HUT67209A - Method and device for testing internal combustion engines - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás/belsőégésű motorok, különösen többhengeres belsőégésű motorok vizsgálatára. Az eljárás során a forgatónyomaték)illetve a terhelés mértékeként az elfordulási —szögsebesség alakulásából meghatározható energiaszint-alakulás készülék \ ingadozásait használjuk fel.

A találmány szerinti egy olyan motorellenőrző amá^ szőrűjén végzett szögsebesség-alakulási mérésből (opcionálisan egy belsőégésű motor fogaskotöbb szögsebesség-alakulásból) meghatározza a motor fordulatszámát, a motor terhelését és/vagy a motorellenőrzési menif— nyiségeket. Ez ugyanakkor alapjául szolgál valamennyi többi mérési mennyiségnek a szűkebb terhelés- és fordulatszámfüggő határok közötti ellenőrzéséhez. A találmányt szabályozási célokra, vagy telejesítménymérésre is lehet alkalmazni.

S.B.G, & K.

Bu<hr.f_S{· ,, Iroda

11-xf.l.J.I r>uda.,oi;>_ ΟκΙςτΑΛί·. ,, 1 (\

T«l««_:lSS.3733.r.x_:-:₅h«4

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY*^

NSZQ-: &ΟΊΜ A)/00

Eljárás és berendezés belsőégésű motorok vizsgálatára

AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und MeEtechnik m.b.H.,

GRAZ, AT

Feltalálók: Dr. HARMS, Klaus-Christoph, GRAZ , /\T

KOEGELER, Hans-Michael,	GRAZ t AX
KUNZFELD, Wilhelm,	GRAZ ) AT*
Dr.SCHIFFBÁNKER, Herbert,	GRAZ, AT

Bejelentés napja: 1993. 04. 21.

Elsőbbsége: 1992. 04. 30. (A 895/92) AT

An/uvut; ycT/AT ^J/oooQZ )j Z>2/ CM

A találmány tárgya eljárás belsőégésű motorok, különösen « · «· ···· ·· ·· · · * 6 • » Μ» · · • · · « · · • · ♦ 4·· «« ···· ·

- 2 többhengeres belsőégésű motorok vizsgálatára. Az eljárás során a forgattyúszögfüggő elfordulási-szögsebesség mérése folyamatos, és ennek a mérésnek a kiértékelésével határozzuk meg a fordulatszámot, a forgatónyomatékot illetve a terhelést.

A találmány tárgya továbbá belsőégésű motorok vizsgálatára szolgáló berendezés, amelynek van egy mérőberendezése a forgatytyúszögfüggő elfordulási-szögsebesség meghatározására és egy ezzel összekötött kiértékelő egysége a fordulatszám, a forgatónyomaték illetve a terhelés mértékének a meghatározására.

A belsőégésű motorok működésekor a forgatónyomaték (terhelés) és a fordulatszám az alapvető mért mennyiségek. A motorokon mért legtöbb más mennyiség függ mind a motorterheléstől, mind a motor-fordulatszámtól. Ezeket az öszefüggéseket a motor-kutatásban általában jelleggörbe-seregeken ábrázolják. Motormenedzsment- rendszerekbe is be vannak programozva például a gyújtási időpontok a fordulatszám és a terhelés függvényében. A motorellenőrzési feladatok során mostanában ennek ellenére (anyagi és technikai okok miatt) terhelésmérés többnyire nem történik, és csak abszolút határértékeket ellenőriznek, például az olajnyomásnak, a hűtővíz hőmérsékletének vagy a kipufogógáz hőmérsékletének a határértékét ellenőrzik.

Míg a motor fordulatszáma sok különböző módon mindig egyszerűen mérhető, addig a motor által leadott forgatónyomaték mérése sokkal nagyobb ráfordítást igényel. A különlegesen nagyterhelésű tengelydarabokon gyakran nyúlásmérő bélyegeket helyeznek el a csavarás következtében fellépő alakváltozások érzékelésére. Ez a módszer közvetlen beavatkozást jelent a hajtásláncba, viszont nagyon pontos. Továbbá a szögkülönbség > « ·* · · «··« ·· ♦· · 9 9 · • 9 9 9· · ♦ mérések is a hajtáslánc puha elemein történnek. A motorfelfüggesztésekben lévő visszaható forgatónyomatékot is felhasználták a forgatónyomaték meghatározásához.

