RU2246103C1 - Method of inspection of internal combustion engines - Google Patents
Method of inspection of internal combustion engines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2246103C1 RU2246103C1 RU2003119976/06A RU2003119976A RU2246103C1 RU 2246103 C1 RU2246103 C1 RU 2246103C1 RU 2003119976/06 A RU2003119976/06 A RU 2003119976/06A RU 2003119976 A RU2003119976 A RU 2003119976A RU 2246103 C1 RU2246103 C1 RU 2246103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- rotation
- angle
- diagram
- engine
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в эксплуатационных условиях.The invention relates to measuring technique and can be used to determine the technical condition of internal combustion engines (ICE) in operating conditions.
Известен способ косвенного определения давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, основанный на измерении сигналов с тензодатчиков, установленных на уплотнительную прокладку газового стыка [1].A known method of indirectly determining the pressure in the cylinder of an internal combustion engine, based on measuring signals from strain gauges installed on the gasket of the gas joint [1].
По показаниям датчиков определяется действующее в цилиндре давление.According to the readings of the sensors, the pressure acting in the cylinder is determined.
Недостатком известного способа является его невысокая точность при малых давлениях, а также его ограниченная унификация, так как уплотнительная прокладка заменяется при каждом демонтаже головки блока.The disadvantage of this method is its low accuracy at low pressures, as well as its limited unification, since the gasket is replaced with each dismantling of the head of the block.
Наиболее близким по технической сущности является известный способ определения технического состояния ДВС путем измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, передающихся через головку блока цилиндров в результате воздействия на нее сил давления газов, выделение из полученной зависимости сил инерции, внутренних сил и моментов, действующих в остове двигателя [2].The closest in technical essence is the known method for determining the technical state of ICE by measuring the stresses acting in the studs or bolts transmitted through the cylinder head as a result of the action of gas pressure forces, the allocation of the inertia forces, internal forces and moments acting in skeleton of the engine [2].
Полученную зависимость от угла поворота или от времени принимают за индикаторную диаграмму цилиндра двигателя, сравнивают эту диаграмму и ее числовые показатели с эталонными и определяют техническое состояние двигателя.The obtained dependence on the rotation angle or on time is taken as an indicator diagram of the engine cylinder, this diagram and its numerical indicators are compared with the reference ones and the technical condition of the engine is determined.
Недостатками прототипа являются невысокая точность идентификации данных и низкая достоверность определения технического состояния двигателя в эксплуатационных условиях из-за использования упрощенной модели, кроме того, значительные погрешности при идентификации данных могут возникать из-за неточной тарировки датчиков. К недостаткам прототипа также относится то, что для предложенной модели алгоритм обработки экспериментальных данных не отвечает требованию - универсальности, то есть быть пригодной для двигателей независимо от их конструктивных особенностей и от места установки датчика.The disadvantages of the prototype are the low accuracy of data identification and the low reliability of determining the technical condition of the engine in operating conditions due to the use of a simplified model, in addition, significant errors in the identification of data can occur due to inaccurate calibration of sensors. The disadvantages of the prototype also include the fact that for the proposed model, the experimental data processing algorithm does not meet the requirement of universality, that is, be suitable for engines regardless of their design features and the location of the sensor.
Техническим результатом является разработка способа диагностики ДВС, позволяющего повысить точность и достоверность определения технического состояния ДВС в эксплуатационных условиях, путем косвенного индицирования цилиндров за счет использования более сложной модели, позволяющей точно идентифицировать экспериментальные данные, а также за счет использования в качестве исходного материала для процесса контроля и диагностирования индикаторную диаграмму давлений. Точность идентификации экспериментальных данных повышается за счет предварительной тарировки датчиков при характерных значениях угла поворота коленчатого вала двигателя. Кроме того, модель отвечает требованию универсальности - пригодна для двигателей независимо от их конструктивных особенностей и от места установки датчиков.The technical result is the development of an internal combustion engine diagnostic method, which allows to increase the accuracy and reliability of determining the technical state of an internal combustion engine under operational conditions by indirectly indicating cylinders by using a more complex model that allows precise identification of experimental data, as well as by using the source material for the control process and diagnosing an indicator pressure chart. The accuracy of the identification of experimental data is increased due to preliminary calibration of the sensors with characteristic values of the angle of rotation of the crankshaft of the engine. In addition, the model meets the requirement of universality - it is suitable for engines regardless of their design features and the place of installation of the sensors.
