SE511278C2

SE511278C2 - Vinkelaccelerationsgivare

Info

Publication number: SE511278C2
Application number: SE9702879A
Authority: SE
Inventors: Jarl Sobel
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-09-06
Also published as: SE9702879D0; WO1999008085A1; SE9702879L; US6324483B1; EP0970357A1

Description

15 20 25 30 35 40 511 278 Den vanligaste metoden baseras på mätning av svänghjulets rotationshastighet. Denna mätning sker antingen momentant med hjälp av någon slags analog hastighetsgivare, eller som ett medelvärde, varvid mätningen oftast är digital. Sedan analyseras de mycket små differenser som, speciellt vid feltändning, uppträder i rotationshastigheten för att ge svar på om feltändning har förekommit. Rent allmänt gäller för denna metod att den är mycket känslig för mätfel och fungerar ej tillfredsställande för alla laster och varvtal.

Ett utföringsexempel med denna metod beskrivs i US 5,239,473 "Method and system for detecting the misﬁre of an intemal combustion engine utilizing angular velocity ﬂuctuations". Man utnyttjar här vevaxelns rotationshastighet och elektronisk Signalbehandling. Efter det att hastighetssignalen har bearbetats för att reducera slumpvisa fel och yttre störningar kan signalen utnyttjas i fyra olika redovisade beräkningssätt för att erhålla information beträffande det utvecklade momentet hos varje cylinder. Detta resulterar i en vektor med M dimensioner för varje cylinders uppförande för varje cykel hos förbränningsmotom. M står här för antal cylindrar hos motorn. Genom analys av denna vektor med hjälp av statistisk beslutsteori skall man enligt patentskriften kunna erhålla information om eventuell feltändning.

Den andra metoden går, som omtalat ovan, ut på att direkt mäta vridmomentet i vevaxeln. Principen som sådan fungerar utmärkt för att detektera feltändning. Problemet är dock att applicering av en vridmomentgivare kräver ganska omfattande ingrepp i en befmtlig motorkonstruktion och är därför inte speciellt tilltalande för bilindustrin.

Ett utföringsexempel med denna metod beskrivs i WO 92/ 10733 A2", "Engine niisfire, knock or roughness detection method and apparatus".

Metoden går ut på att man med bestämda mellanrum bestämmer medel- och standardavvikelsen för ett antal signaler härrörande från vridmomentpåkänrlingar hos vevaxeln, bestämmer skillnaden i medelvärde mellan på varandra följande mätningar, bestämmer förhållandet mellan denna skillnad och standardavvikelsen och jämför sedan skillnaden mot ett tröskelvärde. Nämnda förhållande för en given cylinder jämförs sedan med en eller ﬂera motsvarande förhållanden för andra cylindrar i förbränningsmotorn. Det framgår vidare av patentskriften att man kan använda magnetostríktiva givare för att få ett mått på vridmomentpåkärinin garna.

Som det har framgått av ovanstående redogörelse detekteras feltändning hos förbränningsmotorer med utgångspunkt från mätning av vevaxelns 10 15 20 25 30 35 40 511 278 rotationshastighet eller det i vevaxeln utvecklade vridmomentet och med hjälp av avancerade och omfattande analys- och statistiska metoder. Det har också anförts att det finns problem i samband med känsligheten för mätfel vid analys av hastighetssignaler samt med applicering av aktuella mätgivare och då speciellt vid applicering av vridmomentgivare.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, UTFÖRINGSFQRMER En vinkelaccelerationsgivare enligt uppfinningen skall beskrivas med utgångspunkt från bifogade figur som samtidigt visar en användning av uppfinningen, applicerat på en drivanordning i form av en förbrämiingsmotor, för mätning av vinkelaccelerationen hos drivanordningen.

En driavanordning 1 har en drivande axel 2 till vilken är anordnad ett vibrationsutjärrmande svänghjul 3 och en utgående axel 4 eventuellt försedd med en vridmomentgivare 5 för bestämning av drivanordningens belastning. Det vibrationsutjämnande svänghjulet är försett med en kuggkrans som under ett startförlopp står i ingrepp med ett ej visat kuggdrev på en startmotors axel.

Det skall påpekas att om drivanordningen består av en förbränningsmotor att motor och belastning alltid är på motsatta sidor om svänghjulet vilket innebär att momentet till den utgående axeln 4 ﬁltreras av svänghjulet.