Minden ilyen módszer sok mérőberendezést és érzékelőt igényel. Ezért már megkísérelték, hogy a terhelés mértékét a viszo nylag egyszerűen mérhető fordulatszámból, vagyis a közepes szögsebességből és a közepes szöggyorsulásból nyerjék. Az US-PS 3 921 446 számú szabadalmi leírásban (Kari Ludloff) például a terhelési nyomatékot egy gyorsulási és egy lecsengés! fázis kombinációjával, egy meghatározott szögsebesség révén becsülik.

Ismert továbbá, hogy egy dugattyús gép közepes terhelési nyomatéka a főtengely pillanatnyi szöggyorsulásának alakulásából is meghatározható. Harry J. Venema a négyhengeres négyütemű motorokra vonatkozó, 455 0 595 számú US szabadalomban megállapítja, hogy a motorterhelés a főtengely szögsebességének és szöggyorsulásának alakulásából csak akkor rekonstruálható, ha a kiértékelésben az oszcilláló tömegek tömegerő-hatását is figyelembe vesszük. Ez a szabadalmi leírás közöl egy közelítő képletegyüttest speciálisan a négyhengeres, négyütemű motorokra.

A S.J. Citron EP 0198137 számú szabadalmában leírt módszer alkalmazhatóságát is korlátozza, hogy nem veszi figyelembe a tömegerőket. A terhelés szabadalomban megadott mértéke megfelel a szögsebességalakulás amplitúdójának, és erősen függ a fordulatszámtól, ami nem előnyös. Kísérletekben megállapították ezen kívül, hogy a szögsebesség-alakulás amplitúdója magas fordulatszámokon a növekvő terheléssel csökkenhet is, és alakulása nem monoton. A monoton összefüggés azonban feltétele a mért mennyiség használhatóságának.

·· « • · • · · « « · 4·· ··· ·« ···* *

- 4 A SAE-Paper 8900885-ben W.B. Ribbens és G. Rizzoni egy villamos helyettesítő modellt mutat be, amellyel a motor közepes belső forgatónyomatékát a szögsebesség és a szöggyorsulás mért alakulásából lehet rekonstruálni. A motor közepes belső forgatónyomatéka csak a motor-súrlódással különbözik a terhelési nyomatéktől. Ennek a módszernek a hátránya a szükséges modell-paraméterek nagy száma, a nagy számítási munkaszükséglet és az a tény, hogy nem lehet figyelembe venni a főtengely csavarórezgéseinek befolyását.

Találmányunk célja az ismertetett típusú ismert eljárások és berendezések tárgyalt hátrányainak kiküszöbölése, és különösen a motorterhelés egyszerű módon, kevés motoradattal történő meghatározása.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy az ismertetett típusú eljárás során a forgatónyomaték illetve a terhelés mértékeként az elfordulási-szögsebesség alakulásából meghatározható energiaszint-alakulás ingadozásait használjuk fel.

A feladatot a berendezés tekintetében úgy oldjuk meg, hogy a kiértékelő egység tartalmaz egy az energiaszint alakulásának meghatározására szolgáló berendezést, valamint egy azzal összekötött berendezést, ami meghatározza az energiaszint alakulásában bekövetkező ingadozásokat és ezeket hozzárendeli a forgatónyomaték illetve a terhelés keresett mért mennyiségeihez.

Ezáltal az is lehetséges, hogy egyedül a főtengely pillanatnyi elfordulási-szögsebességének méréséből - sőt a szöggyorsulás meghatározása nélkül - magának a forgattyúszögnek a függvényeként, a motor-fordulatszámot és a motorterhelést, illetve további különböző motor-ellenőrzési jellemzőket egyszerű módon

meghatározzunk.

Az energiaszint illetve az energiaszint-alakulás fogalmát illetően, amelyeket még a következőkben közelebbről megmagyarázunk, itt előzetesen kiegészítőleg utalunk az AT-B 393.324 leírásra, ami ezeknek a mennyiségeknek az alapjait, illetőleg ezek meghatározását explicite ismerteti.

