RU174174U1 - AUTOMATED DATA CONTROL SYSTEM ON THE TECHNICAL CONDITION OF THE VEHICLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к устройствам для стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как с принудительным воспламенением - с жидким и газообразным топливом, так и с воспламенением от сжатия - дизели, и может быть использована для расширения возможностей существующих видов испытаний: исследовательских, доводочных и диагностических, введения дополнительных датчиков и газоанализатора, с помощью которых повышается информативность и точность определения контрольных параметров фактического состояния двигателей и их отклонение от номинальных значений, диагностирование любого типа ДВС, автоматически с большей достоверностью и на основании обработки и анализа большего объема информации оценивать возможности дальнейшей эксплуатации при одновременном снижении трудозатрат в режиме реального времени. Задачей, на решение которой направлено полезная модель, является создание автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, которая расширит возможность системы по типам исследуемых двигателей, расширит способы исследований, позволит осуществлять не только диагностические, но и другие виды испытаний, а также повысит точность и объем получаемой информации (иначе повышение информативности). Сущность полезной модели заключается в следующем. Автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства как с принудительным воспламенением (с жидким и газообразным топливом), так и воспламенением от сжатия (дизели) состоит из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика числа оборотов коленчатого вала, датчика уровня расхода топлива, датчика давления в цилиндре, дымомера, датчика положения дроссельной заслонки, датчика детонаций, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП с персональным компьютером и самого персонального компьютера. На двигателе дополнительно установлены датчик положения коленчатого вала, датчик концентрации кислорода, датчик массового расхода воздуха, газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания.The utility model relates to engine building, in particular to devices for bench tests of internal combustion engines (ICE), both with forced ignition - with liquid and gaseous fuels, and with compression ignition - diesels, and can be used to expand the capabilities of existing types of tests: research, development and diagnostic, the introduction of additional sensors and a gas analyzer, with the help of which the information content and accuracy of determining control parameters of the actual about the condition of engines and their deviation from the nominal values, diagnosing any type of internal combustion engine, automatically, with more reliability and based on processing and analysis of a larger amount of information, evaluate the possibilities of further operation while reducing labor costs in real time. The task the utility model is aimed at is the creation of an automated system for monitoring data on the technical condition of the vehicle’s internal combustion engine, which will expand the system’s capabilities according to the types of engines under study, expand research methods, and allow not only diagnostic, but also other types of tests, and It will also increase the accuracy and volume of the information received (otherwise increase the information content). The essence of the utility model is as follows. An automated system for monitoring data on the technical condition of an internal combustion engine of a vehicle with both forced ignition (with liquid and gaseous fuels) and compression ignition (diesels) consists of a crankshaft speed sensor, a fuel consumption level sensor, and a sensor installed on the test engine cylinder pressure, smoke meter, throttle position sensor, knock sensor, sensor interface unit, including analog-to-digital converter - ADC with a person personal computer. The engine is additionally equipped with a crankshaft position sensor, an oxygen concentration sensor, a mass air flow sensor, a gas analyzer of harmful emissions in combustion products.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к устройствам для стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как с принудительным воспламенением - с жидким и газообразным топливом, так и с воспламенением от сжатия - дизели. Полезная модель может быть использована для расширения возможностей существующих видов испытаний: исследовательских, доводочных и диагностических, введения дополнительных датчиков и газоанализатора, с помощью которых повышается информативность и точность определения контрольных параметров фактического состояния двигателей и их отклонение от номинальных значений, диагностирование любого типа ДВС, автоматически с большей достоверностью и на основании обработки и анализа большего объема информации оценивать возможности дальнейшей эксплуатации при одновременном снижении трудозатрат в режиме реального времени.The utility model relates to engine building, in particular to devices for bench tests of internal combustion engines (ICE), both with forced ignition - with liquid and gaseous fuels, and with compression ignition - diesels. The utility model can be used to expand the capabilities of existing types of tests: research, developmental and diagnostic, introducing additional sensors and a gas analyzer, with the help of which the information content and accuracy of determining control parameters of the actual state of engines and their deviation from nominal values are increased, diagnosing any type of ICE automatically with greater reliability and on the basis of processing and analysis of a larger amount of information to evaluate the possibilities of further operation while reducing labor costs in real time.

