автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение эффективности контроля работы дизелей подвижного состава

РГ6 ОД

О НМ^ Министерство путей сообщения

российской федерации

ростовский государственный университет путей сообщения

На правах рукописи

БУЛЫГИН Юрий Игоревич

УДК 629.424.1:621.431.72.002.50

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ДИЗЕЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1994

Работа выполнена в Ростовском государственном университете путей сообщения, на кафедре «Теплоэнергетика на железнодорожном транспорте».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Магнитский Юрий Александрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Тартаковский Эдуард Давидович;

кандидат технических наук, доцент Богославский Александр Евгеньевич.

Ведущее предприятие СКБТ АО «Людиновотепловоз».

Защита диссертации состоится « ' » . ^"^/1994 г. в. .час. . мин. на заседании специализирован-

ного совета 114.08.01 Ростовского государственного университета путей сообщения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПС.

Автореферат разослан « /У » . IАЬФЛ/ . . 1994 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес ученого совета:

344017, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского стрелкового полка народного ополчения, 2, РГУПС.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. н., доцент

М. Л. Лившиц.

ОКЦЛЯ Х/РШЕРИСТИКЛ РАБОТЫ

Актуальность тег-.ы. Анализ процесса видимого сгорания топлива в цилиндра дизеля подвижного состава - важная проблема диагкости-роващя. Регламентом установлена необходимость периодической проверки давлеш|й конца сжатая и сгорания в цилиндре, температуря выхлопных газов. Получаемые результаты недостаточно информативны, о чем свидетельствуя? имевшиеся данный о перерасходах топлива, об отказах в работе узлов и деталей цклиндро-поршкевой группы С 151Г> дизелей, составляющих до 5СЙ всех порч двигателя'тепловоза,, дизеля рефрижераторного подвижного состава.

Вместе с тем, используя имеющиеся данные о характере изменения давления газов за цикл, можно весьма существенно повысить уровень знаний о качестве функционирования двигателя. В частности определить моменты начала и конца видимого сгорания, положение «•дкеимука интенсивности его, что позволит наладить рабочий процесс, пиаысигь его экономичность,и надежность.

Для решения этой задач! необходимо исследовать скорость вцдс-ления теплоту в цилиндре ДВС.

До сих пор не решены даже принципиальна некоторые веяшй дяя теорм и парктики положения, например вопрос о том, ¡сак,, имея характеристики тспловвделения, найти по ним моиент с кончай;; я екди.'ю-го его ракля, п родо ;ки те л ь но с т ь процесса сгорания. Анализ показывает, что зачастую сгорание не заканчивается в цилиццро а процессе расвирения.

Существующие способы определения ¡фив1К тепловыделения из индикаторных диаграмм яапяюгея настолько сложными и неоператаснй.5*, отстающим! от момента испытания двигателя, что стзшт под вопрос вообще возможность диагностирования ДЗС по кривы»! тепловыделения. Только создате оперативных методов контроля характеристик теплэ-вцделешя мокет гарантировать практическое использовашэ их для диагностики.

Создании оперативных методов контроля работы дизелей подвижного состава служит настоящая работа.

Ц-елью работы является разработка, на база термодинамического анализа процессов происходя^'* в цнлиццре, «.птодоп достоверного (с анак!30м погреиностей) контроля таких показателен работы газов, как обцих качественных характеристик завнсикости интенсивности тепловыделения от угла поворота кривопапа (наличие и количество максицумов кривой

скорости теплов-аделеник); количественных характеристик - величин фазовых углов отого процесса (соответствующих началу и концу сгорания, максимум скорости вццеления теплоты); создание и исследование работы электронной аппаратуры, оперативно осуществляющей контроль на хеплсЕогньк ДБС и двигателях рефрижераторного подвижного сост ■ „ . доследовательно

доя достижения атой цели необщ^ЛТсурййнть'след^/а'циь задачи:

1. Произвести-термодинамический анализ внутрицилиндрового процесса на основании граничных моделей индикаторных диаграмм с целью разработки принципиальной и конструктивной схем реализации кривой интенсивности тепловыделения на экране осциллографа.