Találmányunkat annak példaképpen! kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben, ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra egy tipikus mérési elrendezés, a

2. ábrán a jó és rossz állapot elválasztására szolgáló határérték-felületek láthatók, a

3. ábra a találmány tárgyát képező mérési eljárást mutatja táblázatos áttekintésben, a

4. ábra a szögsebesség alakulását mutatja a forgattyúszög függvényében, az

5. ábra a szögsebességből számított energiaszint-alakulást mutatja, a

6. ábra a merev modelltömegek szögsebességeinek alakulását mutatja, a

7. ábra nagypontossággal számított energiaszint-alakulásokat mutat, a

8. ábra a forgatónyomaték változásait mutatja különböző terhelések esetén, a

9. ábrán az energiaszint-alakulás rendűségi spektruma látható, a

10. ábrán az energiaszint alakulásának ingadozása látható különböző fordulatszámokon, a

4· ♦··· • *

11. ábrán szintén az energiaszint alakulásának ingadozása látható különböző fordulatszámokon, de két szögsebesség-méréssel.

Az 1. ábrán egy tipikus mérési elrendezés látható. A motor lendkerekénél történik a pillanatnyi elfordulási-szögsebesség mérése. A T kioldójel, ami az ωelfordulási-szögsebesség alakulása során egy időpontot rendel hozzá a főtengely meghatározott helyzetéhez, például ugyanúgy a lendkeréknél tapogatható le. Választani lehet további, például és c<_> 3 elfordulási-szögsebességek mérését, hogy a főtengely csavarórezgéseit is figyelembe lehessen venni.

A terhelés és a fordulatszám ismeretében aztán például egy motorellenőrző készülékben minden további motormérési mennyiség egy jelleggörbe-seregen megfigyelhető.

így nemcsak egyedi határértékeket lehet tehát - szükségszerűen nagy tűrési határral - megadni a jó és rossz állapot elválasztására, hanem határérték-felületeket is (lásd a 2. ábrát). Ez azt jelenti, hogy így az ellenőrzés különböző mérési adatai, mint például a töltőnyomás, a kipufogógáz hőmérséklete, az olajnyomás; az olaj nyomás alakulása, a hűtővízhőmérséklet, a befecskendezési illetve gyújtási időpont, a füstérték vagy az üzemóraszám jellemző adatai; illetve azok a jellemző adatok, amelyek szintén a mért ul -alakulásból határozhatók meg, és még sok egyéb adat, sokkal szűkebb tűréshatárok között ellenőrizhetők, mint amikor az ellenőrzés a teljes működési tartomány alsó és felső határértékének megadásával történik. Röviden: a motor meghibásodása által egy meghatározott gyakorolt hatás megkülönböztethető az üzemi állapot által a mérési adatra gyakorolt hatástól. A fordulatszám és a terhelés ismerete természetesen a teljesítmény «·· • ·ν« • to 4···

W ·· to · • ν · · ·· ··· ··· 4« to···· meghatározásának lehetőségét is hordozza, sőt nemcsak gyorsulóvágy lecsengő-fázisban, hanem állandósult állapotban is.

A főtengely pillanatnyi elfordulási- szögsebességének meghatározásához a főtengely helyzetét, az a forgattyúszöget mint a t idő függvényét a hajtáslánc legalább egyik tagjánál mérjük, és ebből az uo szögsebességet a függvényében számítjuk:

z\Cl go (a) = -------- (1. egyenlet)

Z\t (a)

A szögmérőjelek előállításához vagy megfelelő formában letapogatjuk és feldolgozzuk a meglévő mérőjeleket - például a fogaskoszorú fogait - és/vagy más, jól ismert inkrementális mérési eljárásokat alkalmazunk. Δα - a rendelkezésre álló mérőjelek száma szerint - tipikusan 1 és 6° forgattyúszög közé esik. Egy megkülönböztetett kioldási mérőjel -előnyös módon ciklusonként 1* - megengedi a szögsebességalakulás egzakt szöghozzárendelését. Ezzel a kioldással kapcsolatos informciókat sokféleképpen nyerhetjük. Lehet például egy, a lendkeréken lévő, egzakt módon forgási szinkronban lévő mérőjelet és egy további jelet kombinálni, ami ugyan egy egzakt szög vonatkozásában valamennyit változik, de négyütemű motoroknál lehetővé teszi a hengerek hozzárendelését, például egy gyújtófeszültségjelet vagy a befecskendező vezeték nyomásjelét. Kétütemű motoroknál az utóbbi jel elhagyható.