Vinkelaccelerationsgivaren innefattar - en mätaxel 6 som är försedd med - en vridmomentgivare 7 - och att mätaxeln vid den ena axeländen är försedd med kuggdrev 8 - och att mätaxeln vid den andra axeländen är försedd med ett givarsvänghjul 9.

I den utföringsforni av en vinkelaccelerationsgivare som visas i figuren är kuggdrevet 8 avsett att kontinuerligt ligga i ingrepp med kuggarna i svänghjulets kuggkrans. I andra utföringsformer kan olika tillräckligt glappfria kopplingar av mätaxeln till vevaxelns rotationsrörelse, så att den kan mäta vevaxelns svängningar, självfallet komma till användning.

Om drivanordningen är en förbränningsmotorn så har dess vevaxel i regel förutom den drivande axeln 2 en andra utgående axel 10 för en svängningsdäinpare ll. 10 15 20 25 30 35 40 511 278 4 Det skall nu visas att vid konstant belastning på drivanordningen kommer vridmomentgivaren 7 att avge ett mått på den momentöverförande axeln moment. Om drivanordningen består av en förbränningsmotor kommer vridmomentgivaren att avge ett mått på den momentöverförande axelns moment med de variationer som eventuella feltändningar kan ge upphov till. Fördelen med detta arrangemang är således att man kan få ett mått på det utvecklade vridmomentet utan att göra ingrepp i förbränningsmotoms konstruktion. Det på så sätt erhållna vridmomentvärdet kan sedan ligga till grund för utvärdering av eventuella feltändningar enligt någon känd metod.

Följande definitioner kommer att användas vid redovisningen: Mv = i vevaxeln utvecklat vridmoment Mb = vridmoment som via växellådan är tillgängligt för drivhjulen M; = Mv - Mb är resulterande vridmoment som accelererar givarsvänghjulet 9 Mg = uppmätt vridmoment i mätaxeln NS = antal kuggar hos förbränningsmotorns svänghjuls kuggkrans Ng = antal kuggar hos vinkelaccelerationsgivarens kugghjul TS = det vibrationsdämpande svänghjulets tröghetsmoment Tg = vinkelaccelerationsgivarens svänghjuls tröghetsmoment (ns = drivanordningens/förbränningsmotoms svänghjuls/drivaxels vinkelhastighet (og = vinkelaccelerationsgivarens kuggdrevs/mätaxels vinkelhastighet För ett utförande enligt figuren och med ovan anförda definitioner gäller, att vinkelhastigheterna i fallet med kuggdrev är kopplade enligt: (Bg: NS-(DS/Ng (1) vilket medför 10 15 20 25 30 35 40 5 1 1 2 7 8 dwS/dt = (dtog/dt) Ng / NS (2) Detta ger tillsammans med Newtons första lag att det resulterande momentet som accelererar givarsvänghjulet 9 är kopplat till acceleration av vinkelaccelerationsgivaren enligt M1' = TS ~ ÖCÛS/dt = TS ' ' /NS Genom att med vridmomentgivaren 7 mäta vridmomentet M g i mätaxeln 4 kan accelerationen hos mätaxeln bestämmas eftersom enligt Newtons första lag (img/dt = Mg / Tg (4) Insättning (4) i (2) ger att accelerationen hos drivanordningens/förbränningsmotoms vibrationsutjämnande svänghjul kan bestämmas som ÖCÛS/dt = (Ng/NQÅVIg/Tg Insättning av (4) i (3) ger vidare att vid konstant belastning Mb kommer vridmomentgivaren på mätaxeln att avge ett mått på det i vevaxeln utvecklade vridmomemnet Mv enligt MV - Mb = Mr = (TS ffg) (Ng/ NS Mg = k-Mg En vinkelaccelerationsgivare enligt uppﬁnningen kan generellt användas för att bestämma vinkelaccelerationen hos en momentöverförande axel i en mångfald olika både drivande och bromsande applikationer. Om man generellt anger utväxlingen eller förhållandet mellan mätaxelns och den momentöverförande axelns rotationshastigheter som "n" gäller i enlighet med ovan att (ng = cos - n och att M; = TS - dcoS/dt = (drog/dt) TS /n och enligt ovan att CICOg/dl = Mg / Tg 10 15 20 25 30 35 40 511 278 varvid dOJS/Cll = Mg / Il) Samt att När det gäller utföringsfonner i övrigt bör vinkelacceletationsgivarens mätaxel utformas för att ge givare-svänghjulkombinationen så hög resonansfrekvens att denna inte inverkar på mätningen. Detta kräver en vridmomentgivare med liten förvridning vid norninell last varför det är lämpligt med en vridmomentgivare av magnetoelastisk typ.