Технический результат достигается тем, что путем непрерывного нахождения индикаторной диаграммы цилиндра в зависимости от угла поворота вала или по времени, при котором индикаторную диаграмму получают с помощью предварительно построенной тарировочной зависимости, построенной одновременно по текущим значениям измеренных напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку блока цилиндров, и давлений газов в цилиндре, не менее чем при трех значениях угла поворота коленчатого вала двигателя, а именно: на тактах выпуска и впуска или продувки, на такте сжатия перед подачей топлива и на такте расширения при достижении максимального давления сгорания, при различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя, при этом тарировочный сигнал с датчика напряжений на такте выпуска и впуска или продувки принимается за опорный сигнал, причем по величине его изменения в процессе диагностики корректируется тарировочная зависимость. По текущим значениям полученной индикаторной диаграммы давлений вычисляют характерные числовые показатели, сравнивают их с эталонными и определяют техническое состояние двигателя, кроме того, по полученной индикаторной диаграмме давлений вычисляют текущие значения показателей политроп сжатия и расширения по углу поворота коленчатого вала или по времени.The technical result is achieved by the fact that by continuously finding the indicator diagram of the cylinder depending on the angle of rotation of the shaft or by time at which the indicator diagram is obtained using a pre-built calibration dependence, constructed simultaneously from the current values of the measured voltages acting in the studs or bolts that secure the head cylinder block, and gas pressures in the cylinder, not less than three values of the angle of rotation of the crankshaft of the engine, namely: at the exhaust and intake strokes ka or purge, on the compression stroke before fuel supply and on the expansion stroke when the maximum combustion pressure is reached, at various speed and load operating modes of the engine, while the calibration signal from the voltage sensor on the exhaust and intake or purge cycle is taken as a reference signal, and the magnitude of its changes in the diagnostic process is adjusted calibration dependence. Based on the current values of the obtained pressure indicator diagram, characteristic numerical indicators are calculated, compared with the reference ones and the technical condition of the engine is determined, in addition, the current values of the polytropic compression and expansion indicators are calculated by the angle of rotation of the crankshaft or by time using the obtained pressure diagram.
Отличием настоящего технического решения от прототипа является то, что: для повышения точности идентификации экспериментальных данных предварительно производят тарировку датчиков напряжений по показаниям специально установленных датчиков давлений не менее чем при трех характерных значениях угла поворота коленчатого вала, а именно на тактах выпуска и впуска или продувки, на такте сжатия перед подачей топлива и на такте расширения при достижении максимального давления сгорания; для повышения точности и достоверности определения технического состояния двигателя в качестве исходного материала для процесса выявления неисправностей и разрегулировок в системах и узлах ДВС используется индикаторная диаграмма давления газа в цилиндре, полученной с помощью тарировочной зависимости, предварительно построенной по текущим значениям измеренных напряжений и давлений в цилиндре, что позволяет создать адекватную базовую математическую модель рабочего процесса, в частности вычислить показатели политроп сжатия и расширения для корректировки объемной верхней мертвой точки на индикаторной диаграмме, также по характеру изменения расчетной зависимости показателя политропы от угла поворота коленчатого вала или по времени, определенной по скорректированной индикаторной диаграмме, позволяет исследовать характерные моменты и фазы процессов впуска, горения и выпуска; модель универсальна - пригодна для двигателей независимо от их конструктивных особенностей и от места установки датчиков.The difference between this technical solution and the prototype is that: to increase the accuracy of identification of experimental data, the voltage sensors are calibrated beforehand according to the readings of specially installed pressure sensors for at least three characteristic values of the crankshaft rotation angle, namely, at the exhaust and intake or purge cycles, on the compression stroke before fuel supply and on the expansion stroke when the maximum combustion pressure is reached; to increase the accuracy and reliability of determining the technical condition of the engine as an initial material for the process of detecting malfunctions and misalignments in ICE systems and nodes, an indicator diagram of the gas pressure in the cylinder is obtained, obtained using a calibration curve, previously constructed from the current values of the measured stresses and pressures in the cylinder, which allows you to create an adequate basic mathematical model of the workflow, in particular, to calculate the performance of the polytropic compression and expansion eniya to adjust the volume at the top dead center of the indicator diagram as the character changes depending on the polytropic index calculated from the crank angle or time, determined by the adjusted indicator diagram, it allows to investigate the characteristic points and the intake phase processes, combustion and exhaust; the model is universal - it is suitable for engines regardless of their design features and the location of the sensors.