A 3. ábra a találmány szerinti mérési eljárás táblázatos áttekintését mutatja. Az első lépésben az <g> elfordulási-szögsebesség mért mennyiségét a hozzátartozó T kioldójellel együtt, ugyanúgy mint az opcionálisan meghatározott g) ₂ és elfordulási-szögsebesség mért mennyiségeit, mentesítjük a Δ,α illetve

pontatlanságának következtében fellépő, gyakran « · ·· ·· ···· ·· ·· · w · · · ··· · · • V ♦ · · · ··· ··· ·· ···· ·

- 8 előforduló mérési hibától. Ehhez a szögsebességet előnyös módon mozgó középértékképzéssel simítjuk. A továbbiakban célszerű az pJ szögsebesség alakulását a mérőjelek számától függetlenül szögfelbontással, például 720/1024 fok forgattyúszögfelbontással számolni, úgyhogy ciklusonként a forgáspontok számának négyzete áll rendelkezésre. Ez a simított alakulás interpolálásával történik, és az az előnye, hogy egy későbbi lépés során alkalmazhatók a gyors és egyszerű FFT-algoritmusok.

A következő lépésekben következik az alábbiakban ismertetett eljárás az energiaszint és rendűségi spektrumának számítására, amiből a motorterhelésre'' kapott mennyiség és opcionálisa az egyeshenger-terhelések egyenletességére kapott eredmények is nyerhetők.

A fordulatszámra eredményként kapott mennyiséget ismert módon például a T kioldójelből nyerjük. Ha a főtengelyt, például rövidsége miatt, merevnek tekinthetjük, akkor csak a szögsebességmérés következik, előnyös módon a fogaskoszorúnál. A 4. ábra az Pö^ szögsebesség mért mennyiségének tipikus alakulását mutatja a forgattyúszög függvényében.

Hosszú főtengely esetén további szögsebességmérés következik a főtengely szabad végén. Elvileg - de nem szükségszerűen - a módszer pontossága növelhető, ha a hajtásláncot több merev tömeggel és az ezek közötti tömegnélküli rugókkal modellezzük. Ebben az esetben minden merev modelltömeg szögsebességét kellene mérni (lásd például a 6. ábrát), úgyhogy az (1) egyenlet szerint a mérőhelyek n számától függően pö szögsebességalakulások adódnak, amelyek mind a főforgattyúszög (α=α₁) függvényeként vannak kiszámítva és simítva.

A főtengely így mért uo j elfordulási-szögsebességeiből határozzuk meg a géprendszerben tárolt energia alakulását, ahogyan ezt a 393.324 sz. osztrák szabadalom leírja.

_n uő?(a)

Eges(ot) = I₁ (a) -------- + Σ I. —------ + Epot (2. egyenlet) j=2 ^J 2 ahol

Eges(a) a géprendszerben tárolt energia

1^(0) az 1. mérőhelyhez tartozó tehetetlenségi nyomaték, amibe be van számítva az oszcilláló tömegek tehetetlenségi hatása:

^mn_s r: z. „

I, (α) = I_n1 · (1 + --------- Σ (x* (a.) ) (3. egyenlet)

I_Q1 ^j=1 ahol

I_Q1 a forgó tömegek tehetetlenségi nyomatéka az 1. mérőhelyen τη.θ₃ az egy hengerben lévő oszcilláló össztömeg r félíöket z a hengerek száma dj hengerspecifikus forgattyúszög, ami a j-edik henger gyújtási felső holtpontjában zérus dx λ sin2ct x' (a) = ---- = sina + --. » - —~ (4. egyenlet) da 2vl-Xsin^za ahol x (a.·) λ

Epot a j-edik henger dimenzió nélküli lökete hajtórúd-arány (A- = r/1) a hajtókar hossza a j-edik mérőhelyhez tartozó tehetetlenségi nyomaték a hajtáslánc-rendszerben tárolt összes potenciális energia összege.