Известна автоматизированная система диагностики бензиновых автотракторных двигателей (патент RU №2349890, МПК G01M 15/04 C1, опубл. 20.03.2009). Автоматизированная система основана на том, что в процессе проведения шести циклов операций "разгон-выбег" двигателя сигналы с датчика частоты вращения, датчика расхода топлива, датчика угла опережения зажигания, датчика давления поступают в устройство записи, состоящее из семи основных элементов (трех преобразователей уровня, инструментального усилителя, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и микроконтроллера), которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. После этого полученная информация обрабатывается в ПК и результаты контроля представляются пользователю в виде цифровых значений диагностических параметров и графиков динамических скоростных характеристик двигателя.A well-known automated diagnostic system for gasoline autotractor engines (patent RU No. 2349890, IPC G01M 15/04 C1, publ. 20.03.2009). The automated system is based on the fact that in the course of six cycles of acceleration-coasting operations of the engine, signals from the rotational speed sensor, fuel consumption sensor, ignition timing sensor, pressure sensor enter the recording device, which consists of seven main elements (three level converters , instrumentation amplifier, operational amplifier, analog-to-digital converter (ADC) and microcontroller), which converts them into digital format and transfers them to a PC. After that, the received information is processed in a PC and the control results are presented to the user in the form of digital values of the diagnostic parameters and graphs of the dynamic speed characteristics of the engine.

Недостатком является то, что она не позволяет автоматизировано оценить возможность дальнейшей эксплуатации и состояние двигателя. Кроме того, способ не позволяет оценить в полном объеме реальное состояние системы питания и смазки дизельных двигателей, отличающихся от бензиновых, как принципиально по способу воспламенения топливной смеси, так и конструктивно по устройству элементов подачи топлива.The disadvantage is that it does not allow you to automatically evaluate the possibility of further operation and the condition of the engine. In addition, the method does not allow to evaluate in full the real state of the power system and lubrication of diesel engines that differ from gasoline, both fundamentally by the method of ignition of the fuel mixture and structurally by the device of the fuel supply elements.

Наиболее близким техническим решением выбран к заявленной полезной модели является автоматизированная система диагностики стационарных дизельных двигателей (патент RU №2445596, МПК G01M 15/04, опубл. 20.03.2012), которая может быть использована для повышения точности определения контрольных параметров технического фактического состояния двигателей и их отклонений от номинальных значений, диагностирования стационарного дизельного двигателя, автоматизированной оценки возможности дальнейшей эксплуатации, при одновременном снижении трудозатрат за счет автоматизации процесса измерения первичных величин и анализа полученных данных. Автоматизированная система диагностики стационарных дизельных двигателей основана на том, что в процессе испытаний проводится трехкратное снятие нагрузочной характеристики, где аргумент нагрузки эффективной мощности (Ne) изменяется от 0 до 100% нагрузки ступенчато с шагом 25%, в течение которых сигналы, снимаемые с выхода датчиков, установленных на двигателе, поступают в АЦП, который преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. Вся полученная информация обрабатывается в ПК с помощью специальной программы представляется в виде числовых значений параметров технического состояния и графиков нагрузочных характеристик двигателя. Также на основании полученных данных строится логическая модель возможности возникновения неисправностей, позволяющая оценивать фактическое состояние двигателя в реальном времени.The closest technical solution is selected to the claimed utility model is an automated diagnostic system for stationary diesel engines (patent RU No. 2445596, IPC G01M 15/04, published March 20, 2012), which can be used to improve the accuracy of determining control parameters of the technical actual condition of engines and their deviations from the nominal values, diagnosing a stationary diesel engine, automated assessment of the possibility of further operation, while reducing labor costs and by automating the process of measuring primary variables and data analysis. The automated system for diagnosing stationary diesel engines is based on the fact that during the test triple removal of the load characteristic is carried out, where the load argument of the effective power (Ne) varies from 0 to 100% of the load stepwise with a step of 25%, during which the signals taken from the output of the sensors installed on the engine go to the ADC, which converts them to digital format and transfers them to a PC. All received information is processed in a PC using a special program and is presented in the form of numerical values of the technical condition parameters and graphs of the engine load characteristics. Also, on the basis of the data obtained, a logical model of the possibility of malfunctions is built, which allows to evaluate the actual state of the engine in real time.