Сущность предмета изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображена принципиальная схема, реализующая заявляемый способ диагностики ДВС; на фиг.2 приведена тарировочная зависимость, полученная заявляемым способом при помощи датчиков напряжений и давлений; на фиг.3 приведена косвенная индикаторная диаграмма рабочего процесса ДВС, полученная заявляемым способом при помощи тарировочной зависимости.The essence of the subject invention is illustrated by drawings, where: in Fig.1 shows a schematic diagram that implements the inventive method for the diagnosis of internal combustion engines; figure 2 shows the calibration dependence obtained by the claimed method with the help of voltage and pressure sensors; figure 3 shows an indirect indicator diagram of the internal combustion engine workflow obtained by the claimed method using calibration dependencies.
Заявляемый способ осуществляется в следующей последовательности. Датчик напряжений 1 в виде стальной шайбы с закрепленными на ней тензорезисторами, предназначенный для измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку 2 блока цилиндров, устанавливается под гайку или болт, крепящий головку 2 блока цилиндров. Датчики 1 для разных типов двигателей изготавливаются индивидуально. Внутренний диаметр стальной шайбы больше наружного диаметра резьбы шпильки или болта, обеспечивая установку датчика 1 без натяга, наружный диаметр шайбы выбирается для обеспечения условий работы материала датчика 1 в зоне упругих деформаций и нахождения наружной поверхности датчика 1 под действием осевых сил, действующих на шпильку или болт, высота шайбы выбирается для обеспечения условия нахождения рабочей части тензорезистора в зоне с пропорциональной зависимостью между усилием, воздействующим на шайбу, и ее деформацией. Специально устанавливаемый на период тарировки датчик давления 3 для измерения давлений газов в цилиндре монтируется на головку 2 блока цилиндров. Для измерения давлений с высокой точностью датчик давления должен монтироваться таким образом, чтобы его чувствительная торцевая поверхность совмещалась с поверхностью стенки камеры сгорания. По текущим значениям одновременно измеренных напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку блока цилиндров, и давлений газов в цилиндре строится тарировочная зависимость напряжения от давления, причем не менее чем при трех значениях угла поворота коленчатого вала. В зависимости от конструктивных особенностей двигателя и места установки датчиков напряжений и давлений тарировочная зависимость может быть линейной и нелинейной. Индикаторную диаграмму давлений в цилиндре двигателя в зависимости от угла поворота вала или по времени получают с помощью предварительно построенной тарировочной зависимости напряжения от давления путем измерения напряжений, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку блока цилиндров, при различных скоростных, нагрузочных режимах работы двигателя и различных предварительных затяжках болтов крепления головки.The inventive method is carried out in the following sequence. The voltage sensor 1 in the form of a steel washer with strain gauges attached to it, designed to measure the stresses acting in the studs or bolts that secure the cylinder head 2, is installed under the nut or bolt that secures the cylinder head 2. Sensors 1 for different types of engines are made individually. The inner diameter of the steel washer is larger than the outer diameter of the thread of the stud or bolt, ensuring the installation of the sensor 1 without interference, the outer diameter of the washer is selected to ensure the working conditions of the material of the sensor 1 in the zone of elastic deformation and the outer surface of the sensor 1 under the action of axial forces acting on the stud or bolt , the height of the washer is chosen to provide the conditions for the working part of the strain gauge in the area with a proportional relationship between the force acting on the washer and its deformation. A pressure sensor 3 specially installed for the calibration period for measuring gas pressures in the cylinder is mounted on the cylinder head 2. To measure pressure with high accuracy, the pressure sensor must be mounted so that its sensitive end surface is aligned with the surface of the wall of the combustion chamber. Based on the current values of the simultaneously measured voltages acting in studs or bolts that fasten the cylinder head and gas pressures in the cylinder, a calibration dependence of the voltage on pressure is built, and at least for three values of the crankshaft rotation angle. Depending on the design features of the engine and the location of the voltage and pressure sensors, the calibration dependence can be linear and non-linear. An indicator diagram of the pressure in the engine cylinder depending on the angle of rotation of the shaft or over time is obtained using a pre-built calibration dependence of the voltage on pressure by measuring the stresses acting in the studs or bolts securing the cylinder head at various speed, load conditions of the engine and various pre-tightening the head bolts.