2. Разработать метод ручного и машинного определения момента окончания видимого процесса подвода тешютн в цилиндре.

3. Исслздогать зависимости интенсивности тепловыделения в цилиндре от показателя адиабаты рабочего тела.

4. Составить математическую модель работы датчика смешения поршня с целью, анализа возможности создания унифицированной аппаратуры, исследущей процесс сгора1Гля.

5. Разработать принципиальную и конструктивную схемы автоматического определедая продолжительности видимого сгорания в цилиндре двигателя.

6. Исследовать методические и конструктивные погрешности, имеющие место при регистрации скорости тепловыделения.

7. Разработать рекомендации по внедрению результатов расчетно-теоретического исследования и опытного образца регистратора скорости теплоъвделения.

Научную новизну Работы представляют:

1. Применение градачных аналитических моделей индикаторных диаграмм для анализа методов регистрации процесса тепловыделения.

2. Разработанная методика определения момента окончания видимого сгорания в цилиндре ДВС.

3. Созданная методика количественного анализа скорости тепловыделения в цилиндре ДВС.

4. Универсальная схема для аппаратурного определения и визуальной реализации функции интенсивности тепловыделения, фазовых углов процесса видимого сгорания, среднего индикаторного давления и др.

5. Разработанная методика определения погрешностей реализации функции тепловыделения.

6. Нелинейная математическая недель работы датчика смешения поршня.

Практическую ценность работы представляют:

1. Расчетные методики анализа процесса, тепловыделения.

2. Рекомендации по определении момента окончания видимого сгорания в цилиндра ДВС.

3. Алгоритмы, блок-схеш к программы расчета погрешностей реализации кривых интенсивности тепловыделения, а такэсо некоторое среднеинтегральных характеристик двигателя.

4. Опытный образец регистратора скорости тепловыделения в цилиндре, позволяющий контролировать качество процесса тепловыделения при заводских или депоЕских испытаниях.

Реализация рзботы.Ревультаты исследований приняты к внедрению в СМ5Т ДО "Людкнопотоплсвоз"* Внедрены методики, математическая модель, блок-схеш, алгоритмы и програ-чш расчета па ЭВМ. Оаждае-шй экономический офрект от внедрения методик, программ и аппаратуре составит 1,5».«2 % сэкономленного топлива»

Апробация и публикация результатов исследований.

Основные разделы работы доложены н обоуздены на заседании Всесоюзного тучно-технического семинара по ДВС в ШГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 1990 г., на Всесоюзной научно-технической конференции по актуальным проблемам развития ДВС и дизельных установок в ЦП ВИТО км. А.Н. Крылова, Ленинград^ 1990 г.,'на Всесоюзной научно-технической конференции по методам и средствам диагностики технических средств к.-д. транспорта в СмКИТ, Омск, 1989 г., на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГГУПС, Ростов-на-Дону, 1989, 1990, 1991, 1992 гг.

По материалам диссертации опубликовано четыре печатные работы (из них ДЕ9 в центральной печати) и получены два авторских свидетельства 9» 1763931 и 1815607.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка литературы из 70 наименований, в том числе 8 иностранках источников, и одного прилоаених. Она изложена на 78 страницах основного машинописного текста и 143 страницах е иллюстрациями, таблицами, оглавлением, списком литературы и приложениям.

СОДЕРЖШЕ РАБОШ

I. Оперативность методов определения характеристик тепловыделения

Существуют различные методы и средства анализа процесса тепловыделения в цилиндре ДОС. К ним относятся ручные или машинные расчеты интенсивности тепловыделения из снятых индикаторных диаграмм, а тагахе изобретения устройств, реализуюцих интенсивности тепловыделения в цилиндре ДВС. Однако, работа-сщего регистратора в нашей стране нет. Возможности применения рассчитываемых интенсивностей теплозццеления в полной мере- не исследованы и не реализованы. Не решен вопрос о том, как находить момент окончания видимого сгорания из'индикаторной диаграммы.. Регистраторы,.сконструированные в некоторых странах, обладают рядом-недостатков: помимо погрешностей самого метода, существуют ошибки измерения работы, измерения объема на участках индикаторного процесса; погрешности определения давлений и их производных при разных углах поворота коленчатого вала двигателя; ошибки от кеучата зависимости показателя адиабаты от температуры. Кроме этого, такие устройства достаточно сложны из-за наличия в них, помимо электрических цепей, магнитных устройств или фотоэлектрических схем. ,Эти обстоятельства делают схемы практически неприменимыми для эксплуатируема двигателей.