Ennek meghatározására nem térünk ki, ugyanis ez a terhelés felismerése szempontjából elhanyagolható.

Az 5. ábra az mérési adatból számított energiaszintalakulást mutatja, a 7. ábra az és elfordulási-szögsebességek figyelembevételével kapott, növelt pontosságú energiaszint-alakulásokat mutatja.

Találmányunk lényeges eleme éppen az, hogy a tárolt energia alakulásában bekövetkező változások, amelyek alapvetően a gyújtófrekvencián mutatkoznak meg, a motorterhelés mértékeként szolgálnak. Ennek az egyáltalán nem nyilvánvaló ténynek a magyarázata a következő: Nagy motorterhelésnél az egyeshengerek forgatónyomatékának a gázerők következtében nagyobbak az ingadozásai, mint alacsony terhelésnél (lásd a 8. ábrát). A nagyobb levegőmennyiség miatt (turbotöltés) egyrészt negatívabb kompreszsziós forgatónyomaték adódik, másrészt a befecskendezett üzemanyag nagyobb mennyisége pozitívabb expanziós forgatónyomatékot eredményez.

A forgatónyomatéknak ezek az ingadozásai ezért a hajtáslánc forgásában is kisebb-nagyobb egyenlőtlenségekhez vezetnek. A periódusidő megfelel a gyújtási távolságnak. Mindamellett a tömegerők és a csavarórezgések hatása a hajtásláncban a lendkerék mozgására zavaróan szuperponálódik. Az energiaszint-alakulás számításakor éppen ezeket a zavaró hatásokat - és az uo -mérőhelyek számától függően a csavarórezgések hatásait is - gyakorlatilag tetszés szerinti pontossággal vesszük figyelembe.

A (2)-(4). egyenletekből a találmány egy további jellemzője ismerhető fel, nevezetesen a tömegerők, hatásának korrekt meghatározásához szükséges motoradatok kisebb száma. Ez a szám tovább csökkenthető, ha figyelembe vesszük a következő egyszerűsítési lehetőségeket: Mivel minden esetben a gyújtófrekvencia-amplitudót hozzá kell rendelni a hozzátartozó terhelési nyomatékhoz - legalább egy fordulatszámnál, például üresjáratban az üresterhelés amplitúdóját 0 Nm forgatónyomatékhoz, vagy teljes terhelésnél a teljes terhelés amplitúdóját a névleges forgatónyomatékhoz -, ezért nem szükséges az energiaszint-alakulást abszolút értékként számolni. Elegendő egy viszonyító számítás, aminél Eges értékét I_Q1 = 1 kgm2 értékre normáljuk. A tömegerők figyelembevételéhez elegendők az m^g · r2 / Ιθ₁ és Λ arányok, a csavarórezgések figyelembevételéhez pedig a j-edik mérőhely tehetetlenségi nyomatéka helyettesíthető az Ι^/Ιθ₁ aránnyal.

A keresett A(n_z) közepes gyújtófrekvencia-amplitúdó legegyszerűbben egy FFT-algoritmus segítségével, rendűségi-analízissel határozható meg. Ennek az az előnye, hogy a -alakulások simításakor interpolációt alkalmaztunk, úgyhogy a forgáspontok száma 2-nek egy hatványa.

_________________

A(n) = --- 4 Xnr² + Xni² (5. egyenlet) /N ahol

N a szőgforgáspontok ciklusonként! száma n az alapfrekvenciához tartozó rendűség (n=l...N/2) ¹ (N-l) _

Xn = ---- Σ E(a) e ^{1 Han/} (6. egyenlet) /Ν α=0 ahol

Xnr

Xn valós része » 9

- 12 Xni Xn képzetes része

A z hengerszámtól és a t ütemszámtól függően a gyújtófrekvencia n rendűségére azt kapjuk, hogy

Ζ. 2 n = ------- (7. egyenlet) ^Z t

Egyenetlen gyújtási távolságoknál (például V6-hengeres motor esetén a₁ = 150 fok, a₂ = 90 fok) gyűjtófrekvencia-amplitúdón a kővetkező főtengely-renduségek esetén alapvetően az amplitúdók összege értendő:

360 n_zl = ----- (8. egyenlet) ^al

360 n_z2 = ----- (9. egyenlet) ^a2

360 n^ ₂ = ------- (10. egyenlet) &i + a₂

Adott esetben a legközelebbi főtengely-rendűségre kerekítünk .