Во время предварительной тарировки при работе двигателя 4 под воздействием давления газов в камере сгорания датчиком давления 3 создаются электрические сигналы, которые усиливаются в усилителе 5. Одновременно с этим усилия, возникающие от действия сил давления газов в цилиндре ДВС, через головку 2 блока цилиндров и передающиеся шпилькам или болтам крепления головки воспринимаются датчиком напряжений 1, который преобразует их в электрический сигнал, который поступает на вход в усилитель сигнала 6 с коррекцией нулевой линии. Одновременно с этим производится измерение сигнала с датчика угловых меток 7 с отметчиком оборотов. В дальнейшем сигналы через аналого-цифровой преобразователь 8 передаются и обрабатываются в ПЭВМ 9. Процесс обработки полученных зависимостей напряжений по углу поворота коленчатого вала или по времени, действующих в шпильках или болтах, крепящих головку 2 блока, и зависимостей давлений по углу поворота коленчатого вала или по времени, возникающих от процесса горения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, сводится к получению тарировочной зависимости напряжения от давления не менее чем при трех значениях угла поворота коленчатого вала. Из-за ограниченного ресурса датчиков давления класса точности 0,1-0,5 как без охлаждения, так и с охлаждением датчик демонтируют. Далее с помощью полученной тарировочной зависимости строятся индикаторные диаграммы давления в цилиндре. Затем сравнивают полученную индикаторную диаграмму и ее числовые показатели с эталонными и определяют техническое состояние двигателя.During the preliminary calibration, when the engine 4 is operating under the influence of gas pressure in the combustion chamber, the pressure sensor 3 creates electrical signals that are amplified in the amplifier 5. At the same time, the forces arising from the action of gas pressure forces in the internal combustion engine through the cylinder head 2 and transmitted the studs or bolts of the head are perceived by the voltage sensor 1, which converts them into an electrical signal, which is input to the signal amplifier 6 with zero line correction. At the same time, a signal is measured from the angle mark sensor 7 with a revolution indicator. Subsequently, the signals through analog-to-digital converter 8 are transmitted and processed in a PC 9. The process of processing the obtained voltage dependences according to the angle of rotation of the crankshaft or time, acting in the studs or bolts securing the head 2 of the block, and pressure dependences on the angle of rotation of the crankshaft or in time arising from the combustion process of the air-fuel mixture in the engine cylinder is reduced to obtaining a calibration dependence of voltage on pressure for at least three values of the crank angle shaft. Due to the limited life of pressure sensors of accuracy class 0.1-0.5, both without cooling and with cooling, the sensor is dismantled. Further, using the obtained calibration dependence, indicator diagrams of pressure in the cylinder are constructed. Then compare the resulting indicator diagram and its numerical indicators with the reference and determine the technical condition of the engine.