Недостатками прототипа являются использование автоматизированной системы только для диагностики стационарных дизелей в условиях эксплуатации; таким образом, двигатели с принудительным зажиганием - бензиновые и газовые не могут быть подвергнуты диагностированию. Система не позволяет производить научно-исследовательские, доводочные и ресурсные испытания. Также в системе не осуществляется газовый анализ продуктов сгорания, а установлен только дымомер; отсутствует датчик концентрации кислорода и не позволяет системе подготавливать необходимый состав топливовоздушной смеси в цилиндре. Кроме того, в рассматриваемой системе установлен датчик давления газов в цилиндре, но получение характера изменения давления в цилиндре (так называемая развернутая индикаторная диаграмма ИД) не может быть осуществлено без датчика угловых отметок коленчатого вала, поскольку снятие ИД должно быть привязано к углу поворота коленчатого вала; в противном случае возникает огромная инструментальная погрешность, которая сводит результат измерения давления в цилиндре к некорректным оценкам результатов диагностики.The disadvantages of the prototype are the use of an automated system only for the diagnosis of stationary diesel engines in operating conditions; thus, gas-fueled and gas-fired engines cannot be diagnosed. The system does not allow for research, development and life tests. Also, the system does not carry out gas analysis of combustion products, but only a smoke meter is installed; there is no oxygen concentration sensor and does not allow the system to prepare the necessary composition of the air-fuel mixture in the cylinder. In addition, the gas pressure sensor in the cylinder is installed in the system under consideration, but the character of the pressure change in the cylinder (the so-called detailed indicator diagram of the ID) cannot be obtained without the sensor of angular marks of the crankshaft, since the removal of the ID must be tied to the angle of rotation of the crankshaft ; otherwise, a huge instrumental error arises, which reduces the result of measuring the pressure in the cylinder to incorrect estimates of the diagnostic results.

Задачей, на решение которой направлено полезная модель, является создание автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, которая расширит возможность системы по типам исследуемых двигателей, расширит способы исследований; позволит осуществлять не только диагностические, но и другие виды испытаний, а также повысит точность и объем получаемой информации (иначе повышение информативности).The task to which the utility model is directed is to create an automated system for monitoring data on the technical condition of the vehicle’s internal combustion engine, which will expand the system’s capabilities according to the types of engines under study and expand research methods; It will allow to carry out not only diagnostic, but also other types of tests, as well as increase the accuracy and amount of information received (otherwise increase the information content).

Сущность полезной модели заключается в следующем: автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, как с принудительным воспламенением (с жидким и газообразным топливом), так и воспламенением от сжатия (дизели) состоит из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика числа оборотов коленчатого вала, датчика уровня расхода топлива, датчика давления в цилиндре, дымомера, датчика детонаций, датчика положения дроссельной заслонки, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП с персональным компьютером и самого персонального компьютера. На двигателе дополнительно установлены датчик положения коленчатого вала, датчик концентрации кислорода, датчик массового расхода воздуха, газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания.The essence of the utility model is as follows: an automated system for monitoring the technical condition of the vehicle’s internal combustion engine, both with forced ignition (with liquid and gaseous fuels) and compression ignition (diesels), consists of a crankshaft speed sensor installed on the test engine shaft, fuel level sensor, cylinder pressure sensor, smoke meter, knock sensor, throttle position sensor, sensor interface unit, incl. The analog-to-digital converter is an ADC with a personal computer and the personal computer itself. The engine is additionally equipped with a crankshaft position sensor, an oxygen concentration sensor, a mass air flow sensor, a gas analyzer of harmful emissions in combustion products.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства и на фиг. 2 - общий вид стенда автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of an automated system for monitoring data on the technical condition of an internal combustion engine of a vehicle, and FIG. 2 is a general view of a stand of an automated system for monitoring data on the technical condition of an internal combustion engine of a vehicle.

Автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства состоит из: устанавливаемые на испытуемом двигателе - 8 датчика числа оборотов коленчатого вала - 1, датчика уровня расхода топлива - 3, датчика давления в цилиндре - 4, дымомера - 5, датчика детонации - 2, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП - 6 с персональным компьютером (ПК) и самого ПК - 7, на двигателе дополнительно устанавливаются датчик положения коленчатого вала (KB) - 10, датчик положения дроссельной заслонки - 17, датчик концентрации кислорода - 11 и клапан его управления - 12, нагружающее устройство - 9, датчик массового расхода воздуха - 14, газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания - 13, блок электронного управления - 15. Также система имеет дистанционный пульт управления - 16.An automated system for monitoring data on the technical condition of an internal combustion engine of a vehicle consists of: 8 sensors for crankshaft revolutions installed on the test engine — 1, fuel consumption level sensors — 3, cylinder pressure sensors — 4, smoke meters — 5, knock sensors — 2, the sensor interface unit, including the analog-to-digital converter - ADC - 6 with a personal computer (PC) and the PC itself - 7, the crankshaft position sensor (KB) - 10 is additionally installed on the engine, the sensor is throttle valve - 17, oxygen concentration sensor - 11 and its control valve - 12, loading device - 9, mass air flow sensor - 14, gas analyzer of harmful emissions in combustion products - 13, electronic control unit - 15. The system also has a remote control Management - 16.

Автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства работает следующим образом. Находящуюся на дистанционном пульте управления 16 кнопку включения следует удерживать в течение трех секунд. При этом происходит подача питания на персональный компьютер 7, одновременно на запуск ДВС 8 и ЭБУ 15. Осуществляется запуск ДВС 8, ПК 7 обрабатывает данные, полученные с ЭБУ 15, с помощью программного обеспечения распознает сигналы ДВС 8. Регулировка - калибровка, блока электронного управления (ЭБУ) 15 осуществляется с помощью программного обеспечения дополнительной кнопкой «Программирование ЭБУ». При этом на панели необходимо включить монитор персонального компьютера 7, который отображает все исходные и регулировочные параметры, характеристики изменяемых параметров в виде аналитических зависимостей и графиков. При работе ДВС 8 стандартные датчики уровня расхода топлива 3, концентрации кислорода 11, массового расхода воздуха 14, детонации 2, числа оборотов коленчатого вала 1, положения коленчатого вала 10, давления в цилиндре 4, положения дроссельной заслонки 17 подают сигналы через аналоговый цифровой преобразователь 6 в ЭБУ 15. В результате изменения нагрузки нагружающим устройством 9 изменяются характеристики ДВС 8, определяющие работу двигателя в реальных условиях эксплуатации. Основные показатели, характеризующие ДВС 8, снимаются с помощью газоанализатора вредных выбросов в продуктах сгорания 13 и ЭБУ 15, который, в свою очередь, выдает результаты через программное обеспечение на монитор персонального компьютера 7. Остановка автоматизированной системы осуществляется кнопкой выключения, установленной на пульте управления 16.An automated system for monitoring data on the technical condition of an internal combustion engine of a vehicle operates as follows. The power button located on the remote control 16 should be held down for three seconds. In this case, power is supplied to the personal computer 7, at the same time to start the internal combustion engine 8 and the ECU 15. The internal combustion engine 8 is launched, the PC 7 processes the data received from the ECU 15, using the software recognizes the internal combustion engine 8. Adjustment - calibration, electronic control unit (ECU) 15 is carried out using the software additional button "Programming ECU". At the same time, it is necessary to turn on the monitor of the personal computer 7 on the panel, which displays all the initial and adjustment parameters, the characteristics of the variable parameters in the form of analytical dependencies and graphs. When the engine 8 is operating, standard sensors for the fuel consumption level 3, oxygen concentration 11, mass air flow rate 14, detonation 2, crankshaft speed 1, crankshaft position 10, cylinder pressure 4, throttle position 17 send signals through an analog digital converter 6 in ECU 15. As a result of load changes by the loading device 9, the characteristics of the internal combustion engine 8, which determine the operation of the engine in real operating conditions, are changed. The main indicators characterizing ICE 8 are taken using a gas analyzer of harmful emissions in combustion products 13 and ECU 15, which, in turn, provides the results through software to a personal computer monitor 7. The automated system is stopped by the shutdown button installed on the control panel 16 .

