RU2008639C1

RU2008639C1 - Method for assessing condition of diesel engine fuel pump governor

Info

Publication number: RU2008639C1
Authority: RU
Inventors: И.П. Добролюбов; Г.П. Бобрышев
Original assignee: Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: diagnostics of machines. SUBSTANCE: method involves setting a certain rotation speed corresponding to start of governor operation, then carrying out a series of accelerations each time measuring acceleration at the first rotation speed which is lower than the preset one, determining the variation coefficient of measured accelerations. Then additional series of accelerations are performed. In each additional series the acceleration is measured and the variation coefficient of measured acceleration is determined at the rotation speed which is higher than that determined in the preceding series of accelerations. The start of governor operation is determined by the maximum values of variation coefficient. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к диагностике машин и используется для оценки технического состояния регулятора топливного насоса дизеля. The invention relates to the diagnosis of machines and is used to assess the technical condition of the diesel fuel pump regulator.

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. There is a method of determining the onset of the action of the regulator by free acceleration of the diesel engine, fixing the moment of the onset of the action of the regulator and measuring the corresponding engine speed [1]. The disadvantage of this method is the need to open the regulator to install a sensor for moving the rail of the fuel pump.

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] . There is also a method for assessing the technical condition of the diesel fuel pump controller, based on the creation of a free diesel acceleration mode, fixing the moment the controller starts, measuring the corresponding frequency of the diesel shaft rotation, recording the angular acceleration of the shaft and determining the moment the regulator starts at the beginning of the decay of the trailing edge of the angular pulse acceleration [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. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the moment the controller begins, caused by the inertial properties of the acceleration meter. Before registering the angular acceleration pulse, it is necessary to smooth the signal in order to eliminate the vibrational component caused by the uneven rotation of the shaft, the level of which sharply increases after differentiation. The use of smoothing (filtering) leads to a delay in the onset of the decay of the trailing edge of the angular acceleration pulse, and, consequently, to a false fixation of the rotation frequency at which this moment has come. The value of the specified delay varies depending on the time constant of smoothing (filtering), as well as on the physical frequency of rotation corresponding to the start of the controller. For different engines, this frequency varies widely, for example, it is 1700 rpm for the K-700, MTZ-50, T-4A and 2200 rpm for the MTZ-80 engine (82). Therefore, with the selected smoothing time constant, in each case there will be a different delay and a different additional error in determining the start of the action of the controller, due to the method.

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. The aim of the invention is to increase the accuracy of fixing the moment of the start of the action of the fuel pump regulator by providing the possibility of a sharp decrease in the smoothing time constant, and hence the delay in the start of the decline of the trailing edge of the angular acceleration pulse relative to the true moment of the start of the action of the regulator.

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. This goal is achieved by the fact that with the method of evaluating the technical condition of the diesel fuel pump regulator by freely accelerating the diesel engine, fixing the moment the regulator starts to operate and measuring the corresponding diesel shaft speed, the estimated rotational speed corresponding to the moment the regulator starts responding is preliminarily set, then a series of accelerations is carried out, in the process of each, acceleration is measured at a first speed below the predetermined speed, the coefficient of variation is determined tion of measured acceleration, and then sequentially carried acceleration series, each series of measured acceleration, and determining the coefficient of variation of the measured accelerations at the rotation frequency being higher than the frequency set in the previous series of acceleration and the moment of the start of the controller is determined by the maximum value of the variation coefficient.

Отличия предложенного способа доказывают соответствие критерию "Новизна". The differences of the proposed method prove compliance with the criterion of "Novelty."

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. Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences". Conducting a series of measurements of accelerations at frequencies in the region of the estimated frequency of the controller starting time and determining the moment the controller starts using the maximum value of the coefficient of variation provides, in comparison with known methods, a sharp decrease in the smoothing time constant and, therefore, a decrease in the frequency determination error corresponding to the start of the controller action.

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. As a result of experimental studies, it was found that for the selected smoothing time, the dispersion of the acceleration readings and the coefficient of variation take on the greatest value at a frequency corresponding to the moment the regulator starts. This is due to the fact that due to the randomness of the combustion process, the randomness of the phase in the angle of rotation at the moment of acceleration, there is a spread in the readings of measured accelerations from acceleration to acceleration. This spread will be maximum in the region of the greatest steepness of the acceleration curve, i.e., at the moment the regulator starts to operate.

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( ε).The diagrams (see Fig. 1) show three cases when measurements are performed at the same smoothing time on the corrector section at n ₁ , on the regulatory section at n _i (the average acceleration value will be significantly lower than on the corrector plot) and at the point where the regulator begins to act at n _p . The corresponding probability densities of the measured accelerations t (ε) are also presented here.

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 δ = 2(n_p-n_x)/(n_p+n_x).Thus, fixing the maximum value of the coefficient of variation of accelerations and measuring the corresponding value of the frequency of rotation of the crankshaft in the free acceleration mode, determine the moment the controller starts. Measuring also the value of the maximum idle speed n _x , one can determine the degree of non-uniformity of the controller δ = 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. After a certain operating time, as a result of wear of the controller mates, the action of the controller begins at a lower speed. It is also possible to deliberately set the service personnel to overestimate the frequency at which the controller begins to operate. When the fuel equipment is misaligned (changes in fuel consumption, fuel feed advance angle), the nature of the acceleration acceleration characteristic changes. However, in all cases, at the moment the controller starts to operate, the dependence of the acceleration on the rotation frequency undergoes a sharp break, which leads to an increase in the dispersion of the measured accelerations from acceleration to acceleration.