Таким образом, предлагаемый способ диагностики двигателей внутреннего сгорания методом косвенного индицирования может использоваться для проведения экспертизы технического состояния ДВС в стендовых и эксплуатационных условиях, а также для исследования рабочего процесса двигателя.Thus, the proposed method for the diagnosis of internal combustion engines by indirect indexing can be used to conduct an examination of the technical condition of the internal combustion engine in bench and operating conditions, as well as to study the working process of the engine.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003119976/06A RU2246103C1 (en) | 2003-07-01 | 2003-07-01 | Method of inspection of internal combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003119976/06A RU2246103C1 (en) | 2003-07-01 | 2003-07-01 | Method of inspection of internal combustion engines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003119976A RU2003119976A (en) | 2004-12-27 |
| RU2246103C1 true RU2246103C1 (en) | 2005-02-10 |
Family
ID=35208855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003119976/06A RU2246103C1 (en) | 2003-07-01 | 2003-07-01 | Method of inspection of internal combustion engines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2246103C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451276C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-05-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") | Method of diagnosing internal combustion engine |
| RU2534640C2 (en) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Evaluation of ice cylinder-piston assembly operating conditions |
| RU2579304C1 (en) * | 2015-04-03 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method of producing indicator diagram for internal combustion engines indirectly |
| RU2706326C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Calibration method of indicator diagram for internal combustion engines obtained indirectly |
-
2003
- 2003-07-01 RU RU2003119976/06A patent/RU2246103C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451276C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-05-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") | Method of diagnosing internal combustion engine |
| RU2534640C2 (en) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Evaluation of ice cylinder-piston assembly operating conditions |
| RU2579304C1 (en) * | 2015-04-03 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method of producing indicator diagram for internal combustion engines indirectly |
| RU2706326C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Calibration method of indicator diagram for internal combustion engines obtained indirectly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Brown et al. | Determination of engine cylinder pressures from crankshaft speed fluctuations | |
| JP6844098B2 (en) | Combustion analyzer for large low-speed engines and engine combustion state determination method using this | |
| JP4927177B2 (en) | ANALYZER AND METHOD FOR DETECTING ENGINE CHARACTERISTIC VALUE | |
| JPH05332886A (en) | Method and apparatus for diagnosing internal combustion engine | |
| US20100212632A1 (en) | Method and apparatus for controlling combustion phasing in an internal combustion engine | |
| RU2451276C1 (en) | Method of diagnosing internal combustion engine | |
| RU2246103C1 (en) | Method of inspection of internal combustion engines | |
| US20110130942A1 (en) | Device and method for measuring engine torque and control program | |
| RU2579304C1 (en) | Method of producing indicator diagram for internal combustion engines indirectly | |
| US5758307A (en) | Normalized misfire detection method | |
| RU2243528C1 (en) | Method of diagnosis of internal combustion engine | |
| RU2178158C2 (en) | Internal combustion engine condition diagnosing method | |
| KR101927785B1 (en) | Method for collecting 1 cycle data for output measurement and combustion analysis of large-sized low-speed 4 stroke engine | |
| EP3561271B1 (en) | System for measuring output of large-sized low-speed two-stroke engine and method for measuring output of large-sized low-speed two-stroke engine | |
| RU188012U1 (en) | DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN OPERATING CONDITIONS | |
| Storm et al. | Analysis of cylinder pressure measurement accuracy for internal combustion engine control | |
| RU2275611C1 (en) | Method to determine serviceable life of internal combustion engine under operating conditions | |
| KR101061290B1 (en) | Engine output measuring system and its measuring method | |
| RU2003119976A (en) | METHOD FOR DIAGNOSTIC OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| RU2554383C1 (en) | Diagnostic method of cylinder-piston group of internal combustion engine | |
| US7669462B2 (en) | Internal combustion engine including a sensor for detecting a parameter partially characterizing a course of combustion and strategically positioned between two adjacent combustion chambers | |
| RU2534640C2 (en) | Evaluation of ice cylinder-piston assembly operating conditions | |
| JP6760587B2 (en) | 1-cycle data collection method for power measurement and combustion analysis of large low-speed 4-stroke engine | |
| RU2273011C1 (en) | Device for diagnosing condition of internal combustion engine in operation | |
| RU2669445C2 (en) | Method of producing indicator diagram indirectly for internal combustion engines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070702 |