Különleges esetben egy amplitúdó el is hagyható vagy n_zl vagy n_z2 egy egész számú többszörösének megfelelő főtengelyrendűséghez tartozó amplitúdóval helyettesíthető.

A 9. ábra egy hathengeres soros motor energiaszint-alakulásának egy ilyen rendűségelemzésére mutat példát.

A 10. és 11. ábra a gyújtófrekvenciához tartozó amplitúdót mutatja (például egy hathengeres motor 3. főtengelyrendűségére vonatkozóan, lásd a 9. ábrát) a tőle függetlenül mért terhelés függvényében. Látható, hogy minden fordulatszámon monoton emelkedő alakulás adódik, mégpedig már akkor, amikor egyetlen egy alakulás mérésekor csak a tömegerő hatása van kompenzálva (10. ábra).

Ha egy második - például a főtengely szabad végén végzett szögsebességméréssel a csavarórezgések lényeges részét ugyancsak kompenzáljuk, akkor várhatóan egyetlen egy, a fordulatszámtól gyakorlatilag független és majdnem lineáris összefüggést kapunk a motorterhelés és az energiaszint-alakulás gyújtófrekvencia-amplitúdó ja között (11. ábra).

Látható, hogy a gyújtófrekvencia-amplitudó már egy szögsebességalakulás mérésekor megmutatja a terhelés mértékét. A további szögsebesség-alakulások mérésével a gépláncban tárolt energia alakulása pontosabban követhető, és így a terhelésre vonatkozó, a fordulatszámtól elvileg független összefüggés jobban közelíthető.

Ez az összefüggés motortípusonként egy motoron a terhelésre kalibrálható. A mért energiaszint-ingadozások alapján a motor aktuális terhelési nyomatékét abszolút mennyiségként lehet megadni .

A kalibrálás próbapadon történik, amin lehetséges egy a terhelési referenciamérés. A kalibrálás ismert Ιθ motortehetetlenségi nyomaték esetén azonban járműbe beépített motor néhány szabad felpörgetésével műhelyben is ugyanúgy elvégezhető.

A tényleges M motor-forgatónyomaték az ismert összefüggéssel is meghatározható:

Μ = Ιθ · <co> (il. egyenlet) • ·

- 14 <uo> alatt a például az egy munkaciklus alatt mérhető közepes szöggyorsulást értjük, I_Q alatt pedig a motor teljes hatásos tehetetlenségi nyomatékét.

Az így meghatározott M motor-forgatónyomaték a jelen találmány szerint azonban az energiaszint-alakulás gyújtófrekvenciájának egyidejűleg kiszámítható amplitúdójából is meghatározható .

M = d + k · A(n_z) (12. egyenlet)

A 11. és 12. egyenletet legalább két teherátadási helyen összehasonlítva, tehát például egy munkaciklusra egy teljesterhelési felpörgetésből és körülbelül ugyanakkora fordulatszámú másik munkaciklusban egy részterhelési felpörgetéséből, meghatározhatók erre a motortípusra vonatkozóan a d és k kalibrálási tényezők (ezen a fordulatszámon).

Ha az A(n_z) amplitúdó számítása FFT-algoritmus alkalmazásával történik, akkor előnyös, ha az energiaszint számításához felhasznált, minden mért oj-alakulás /közepes szöggyorsulás által okozott nem periódusos részét előzőleg eltávolítjuk:

^Wcorr(a) (a) ^[UJ(al) ^(aO) ahol (13. egyenlet) α-α

corr	a felpörgetés! rész nélküli korrigált tó -alakulás
^(a)	a felpörgetési résszel rendelkező ub-alakulás
a	az aktuális forgattyúszög
aoai	megállapítási tartomány, célszerűen egy munkaciklus

Az energiaszint-alakulás rendűségi spektrumából kiegészítőlég nyerhető egy általános infomáció az egyes hengerek teljesítményének egyenletességéről (lásd a 3. ábrát). Ha a motor körfutási pontossága nem kielégítő, akkor a gyújtófrekvencia alatti minden amplitúdót - négyüteműnél előnyös módon beleértve a fél gyújtófrekvencia alattiakat is - megnövelünk (például hathengeres motor esetén a 0.5, 1 és 1.5 főtengelyrendűségűeket, lásd a 9. ábrát). Elvileg ezeknek az amplitúdóknak az összegét ezért fel lehet használni az egyenletesség illetve a körfutási pontosság mértékeként.