На протяжении ряда последних лет зарубежными фирмами ГДР, Японии, США и др. ведутся работы по создания устройств, анализирующих процесс сгорания. В этом же направлении в РШС ведутся работы по создании и применению оперативных методов определения характеристик тепловыделения, которые были бы свободны от выаеотшченных недостатков.

В настоящее время собрано значительное количество теоретического и экспериментального материала, подтверждающего эффективность . использования первой производной функции теплоподвода при исследо-1Ч№ЯХ процесса сгорания в цилиндре ДВС. К таким исследованиям .относятся работы Н-В.Иноземцева', В.К.Кошкина, А. А. Куриц и др.Д^нако ио всех случаях точность определения зависимости количества выделившейся теплоты или ее производной от угла поворота коленчатого зела остается неопределенной и требует более содержательного изучения. Развитие микроэлектроники привело в последние десятилетия к попыткам создания аналогом« устройств, оперативно ггзделиоупцих промесс выделения теплоты й цилиндре. Так, Дрезденским высшим училищем автотранспорта осуществляется получение характеристик тепло-

выделения при стендовых испытаниях ДВС по уравнению 1-го закона термодинамики в дифференциальной форме; там же, л политехническом университете, создана аппаратура, определяющая величины внутренней энергии рабочего тела, а такке характеризующая процессы подвода и отвода от него теплоты с отображением изменения всех величин на экране осциллографа, за весь период цикла. Однако и этим устройствам присущ ряд недостатков, как методического, так и конструктивного характера, а также ошибки измерения. В частности, не исследовано влияние величины показателя адиабаты на точность анализа процесса сгорания. Датчики смещения поршня или объема газа в цилиндре учитывают лишь первые две гармоники разложения в ряд Фурье функции объема, а такяе сложны и громоздки по своему конструктивному исполнения, что затрудняет их использование на эксплуатируемых двигателях.

В данной работе сконструирован опытный образец регистратора скорости тепловыделения, который ликвидирует или смягчает многие из яьпеотмеченных недостатков, как методического, так и конструктивного характера.

2. Теоретические основы измерения интенсивности выделения теплоты

Первый закон термодинамики в дифЪеренп'!ально!! форме имеет вид:

¿/сИ к-1 еН * & / >

где - теплота, влияющая на фор/у индикаторной диаграммы; сС - угол поворота кривошипа; К -- показатель адиабаты;

- давление газов в цилиндре; / - объем газов.

О бьем газа в цилиндре, как известно, равен (наиболее употребляемая формула):

V- д - «»

где р/2 - рабочий объем цилиндра; £ - степень сжатия; 7) - диаметр цилиндра;

- ход поршня,"

- отнесение радиуса кривошипа к дляне шатуна.

Производная объема по углу поворота кривошипа:

= | (¿ии + ^Ш2оС) , (3)

Подставив (2) и (3) в (I), получим формулу, определяющую интенсивность тепловыделения:

<Ш . [нрбш. ♦ -с*. ш

Зависимости давления от угла поворота кривошипа представляются разработанными ранее в Н7ПС»граничными аналитическим!-« моделями индикаторных диаграмм:

где СГ/

и су - коэффициенты, величины которых зависят для заданной степени• сжатия от формы индикаторной диаграммы, реяимое горения и охлаздения и т.д. В зависимости от величины этих коэффициентов могут быть сформированы наименьшая верхняя граница^ р, обладающая наибольшей крутизной, и наибольшая нижняя граница ¡.!1}Р с наименьшей крутизной. Можно считать, что величины р подчиняется закону "усеченного распределения" в пределах Р и ¿ир р •