Det kan observeras att eventuell hysteres och linearitetsavvikelse hos givarsignalen kommer att ha liten betydelse i en sådan applikation.

I det redovisade utföringsexemplet med vinkelaccelerationsmätníng hos förbränningsmotorer bör utväxlingen mellan kuggkrans och kugghjul hos Vinkelaccelerationsgivaren lämpligen väljas lika med en heltalsmultipel av antalet cylindrar delat med två. Detta innebär att mätningen blir praktiskt taget oberoende av eventuellt beroende hos vridmomentgivarens utsignal av mätaxelns rotation, eftersom denna då kommer in på samma sätt för alla cylindrar.

För att kontinuerligt kunna mäta och kompensera för förbränningsmotorns belastning kan en vridmomentgivare monteras kring den till belastningen utgående axeln.

I ett annat utföringsexempel kan Vridmomentgivaren anslutas i förbränningsmotoms framända där det i regel sitter en vibrationsdämpare samt eventuellt andra hjälpsystem. Vridmomentgivaren kan eventuellt vara inbyggd i vibrationsdämparen.

Vinkelaccelerationsgivaren enligt uppﬁnningen kan också med fördel användas för detektering av torsionssvängningar i momentöverförande axlar hos olika drivanordninga som t ex hos elektriska lok och motorvagnar, eventuellt även kombinerat med fastbromsningsskydd om det är så att axeln stannar mycket snabbt när bromsarna slår till.

Claims

10 15 20 25 30 35 40 511 278 PATENTKRAV

1. Vinkelaccelerationsgivare för mätning av vinkelacceleration hos en momentöverförande axel (2) hos en drivanordning (1), k ä n n e t e c k n a d av att vinkelaccelerationsgivaren innefattar en till den momentöverförande axeln kontinuerligt kopplad mätaxel (6) på så sätt att den följer den momentöverförande axelns rotationsrörelse med ett känt förhållande "n" mellan mätaxelns och den momentöverförande axelns rotationshastighet och att mätaxeln är försedd med en vridmomentgivare (7) och ett givarsvänghjul (9) varvid vinkelacceleration hos den momentöverförande axeln blir ams/ar = Mg / (Tg- n) där Mg = uppmätt vridmoment i mätaxeln Tg = tröghetsmomentet hos vinkelaccelerationsgivarens svänghjul cos = den momentöverförande axelns vinkelhastighet n = förhållande mellan mätaxelns och den momentöverförande axelns rotationshastighet

2. Vinkelaccelerationsgivare enligt patentkrav l för detektering av feltändning hos dxivanordningar vars momentöverförande (2) axel är försedd med ett vibrationsutjärnnande svänghjul (3) med en kuggkrans med NS kuggar, k ä n n e t e c k n a t av att vinkelaccelerationsgivarens mätaxel (6) är försedd med ett kugghjul med en kuggkrans med N g kuggar i ingrepp med det vibrationsutjämnande svänghjulets kuggar och att vinkelaccelerationen hos drivanordningens momentöverförande axel blir (img/dt = (Ng/Ng

3. Vinkelaccelerationsgivare enligt patentkrav 1 och 2 där drivanordningen (1) är försedd med en andra utgående axel (10) för anslutning av en vibrationsdämpare (11) eller andra hjälpsystem, k ä n n e t e c k n a d av att vinkelaccelerations givaren är ansluten till den andra utgående axeln. 10 15 20 25 30 35 40 511 278

4. Vinkelaccelerationsgivare enligt patentkrav loch 2, k ä n n e t e c k n a d av att för kontinuerlig mätning och för kompensering av drivanordningens belastning är vinkelaccelerationsgivaren kompletterad med en vridmomentgivare (5) monterad kring drivanordningens utgående axel (4) efter det vibrationsutjämnande svänghjulet.

5. Användning av en vinkelaccelerationsgivare enligt patentkrav 1 to m 4 k ä n n e t e c k n a d av att den används för detektering av feltändning hos drivanordningar.