Введение датчика угловых отметок коленчатого вала (ДУО) позволяет с высокой точностью (определяемой точностью датчика и АЦП давления и дискретностью ДУО) получать развернутую индикаторную диаграмму, которая несет в себе до 70% всей информации о правильной или неправильной работе двигателя. Газоанализатор позволяет определять количество вредных выбросов в продуктах сгорания, а это - требование в настоящее время всех существующих стендов во всех странах мира. Датчик массового расхода воздуха и датчик концентрации кислорода позволяют с высокой точностью поддерживать необходимый состав топливовоздушной смеси, определяемой с помощью коэффициента избытка воздуха - λ.The introduction of the crankshaft angle sensor (DUO) allows with high accuracy (determined by the accuracy of the sensor and ADC pressure and the discreteness of the DUO) to obtain a detailed indicator diagram, which carries up to 70% of all information about the correct or incorrect operation of the engine. The gas analyzer allows you to determine the amount of harmful emissions in the products of combustion, and this is the requirement at the present time of all existing stands in all countries of the world. The mass air flow sensor and the oxygen concentration sensor make it possible to maintain the required composition of the air-fuel mixture with high accuracy, determined using the coefficient of excess air - λ.

Данная полезная модель используется для проведения лабораторных работ, научно-исследовательских, конструкторских работ и испытаний для совершенствования, доводке систем и узлов двигателей, отработке современных алгоритмов, программ их функционирования и самодиагностики, совершенствования стендового оборудования, автоматизированной системы контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.This utility model is used for laboratory work, research, design and testing to improve, fine-tune engine systems and assemblies, refine modern algorithms, programs for their functioning and self-diagnosis, improve bench equipment, and an automated system for monitoring data on the technical condition of an internal combustion engine vehicle.

Источники информации:Information sources:

1. Патент №2349890. RU.1. Patent No. 2349890. RU.

Claims (1)

Автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, состоящая из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика числа оборотов коленчатого вала, датчика уровня расхода топлива, датчика давления в цилиндре, датчика положения дроссельной заслонки, дымомера, датчика детонаций, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП с персональным компьютером и самого персонального компьютера, отличающаяся тем, что на двигателе дополнительно установлены датчик положения коленчатого вала, датчик концентрации кислорода, датчик массового расхода воздуха, газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания.Automated system for monitoring data on the technical condition of the vehicle’s internal combustion engine, consisting of a crankshaft speed sensor, a fuel consumption level sensor, a pressure sensor in the cylinder, a throttle position sensor, a smoke meter, a knock sensor, and a sensor interface, installed on the test engine analog-to-digital converter - ADC with a personal computer and the personal computer itself, characterized in that the engine is additionally equipped with ovleny crankshaft position sensor, an oxygen concentration sensor, mass flow sensor, a gas analyzer of harmful emissions in the combustion products.

Images