На рис.1 изображено изменение а течение процесса статия-расти-рения в цилиндре ДОС относительного количества выделившейся доли-теплоты X , теплоты, отведенной а стенки Х^/ > а такие разностей этих количеств, т.е. индикаторной теплоты: = Л—Хь/ ; показаны важные характеристики процесса тепловыделения ^/¿О. и

еРу^е. , ¿Л/г/и и %4х»/(/<1 и .Относи-

тельное количество выделившейся теплоты к какому-либо моменту процесса равно отношению л = , причем (2 - рассматривается как количество теплоты, выделившейся до рассматриваемого момента, (2у количество теплоты, выделившейся к концу процесса расширения. Относительное количество теплоты, полученной газом от стенок, разно Хм -О-н/О-зг , причем (Зк/ представляет собой теплоту; пе-реданцуа от стенок газу к данному моменту. В момент прихода поршня а (НМТ) никнш мертвую точку Хы — ¿'«•¡г • Д^н - угол начала видимого сгорания. йсСн - угол окончания видимого сгорания, ¿ сСсг - продолжительность видимого сгорания топлива, - угсл, характеразутций момент выделения определенной часта теа5сга,галрдьзр 97,5#{в точке в], - угол, ха-

X i о

Ríe. I. Характеристики тепловыделения

рахтеризущий интенсивность подвода теплота, Л Хц - доля

невиделившейся теплоты в цилиндре (2,5 % от всей подведенной теплоты). Точки Е и Ж характеризуют максимуму кривой /и , а Н и П,- бесконечные значения функции с! Хс/с/аС2 . Точки Г и Д определят начато и конец протекания кривых . Точка 0 характеризует верхнюю мертвую точку (ВМТ). Согласно результатам математического моделирования рабочего процесса ДВС первый минимум кривой (точка С рис. I) для любых двигателей и разных их нагрузках фиксируется четко и практически совпадает с началом подвода теплоты (точка А), погрешность начала сгорания определяется величиной ДоС пн > составляющей всего, несколько градусов' . Второй минимум (точка К) в зависимости от сочетания крутизны линий Л и А'ы может не совпадать с моментом окончания' подвода теплоты (точка Б) на величину ЛоСпк • Произведенный расчет процессов с помощью граничных моделей показал, что, во-первых, даже при самом неблаго-прия|^ом сочетании. крутизны линий X и. . у-шнимум 'Жожет быть зафиксирован и, во-вторых, величина ЛоСщ также не превышает нескольких градусоз поворота коленчатого вала, ч?о допустимо.

Для определения моментов наступления минимумов функции (¿Хг/с/Ы. (особенно при использовании длк этой цели ЭВМ) необходимо определить и вторые производные с/гХ1/с/оСг "• Эти производные также приведены на рис. I.

Все расчеты требуют определения масштабов функций с/х^/с/^ и /с/с1г . Для этого проводится касательная к кривой ,

а потом находится приращение относительного тепловыделения в принятом для оси ординат масштабе Л XI , при соответствующем углесч. На рис. I производные показаны именно в таком масштабе ГI/paдJ и [1/рад?]. . ... . .

Во время расширения г&зрв в цилиндре наблюдаются колебания давления, вызванные волнами давления,гчастота которых зависит от геометрических размеров цилиндра, скоростей поршня и частиц газа. Эти колебания приводят,к появлению максимумов и минимумов в функциях и с1гХ1/с/Ы^ *, которые могут дезориентировать бычис-лителя или вычислительную машину при определении момента окончания видимого сгорания. Анализ показал, что вычислитель должен ориентироваться на последний по углу поворота кривошипа минимум функции

Это положение олробирооано произведенными расчетами и защищено, применительно к работе 3314, авторским свидетельством » 1815607.