Különösen a 0.5-ik főtengelyrendűség gerjed egy négyütemű motor egy hengerének kisebb teljesítménye esetén.(Kétütemű motornál az 1. főtengelyrendűség.)

Ezért az amplitúdó egymagában is felhasználható mint a hibafelismerés mértéke.

A jó és rossz állapot közötti határértékeket a terheléssel és a fordulatszámmal lehet változtatni, és egy öntanuló folyamat során, a készüléknek a jómotor-felépítés-en történő installálásakor statisztikai módszerek alapján ezek a határértékek automatikusan megállapítást nyernek (lásd a 2. ábrát).

A fordulatszám és a forgási egyenletesség mérésével tehát a motor állapotára vonatkozó diagnosztikai információkat lehet nyerni. A motornak az ekkor bizonyos körülmények között még szükséges hatásos tehetetlenségi nyomatéka azonban gyakran nem ismert.

Javasoljuk ezért még a fordulatszám és/vagy a forgási egyenletesség mérését nemcsak terhelés nélkül, hanem egy kis járulékos terheléssel is. Ez a terhelés lehet egy járulékos ismert tehetett · ·

- 16 lenségi nyomaték és/vagy egy járulékos ismert súrlódási nyomaték.

A járulékos terheléssel vagy anélkül végzett mérések eredményeinek számítással történő összehasonlításával meghatározható a motor ismeretlen tehetetlenségi nyomatéka.

Ekkor mérjük egyrészt járulékos terhelés nélkül a fordulatszám és a forgási egyenetlenség uj alakulását, és a kiértékelés a következő paraméterekkel történik:

I₁ a forgó tömegek tehetetlenségi nyomatéka közepes hatásos nyomaték, másrészt járulékos terheléssel, egyébként ugyanolyan feltételek között mérjük uö₂ alakulását, és a kiértékelés a következő paraméterekkel történik:

I₂ = I₁ + 1^ tehetetlenségi nyomaték beleértve a járulékos terhelést

M₂ = M-l - Μ_β hatásos nyomaték járulékos terheléskor így az I₁ tehetetlenségi nyomatékot meghatározó egyenletet kapunk.

A szabad felpörgetés és/vagy lelassulás során meghatározott <uj> közepes fordulatszámváltozást Newton törvénye alapján összefüggésbe hozzuk a hatásos nyomatékkai:

Μ_χ = I₁ · < κόρ

M₂ =

I₂ · <ŰJ₂>

♦ • 4 »· • · · • « · ·

A keresett 1^ tehetetlenségi nyomatékra így ezt kapjuk:

I₁ = (M_B + lg · < <-«J₂>) / (<gü₁>-<uö₂>) (14. egyenlet)

A terhelőberendezést például úgy lehet kialakítani, hogy szabványos szerszám helyett csatlakoztatható legyen a lendkerék kézzel történő forgatásához. Ugyanolyan fogazott hajtótengelye kell, hogy legyen, mint ennek a szerszámnak, ami belekapcsolódik a lendkerék fogaskoszorújába és ez hajtja. A fogazott hajtótengely viszont a terhelőberendezést hajtja, ami például egy lendkerékből és/vagy egy hidraulikus fékből állhat. A járulékos terhelés tetszés szerinti aktiválásához előnyös módon egy tengelykapcsolót is lehet alkalmazni.

Egy másik lehetőség a járulékos terhelés megvalósítására a meglévő generátor (dinamó, váltakozóáramú áramfejlesztő) felhasználása, amire tetszés szerint egy villamos terhelő ellenállás van kapcsolva. Ilyen körülmények között azonban hátrányos a generátor viszonylag alacsony teljesítménye, amit nem szabad túlterhelni, valamint fordulatszám- és terhelésfüggő hatásfoka.

