen.

Claims (10)

1. Menetelmä polttomoottorin toiminnan valvomiseksi käytös-5 sä, tunnettu siitä, että - rekisteröidään samantyyppisessä testimoottorissa tai -moottoreisa eri säätöparametrien arvoille palotilassa vallitsevat painemuutokset, jolloin ne tarvittaessa väliai-10 kaisesti modifioidaan siten, että synnytetään useita 0-100 %:iin ulottuvia stabiileja kuormitustiloja ja siten että synnytetään paineen vaihtelujen amplitudimuutokset paineen keksimääräisen arvon ympärille ulottuen amplitudin minimiarvosta maksimiarvoon, joka on kymmenkertainen minimiar-15 voon verrattuna, jolloin rekisteröinti suoritetaan taajuusalueella 0-30 000 Hz ja yhdellä tai useammalla moottorin peräkkäisellä tai ei-peräkkäisellä tahdilla, samanaikaisesti rekisteröidään testimoottorin tai 20 moottorien palotilan tai -tilojen viereisten elimien eri kohdissa niiden värähtelyjen amplitudi ja taajuus, jotka toimintajärjestelmä on synnyttänyt taajuusalueella 0 -30 000 Hz, 25. lasketaan painesignaalin spektraalisen voimakkuuden suhde kunkin eri mittauskohdista saadun signaalin spektraaliseen voimakkuuteen, tai kaikkien näitä voimakkuuksia edustavien arvojen suhde, 30. määritetään, missä mittauskohdassa suhteen arvo poikkeaa vähiten vakiosta millä tahansa kuormitustasolla, jolloin tämän mittauskohdan katsotaan antavan edustavan signaalin, asennetaan käytössä olevaan moottoriin värähtelyjen 35 mittauslaite asemaan, joka on määritelty testimoottorin tai -moottorien perusteella, ja käytetään tämän moottorin normaalikäytön eri ajanjaksoina antaman signaalin spektraali- 8 87102 sen voimakkuuden tasoa tai tätä voimakkuutta vastaavaa arvoa arvioitaessa palotilan viereisten elimien käyttäytymistä ja/tai niihin kohdistuvien rasitusten suuruutta tarvittaviin toimiin ryhtymiseksi. 5

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lasketaan sen signaalin voimakkuus, joka edustaa moottorin toiminnan erilaisia vaiheita käytössä, säännöllisin tai ei-säännöllisin väliajoin, ja ainakin 10 yhden täydellisen tahdin kestoajan.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, 5 att spektralstyrkan för den signal beräknas, som represen- terar olika skeden av motorns funktion i drift, vid regel-bundna eller oregelbundna intervall, och för en eller flera av motorns takter, av vilka frän envar tas bara en eller flera delar. 10

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lasketaan sen signaalin spektraalinen voimakkuus, joka edustaa moottorin toiminnan erilaisia 15 vaiheita käytössä, säännöllisin tai ei-säännöllisin väliajoin, ja yhdelle tai useammalle moottorin tahdille, joista kustakin otetaan vain yksi tai useampia osia.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att nivän för den konstant och stabila signal beräknas, som ger samma spektralstyrka som den representativa signalen, varvid denna nivä bildar en ekvivalent nivä för belastning- 15 arna eller uttrycket för ett visst beteende för en eller flera av komponenterna invid förbränningskammaren.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-20 t u siitä, että lasketaan sen vakion ja stabiilin signaalin taso, joka antaa saman spektraalisen voimakkuuden kuin edustava signaali, jolloin tämä taso muodostaa ekvivalenttitason palotilan viereisen komponentin tai komponenttien rasituksille tai tietyn käyttäytymisen ilmaisulle. 25

5. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att säsom ett representativt värde tas vibrationsenergin 20 för den signal, som har erhällits med mätanordningen under olika skeden av motorns funktion i drift.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että edustavaksi arvoksi otetaan sen signaalin värähdysenergia, joka on saatu mittauslaitteella moottorin toiminnan erilaisissa vaiheissa käytössä. 30

6. Förfarande enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att dä man utgär frän vibrationsenergin för den signal som 25 erhällits frän mätanordningen beräknas ekvivalentnivän för den konstanta och stabila signal som ger samma vibrations-energi som de varierande vlbrationer, vilka i verkligheten uppstär. 30 7. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat därav, att ekvivalentnivän beräknas under olika skeden av den i drift varande motorns funktion vid regelbundna eller oregelbundna intervall för en eller flere av motorns takter, av vilka frän envar tas endast en eller flera 35 delar.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lähdettäessä mittauslaitteella saadun signaalin värähdysenergiasta lasketaan sen vakion ja stabiilin signaalin ekvivalenttitaso, joka antaa saman 35 värähdysenergian kuin ne vaihtelevat värähtelyt, joita todellisuudessa syntyy. li β 87102

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ekvivalenttitaso lasketaan käytössä olevan moottorin toiminnan eri vaiheissa säänöllisin tai ei-säännöllisin väliajoin moottorin yhdelle tai useammalle 5 tahdille, joista kustakin otetaan vain yksi tai useampia osia.