Методически важным является вопрос о влиянии величины показателя адиабаты Л (з формулах (I), (4)) на величину масштаба функций ¿Х^/с/оС и с!% /с1с£2 , .на положение фазовых углов процесса видимого сгорания на оси , Екли произведены расчеты с применением граничных аналитических моделей индикаторных диаграмм. Известно, что величина К зависит от температуры и состава газа в цилиндре ДВС. Величины к' выбирались такяе граничными (по прин^пу Зир Я и ¿/¡/ /С ). Расчеты показали, что на ыаептаб функций ЫХ1/с!с1. и /с!влияние '.< достаточно сильное, но на положение фазовых углега оно незначительно, что можно проиллюстрировать следующим примером. В результате расчетов получено, что показатель К в процессе сгорания леядат в пределах от 1,24 до 1.34. Эти пределы определяются температурами газов в цилиндра 600°С и 2000°С для разных коэффициентов избытка воздуха. Если допустить* что К прини-маот среднее значение, т.е. 1,29, тогда максимальные возможные расхождения в величинах (/(¿¿/¿/сС составят - 18 %, а фаза и продолжительность видимого сгорания практически совпадают.

С целы) разработки практической схемы регистратора скорости тепловыделения был проведен анализ формулы ¿/^'/^ при. использовании граничных моделей индикаторных диаграмм. Он.показал, что определение углов, соответстзувщих минимумом кривых интенсивности тепловыделения, допустимо производить по упрощенной по сравнении с (4) формуле:

в + - (6) ок г{к-1)\ ' _

В ходе кинематических исследований были количественно и качественно представлены относительные погрешности при определений функций объема газов в цилиндре У(с£.) , скорости поршня С?УУс!с1. и ускорения ё^/с!^ , которые имеит место в сконструированной аппаратуре, и связаны с учетом только 2-х гармоник при разложении в ряд йурье выражения • Для вычисления этих погрешностей

(методического характера) был проведен анализ функций ^/(сС) ,

н В на экстремума. В результате этого, на-

пример, для функции выведен многочлен, реиеняс. которого

определяет то положение угла поворота кривеняпа сС , при котором погрешность максимальна:

* и - а

где t ~ 1/i-SinoC

Подставляя соответствующие значения сС и в вырадение для SV(сО , находим максиму!,) погрешности. Так, при £ = 15,0 и » 1/3,2 имеем ^(d) * 0,5 % и $mJV/ddi - 0,8

В работе били произведены расчеты относительных погрешностей при использования точной и приближенной формул с учетом погрешности от неточности изготовления кривсоипно-шатунного механизма (НШМ). В результате сравнения функций SSn и т » зависших от Яц , от величин допусков на угол расклинки крпвсцмпоз и длину кривошипа Л Л , было установлено, что разность ¡ùSr~S6nÎ невелика и составляет менее 1,0 причем на участке от 0 до

'.SSit<gST ■ w'ssrtu &ST<$Sb..

Учитывая, что из-за более сложной аппаратурной реализации точной зависимости смещения поршня,в сравнении с приближенной,появляются дополнительные погрешности (порядка 2....3 %), можно придти к выводу о целесообразности применения приближенной формулы при конструировании регистратора dùl/dcL.

В результате учета неравномерности вращения вала двигателя проведена оптимизация датчика смещения поршня как по количеству меток, так к пс.их расположению на маховике. Оптимизацию осуществляет расчетная программа, моделирующая работу датчика смещения поршня и универсальной расчетной схемы, позволяющей определять не только интенсивность тепловццеления, но и фазовые углы процесса сгорания, среднее индикаторное давление. В результате определяются величины Spml и S ggf* > являющиеся критериями оптимизации.

3. Возможности аппаратурной реализации способов получения ТПжалиаа функции интенсивности тепловыделения

При проектировании.и создании регистратора ставились следующие задачу:

1. Возможность работы устройства в реальном масштабе времени, что позволяет оперативно регистрировать переходные процессы вДВС.

2. Использование доступной элементной базы на данном этапе.

3. Простота в пользовании и обслуживании.

Всем этим требованиям удовлетворяет аналоговая элементная база. Быстродействие аналоговых блоков на 2-3 порядка вше цифровых схем. Кроме этого, простота аналоговых преобразований сигналов, относительно низкая стоимость и не сло;шал схемотехника предопределяют преимущества аналогового устройства.перед цифровым.