Применение способа позволяет выбрать минимально возможное время сглаживания (теоретически нулевое), что приводит к снижению задержки сигнала и, следовательно, погрешности определения начала действия регулятора. Application of the method allows you to choose the smallest possible smoothing time (theoretically zero), which leads to a decrease in signal delay and, therefore, the error in determining the start of the controller.

На фиг. 1 изображены диаграммы углового ускорения ε коленчатого вала в функции частоты вращения n; на фиг. 2 - функциональная схема устройства для осуществления способа. In FIG. 1 shows diagrams of angular acceleration ε of a crankshaft as a function of speed n; in FIG. 2 is a functional diagram of a device for implementing the method.

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. A device for implementing the method consists of a speed sensor 1, mounted opposite the flywheel, a converter 2, a differentiator 3, a frequency smoothing filter 4 (LPF1), a smoothing acceleration filter 5 (LPF2), an analog key 7, a selector 6, a storage device 8, voltmeter 9.

Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом. A device for implementing the proposed method works as follows.

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. The signal from the speed sensor 1 (for example, an induction sensor mounted opposite the flywheel ring gear) is converted to voltage by the pulse frequency converter 2 to voltage. This voltage is simultaneously supplied to a differentiator 3 and a frequency smoothing filter 4 (low-pass filter 1). From the output of the differentiator 3, the voltage is smoothed by the acceleration filter 5 (LPF2) is fed to the signal input of the analog switch 7, to the control input of which a signal is output from the output of the selector 6 (comparative device). The selector 6 compares the voltage received from the output of the filter 4, with a reference corresponding to a given level of fixation, that is, the speed at which it is necessary to measure the acceleration. In the free acceleration mode, a voltage corresponding to angular acceleration is supplied continuously to the analog storage device 8 through the analog key 7, and at the moment the engine reaches the set speed, the key 7 closes by the signal from the selector 6. The voltage stored in the storage device 8 is measured with a voltmeter 9. With each acceleration, the voltmeter readings are read, and a coefficient of variation is calculated from a series of accelerations. The determination of the coefficient of variation can also be carried out automatically using a meter of coefficient of variation, included instead of the voltmeter 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. The smoothing filter 4, necessary to improve the accuracy of measuring the speed, introduces a delay. Therefore, the practically minimum value of the smoothing time constant of the filter 5 for this device should be equal to the time constant of the filter 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_ε=

; v = S_ε/

где k - число разгонов.The method can be carried out as follows. Pre-measure the maximum idle speed n _x . Then, based on the technical data of this engine (fuel pump), the expected speed n _p corresponding to the moment the regulator starts to operate is set (for example, for a D-240L diesel engine it is about 120 + 80 rpm lower than n _x ). Set the first speed n ₁ <n _p , which is slightly lower than the specified frequency. A series of accelerations is carried out, the acceleration is measured each time, and the coefficient of variation of these accelerations is determined

=

S _ε =

; v = S _ε /

where k is the number of accelerations.

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.Then a new frequency n ₂ > n _{1 is set} , a second series of accelerations is carried out, the coefficient of variation is again determined. Again increase the frequency and repeat the measurements. The tests are carried out repeatedly and the maximum value of the coefficient of variation determines the frequency of rotation corresponding to the moment the regulator starts to operate.

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). As an example, the table shows the specific values of the coefficient of variation obtained for the D-240L engine (repetition K = 15) using the IMD-C device (having an acceleration smoothing time constant of about 0.1 s).

Полученное значение n_p= 2260 об/мин совпало с его значением, измеренным на тормозном стенде с погрешностью 1% .The obtained value n _p = 2260 rpm coincided with its value measured on the brake stand with an error of 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. The proposed technical solution in comparison with the prototype allows to increase the accuracy of determining the start of the controller and assess its technical condition, to simplify the process of measuring and processing the signal through the use of simple (including serial) diagnostic tools that measure acceleration at a fixed speed.

(56) Авторское свидетельство СССР N 139464, кл. G 01 L 23/22, опублик. 1960. (56) Copyright certificate of the USSR N 139464, cl. G 01 L 23/22, published. 1960.

2. Авторское свидетельство СССР N 1010474, кл. G 01 L 23/22, опублик. 1983. 2. Copyright certificate of the USSR N 1010474, cl. G 01 L 23/22, published. 1983.

Claims

METHOD FOR ESTIMATING THE TECHNICAL CONDITION OF THE DIESEL FUEL PUMP REGULATOR by free acceleration of the diesel engine, fixing the moment of the start of the regulator action and measuring the corresponding frequency of the diesel shaft rotation, characterized in that, in order to increase the accuracy, the rotation frequency corresponding to the moment of the start of operation is preliminarily set, and a series of accelerations is performed , during each acceleration, acceleration is measured at a rotational speed less than the rotational speed corresponding to the start of the controller operation, the coefficient is determined nt variations in the series of measured acceleration, and then sequentially carried out further series of acceleration, in each additional series of measured acceleration, and determining the coefficient of variation in rotational speed greater than the rotational speed of the previous series, and the moment of commencement of the regulator is determined by the maximum value of the variation coefficient.