7 87102

8. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, 12 87102 kännetecknat därav, att de mätperioder, som innehäller en eller flera successiva eller icke-successiva takter, be-stämmes, varvid varje period ingär i en fas av den i drift varande motorn där belastningen inte varierar eller va-5 rierar endast lite.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritellään mittausajan- 10 jaksot, jotka sisältävät yhden tai usempia peräkkäisiä tai ei-peräkkäisiä tahteja, jolloin kukin jakso sisältyy käytössä olevan moottorin vaiheeseen, jossa kuormitus ei vaihtele tai vaihtelee vain vähän.

9. Förfarande enligt patentkravet 9, kännetecknat därav, att värdena för de erhällna ekvivalentniväerna lagras i ett minne och ordnas i niväklasser. 10

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että saadut ekvivalenttitasojen arvot tallennetaan muistiin ja järjestetään tasoluokkiin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-20 t u siitä, että eri tasojen arvoja ja/tai eri luokissa saatujen tasojen lukumäärää verrataan tallennettuihin arvoihin, jotka on kokein määritelty kyseessä olevalle käytössä olevalle moottorityypille, jolloin vertailun tuloksesta voidaan tehdä päätökset mahdollisista yhden tai 25 useamman tallennetun parametrin muutoksista ja/tai ehkäiseviin huoltotoimenpiteisiin ryhtymisestä. 30 1. Förfarande för övervakning av funktionen hos en förbrän- ningsmotor i drift, kännetecknat därav, att - i en testmotor eller -motorer av samma typ registreras förändringarna av trycket som räder i förbränningskammaren 35 för olika värden pä reglerparametrarna, varvid de vid behov tillfälligt modifieras sä, att flera stabila belastnings-tillständ ästadkommes , vilka sträcker sig frän 0-100 %, 10 87102 och sä att amplitudförändringar av tryckvariationerna ästadkommes kring medelvärdet för trycket, vilka sträcker sig frän ett minimivärde för amplituden tili ett maximivär-de, som är tio gänger minimivärdet, varvid registreringen 5 utförs inom ett frekvensomräde 0 - 30 000 Hz och för en eller flera av motorns efter varandra eller icke efter varandra följande takter, - samtidigt registreras i olika punkter av de komponenter 10 som ligger invid testmotorns eller -motorernas förbrän-ningskammare amplitud och frekvens för de vibrationer, som funktionssystemet ästadkommit inom frekvensomrädet 0 -30 000 Hz, 15. beräknas förhällandet mellan trycksignalens spektralstyr- ka och spektralstyrkan för envar av de i de olika mätpunk-terna erhällna signalerna, eller förhällandet för alla de värden som representerar dessa styrkor, 20. bestämmes i vilken mätpunkt värdet pä förhällandet av- viker minst frän konstanten pä vilken som heist av belast-ningsniväerna, varvid denna mätpunkt anses ge en represen-tativ signal, 25. installeras i den motor som är i drift en vibrationsmät- anordning i en position, som är bestämd pä basen av testmo-torn eller -motorerna, och används nivän för spektralstyrkan eller ett värde som motsvarar denna styrka för den signal som avges under olika perioder av denna motors 30 normaldrift vid bedömning av de intill förbränningskammaren liggande komponenternas beteende och/eller storleken av de mot dessa riktade päfrästningarna för att vidtaga nödvändi-ga ätgärder. 35 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att styrkan hos den signal beräknas, som representerar olika skeden av motorns funktion i drift, vid regelbundna t! 11 87102 eller oregelbundna intervall, och ätminstone under tiden för en fullständig takt.

10. Förfarande enligt patentkravet 9, kännetecknat därav, att de olika niväernas värden och/eller de i de olika klasserna erhällna niväernas antal jämförs med lagrade värden, vilka experimentellt bestämts för ifrägavarande i 15 drift varande motortyp, varvid man pä basen av resultatet av jämförelsen kan dra slutsatser om eventuella föränd-ringar av en eller flera lagrade parametrar och/eller om vidtagande av förebyggande underhällsätgärder.