На рис. 2 показана'.Дпок-схёма устройства, "предназначенного для визуальной реализации кривой скорости тепловыделения и некоторых других характеристик знутрицилиндрового процесса. IIa этой схеме I - преобразователь давления (датчик), 2 - преобразователь температуры (датчик). Эти датчики установлены в цилиндр ДВС, 3 -• датчик-синуса угла поворота коленчатого вала, установленный ка валу двигателя, 4 - усилитель, 5 - фильтр высоких частот, 6-9 - преобразователи масштаба постоянных величин К, £ , Jlô, V/, , 10, II и 12 - формирователи Sîtl.Zd^CoScl и Si/ГЬС , 13 - дифференциатор, 14 - умнозхители, 15 - сумматоры. Это устройство, реализулдее алгоритм по формуле (4), дает возможность визуально представить изменение "жесткости" процесса сгорания cJp/doi , скорость изменения внутренней энергии газов Y¿¡¡^ и внутрицилиндровой раб от и

¿jg .В случае дополнения схемы рис. 2 соответствующими электронными блоками возможно измерять фазовые углы цикла, средне-индикаторное давление pmi и соответствии с формулой

Рм » i JpfSinoC ,

где X - I для двухтактного и X =2 для четырехтактного двигателя, цикловую работу , индикаторную мощность цилиндра.

Следует отметить, что с Бала двигателя снимается лишь одна характеристика, пропорциональная синусу угла поворота.

Для визуальной регистрации функции d.Ki/ckC схема рис. 2 мояет быть, с учетом положений предыдущего раздела, упрощена - из нее может быть устранен преобразовя/гель температуры, поскольку делу-' стимо, как показано вше, для определения фазовых углов считать показатель адиабаты постоянным. Чтобы осуществить аппаратурное определение продолжительности процесса видимого сгорания, схема рис. 2 дополняется устройствами, формирующими прямоугольные импульсы в моменты достижения функцией dti/cfcL минимальных значений, блоками формирования нормированного значения тока, интегрирования деления и индикации результата. На рис. 3 показаны временный диаграммы, иллюстрирующие работу устройства,, защищенного авторским свидетельством № 1763931 и измерящего продолжительность видимого сгорания.

3

Й1с. 2, Полная схема измерителя

dm

нкг

вмт

m

m

ж

UikA,

о

4ыхСл

J

ÈM.

'i /

ч

Ш *£■ у

ж

•а

JUL

.Х-

!р

\

к?

Vo

_L

X

>1

4

J

% с

%С

Çc

J__Lac

fVc. 3. Временные диаграммы устройства, измергпсвдго продолжительность сгорания

На рисунке I(ц) - нормированное значение тока, А; - средне-интегральное значение тока. А; Л То - продолжительность одного рабочего цикла двигателя, с; А £г - продолжительность видимого сгорания топлива, с. Точки I и 2 соответствуют .минимумам кривей интенсивности активного тепловыделения. 1Сак следует из рис. 3, ь точках I и 2 схемой А формируются импульсы минимальных значат!й функции ¿¿¿/с/се . В точке 1, соответствующей первому минимуму чскорости тепловьщеления, происходит переключение схемы В из состояния "О" в состояние "I". Обратное переключение осуществляется импульсом 2. Таким образом схема Б формирует прямоугольные импульсы продолжительностью , В случае отсутствия импульса 2 она "обнуляется" сигналом от датчика открытия выпускного клапана (выход Д), который устраняет возникающую неопределенность при пересчете импульсов регистрации минимальных значений ¿/ли/с/сС . Сигнал с выхода схемы В поступает на управляющий вход ключевого устройства С, которое коммутирует сигнал, пропорциональный величине Х(ц) • Интегрирующее устройство на выходе формирует сигнал вида:

.Т[сц) ~Х(н) ' . Наконец, выходной сигнал делителя в виде

умножается на постоянный коэффициент РЖ . В результате чего на выходе регистратора имеется сигнал*, пропорциональный

величине • А сССг =. 27Г , в град.

1(н)

4. Устройство, регистрирутааее интенсивность тепловыделения и его вовможности

Автором разработано и испытано аналоговое устройство, регистрирующее интенсивность тепловвделения ¿/£?//£/оС (рис.2) в цилиндре двигателя.