Az ismertetett okok miatt normális esetben a mechanikai megoldást kell előnyben részesíteni.

A fordulatszám és a forgási egyenletesség mérésére szolgáló fogaskoszorú-érzékelő is beépíthető a terhelőberendezésbe.

Claims (13)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás belsőégésű motorok, különösen többhengeres belsőégésű motorok vizsgálatára, amelynek során a forgattyúszögfüggő elfordulási-szögsebességet folyamatosan mérjük, és ennek a mérésnek a kiértékelésével határozzuk meg a fordulatszám, a forgatónyomaték illetve a terhelés mértékét, azzal jellemezve , hogy az eljárás során a forgatónyomaték illetve a terhelés mértékeként az elfordulási-szögsebesség alakulásából meghatározható energiaszint-alakulás ingadozásait használjuk fel.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az energiaszint-alakulás ingadozásának közepes amplitúdóját a gyújtófrekvencián a forgatónyomaték illetve a terhelés mértékeként használjuk.
3. 3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elfordulási-szögsebesség alakulását illetve az abból levezetett mennyiségeket a kiértékelés előtt jelfeldolgozásnak, előnyös módon egy több munkaciklusból vagy gyújtási periódusból kapott alakulások szuperponálásával végzett középértékképzésnek, illetve egy mozgó középértékképzésnek vetjük alá.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elfordulási-szögsebesség illetve az abból levezetett mennyiségek alakulását egy definiált, például 720/1024 fok forgattyúszög szögfelbontással határozzuk meg, úgyhogy ciklusonként a forgáspontok száma kettő hatványán áll rendelkezésre.
5. 5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal • * «· »· ···« • · · ♦ · · t * · *«« * · jellemezve, hogy az energiaszint-alakulás ingadozásának közepes amplitúdóját a gyújtófrekvencián, egy FFT-algoritmus segítségével, rendűségelemzéssel határozzuk meg.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az energiaszint-alakulás rendűségi spektrumából határozzuk meg a gyújtófrekvencia főtengely-rendűségeihez tartozó amplitúdó-növekedéseket és ezeket az egyeshenger-teljesítmények egyenletességének illetve a belsőégésű motor körfutási pontosságának mértékeként alkalmazzzuk.
7. 7. A 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mindenkori belsőégésű motor forgattyúszögfüggő elfordulási-szögsebességének alakulását az energiaszint-alakulás meghatározásához egyszer egy járulékos terheléssel, egyszer egy járulékos terhelés nélkül, egy járulékos, ismert tehetetlenségi nyomaték és/vagy súrlódási nyomaték révén határozzuk meg, és ebből a mindenkori mérési eredmények összehasonlításával határozzuk meg a hatásos tehetetlenségi nyomatékot.
8. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy járulékos súrlódó nyomatékot létesítünk a belsőégésű motoron meglévő generátorra kapcsolt villamos terhelő ellenállás révén.
9. 9. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a járulékos terhelést a belsőégésű motor által hajtott járulékos lendkerékre és/vagy fékező berendezésre adjuk.
10. 10. Berendezés belsőégésű motorok vizsgálatára, amelynek van egy mérőberendezése a forgattyúszögfüggő elfordulási-szögsebesség meghatározására és egy ezzel összekötött kiértékelő egysége a fordulatszám, a forgatónyomaték illetve a terhelés méretnagyságának meghatározására, azzal jellemezve, hogy a kiértékelő egység tartalmaz egy berendezést az energiaszintalakulás meghatározására, valamint egy ezzel összekötött berendezést az energiaszint-alakulásban bekövetkező ingadozások meghatározására és ezeknek a forgatónyomaték illetve a terhelés keresett nagyságaihoz történő hozzárendelésére.
11. 11. A 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kiértékelő egység elé egy jelfeldolgozó egység van kapcsolva.
12. 12. A 10. vagy a 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a belsőégésű motornak van egy járulékosan hajtandó, ismert tehetetlenségi nyomatékú lendkereke és/vagy egy definiált terhelést képező fékberendezése.
13. 13. A 10. vagy a 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a belsőégésű motoron lévő egyik generátorra rákapcsolható egy definiált villamos terhelő ellenállás.