С целью аналитической проверки точности регистрации кривых СЙР/у^ в измерителе предусмотрен режим имитационной работы. Он позволяет оценить качество регистрируемых функций на экране осциллографа. При' этом сигналы давления газа в цилиндре двигателя и метки ВМТ на махов ке снимаются не с реального двигателя внутреннего сгорания, а задаются искусственно электронными средствами. В формуле (2) угол поворота кривошипа оС заменяется временем Г , давление р заменяется имитирующей функцией, например СсбТ . Как показывают расчеты, погрешность, даже если К известно, 2,0.. .3,0 %. С дру-

гой стороны, известно, что умножители на основе логарифмирования-антилогарифмирования с частотным пределом до 100 кГц имеют основную погрешность до 0,025 %, а сумматоры, применяемые в схемах регистра-

тора, имеют погрешности до 1,0 %. Следовательно, с учетом погрешностей исходных генерируемых сигналов Sin 1 \\ COS Í на выходе имеем погрешности .порядка 2,0. ..3,0 %. -

Имитационный реетм работы измерителя интенсивности тепловццеле-!глд в хуллидцре IQBG позволил вместе с отладкой функциональных вычислительных плат прйбора оценить погрешности регистрируемых кривых.

В регистратор встроены два активных фильтра третьего порядка, рассчитанные для частот "среза" £Ср = 15 и 30 Гц. Kair следует из экспериментально построенных амплитудно-частотных характеристик/ (АЧХ) Фильтров, качестзо получаемого Since. сильно зависит от частоты вращения вала ДВС и, как показывают исследования, резко ухудшается вне "полосы пропускания". Получение же Sin. ос с погрешностью, не превышащей 1,0 %, осуществляется в диапазонах вРщения вала двигателя 600. . .1000 сб/тн и 1200...Г700 об/иик.

В соответствии с принципиальной схемой измерений били осуществлены записи индикаторных диаграмм, в диапазоне частот вращения вала двигателя 700...1000 об/мин. Записанная в результате экспериментов информация, затем многократно воспроизводилась с магнитографа и подавалась на входа регистратора функции ría экране осцтллографа наблюдались различные промежуточные футгкт^т.-с, регистрируемые прибором.

В результате этих исследований были получены кривые скорости тепловыделения dQi/dt , пример которых приведен на рис. 4,

m

d'U

iti

о

ло

Аза«:!« ' •fol M-iehi'iw-^Ki^ _ _ Уj

ti угол, hrcwrS I от СМ[Г, при ' HU/óz\тл>,

отЫ,поц чаалкщгетег ■mttwtr,

mvjik _ I j --Ш-М Г'

■¡¿гсялхгл

jjS -3ÍHO Ъ-ЮЖйЫ* W L--J-

fVic. 4. Экспериыентально порученные криви« регистратором скорости.тепловвделения

При традиционных способах контроля ряда тепловозных ДВС в лучшем случае - определяют давление газов .в конце сжатия, максимальное давление, среднее индикаторное давление, а также угол начала пода чи топлива. При этом характеристики подвода теплоты, момент ого окончания.1 продолжительность сгорания остаются неопределенными. Разработанное устройство для контроля тепловщелетл позволят оценить качество процесса сгорания по его КПД и экологичности.

При использовании регистратора из кривых скорости тепловыделения определяется положение последнего минимума кривой /о*¿С относительно ШТ АсСц , Если этот угол равен нулю, тогда неполностью сгоревшее топливо выбрасывается из.цилиндра, что приводит к перерасходу топлива Я загрязнению окружающей среды.

Определяется также угловое положение максимума процесса интенсивности тепловыделения А оС^ . Чем меньше этот угол, тем выше КПД. Расчеты' показывай?, что при смещении этого угла, например на 5 град, поворота коленвала (гг.к.в.) кВМТ (нагнан при разных 5; 10; 15; 20 град. п.к.в.) термическийКПД цикла повышается в среднем на 1,5...2,0 %. Пропорционально этому уменьшается раехо; топлива.

В обоих случаях изменять величины углов ¿с^м , йс^-п можно, корректируя закон подачи топлива, качество топлива.

Разработанные методы и устройства определения скорости тепловыделения приняты к использованию на заводах, изготааливащ'лх и ре-монтирущих'тепловозные дизели.

Основные результаты и выводы

1. Произведено исследование возможностей.определения из индяка-тоской диаграммы ДВС вакных для анализа работы двигателя фазовых углов процесса тепловыделения - начала и конца видимого сгорания. Исследования показали, что ота углы соответствуют появлению минимумов кривой скорости вьщелекяя теплота.

2. Дтя количественной, оценки интенсивности тепловыделения в рас ных частях индикаторной диаграммы применены граничные аналитические модели индикаторных диаграмм. Эти модели предстазляют собой показательные многочлены, отражающие крайние возможные по крутизн; формы индикаторных диаграмм.

3. Совместное исследование для анализа процесса тепловыделения первого закона термодинамики и граничных аналитических моделей индикаторных диаграмм показало, что минимум кривой интенсивности

гепловвделешя видимого сгорания фиксируется резко в начале сгорания для всех индикаторных диаграмм к менее резко в конце для некоторых диаграмм, однако в обоих случаях, как показал количественный анализ, фиксаци при использовании современных средств электронной техники вполне реализуемы. -

4. Показзно, что колебания давления з цилиндре, а такпсе наличие двух или более максимумов кривой интенсивности тепловыделения -;е препятствуют процессу определения конца видимого сгорания по ■минимуму кривой интенсивности тепловыделения.

5.. Разработаны'и всесторонне исследованы схемы инструментальной реализации кривой интенсивности тепловаделедая на экране осциллографа, определена продолжительность процесса видимого сгорания. ' .

6. Проведен анализ погрешностей, сопровождающих процесс преоб-зазопания сигналов в устройстве для визуального представления кри-зой интенсивности тепловыделение: от неточности определения объема цилиндра; от неточности нахождения скорости поршня; от неточности определении давления газа в цилиндре; от неточности нахождения 1роизЕодной давления; от неточности задаваемого показателя адиабаты. Анализ показал, что. погрешность фиксации фазовых углов качала

1 конца процесса выделения теплота практически не зависит от показателя адиабаты газа, находящегося вцилиндрэ.

7. Сконструирована новая для России аппаратура для регистрации «ризой интенсивности (скорости) тепловыделения на экране осциллографа. Эта аппаратура показала свой работоспособность и рекомендо-зана для внедрения на заводах, производящих -тепловые двигатели.

- Ï8 -

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих печатных трудах:.

1. Магнитский Ю.А., Черников В.В., Булыгин D.H. Определение границ процесса подвода теплоты в цилиндре транспортного дизеля: Тезисы докл. Всесокзн. научно-техкич. конференции. - Омск -1939 г.

2. A.c. Ш 1763931 от 22 мая 1992 г. Устройство дня регистрации кривой тепловыделения в цилиндре дзигателя внутреннего сгорания, ¿¡агнитский Ю.А., Булыгин D.H., Черников В.В., Стрельников C.B.

3. A.c. iï I8I56C7 от II октября 1992 г. Устройство для регистрами кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. ¡¿агентский. Ю.А., Булыгин D.W., Черников В.В., Стрельников G.B. ,

4. Булыгин В.И., Чердаков В.В., Магнитский Ю.А. Оптилтация преобразователя хода.поршня в системе контроля внутрицилиндровнх параметров. ДВС: Тезисы докл. Всесоюзн.. научно-технич. конференции.-Ленинград. - 1990 г.

5. Булыгин D.H. О погрешности приближенно формул для расчетов перемещения,, скорости и ускорения поршня з ДВС; Известия вузod СССР, Калйкостроение, » 8, I9S0 г., с. 66-58.

6. Булыгин D.H. О точных формулах нахождения экстремумов кинематических функций'ДВС: Известия вузов СССР, Ыащиноетроедае, № 3, 1993 г., с. 73-77.

Автор выражает благодарность научному консультанту тнд.твхн. наук Филоне,нкову Александру Ивановичу за оказаннув помощь.