SU1629777A1 - Method and apparatus for evaluation of nonuniformity of operation of internal combustion engine - Google Patents

Description

1one

(21)4471154/06(21) 4471154/06

(22)04.08.88,(22) 08/04/88,

(46) 23.02.91. Бюл. Р 7(46) 02.23.91. Bul P 7

(71)Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хоз йства(71) Siberian Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture

(72)И.П.Добролюбов, В.М.Лившиц, С.В.Самойлов, В.Е.Деречук(72) I.P.Dobrolyubov, V.M. Livshits, S.V.Samoilov, V.E.Derechuk

и А.Р.Голштейнand A.R.Golshtein

(53)621.231-001.6(088.8)(53) 621.231-001.6 (088.8)

(56)Патент США N 3972230, кл. G 01 М 15/00, 1982.(56) U.S. Patent No. 3,972,230, cl. G 01 M 15/00, 1982.

(54)СПОСОБ ОПЕНКИ НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(54) OPENING METHOD FOR OPERATING MEMORY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

(57)Изобретение относитс  к прибоугол поворота коленчатого цикл работы двигател , Cf4B редовани  вспышек между со(57) The invention relates to the rotation of the crankshaft of an engine cycle, the Cf4B of flashing between flashes.

ростроению и может использоватьс  дл Growing up and can be used for

Г- G-

определени  неравномерности работы цилиндров двигател  внутреннего сгорани  ДВС в услови х эксплуатации. 11ель - упрощение и повышение точности определени  неравномерности многоцилиндровых ДВС в услови х эксплуатации . В стационарном режиме работы двигател  без нагрузки устанавливают фиксированную, например, номинальную, частоту вращени , выдел ют из сигнала ускорени  коленчатого вала гармонику , совпадающую с частотой цикла работы двигател , ч гармоническиеdetermining uneven operation of the cylinders of an internal combustion engine of an internal combustion engine under operating conditions. 11el - simplifying and improving the accuracy of determining the non-uniformity of multi-cylinder ICE under operating conditions. In the stationary mode of operation of the engine without load, a fixed, for example, nominal, rotational frequency is established, the harmonic is extracted from the acceleration signal of the crankshaft, which coincides with the frequency of the engine operation cycle, h harmonic

составл ющиеcomponents

f - ff - f

rAeCfui   rAeCfui

угол поворота коленчатого вала за цикл работы двигател , Cf4B Угол че редовани  вспышек между соседнимиcrankshaft angle for engine cycle, Cf4B The angle of alternation of flashes between adjacent

о SSabout ss

0000

s ее со vjs her with vj

sisi

группами из двух и более цилиндров, при этом число таких групп в цикле работы двигател  четное, fj, - частота цикла работы ДВС, k - номер гармо- ,. нической составл ющей. Кроме того, выдел ют составл ющую, совпадающую с четвертой гармоникой частоты вращени  коленчатого вала, и наход т отношение амплитуд выделенных гармоник Q к амплитуде четвертой гармоники. Затем двигатель нагружают и на той же частоте вращени  вновь измер ют амплитуды указанных гармоник и наход т ихgroups of two or more cylinders, while the number of such groups in the engine cycle is even, fj, is the frequency of the engine cycle, k is the harmonic number,. nical component. In addition, a component coinciding with the fourth harmonic of the crankshaft rotation frequency is extracted, and the ratio of the amplitudes of the selected harmonics Q to the amplitude of the fourth harmonic is found. The motor is then loaded and the amplitudes of these harmonics are measured again at the same rotational frequency and they are found

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано дл  оценки неравномерности работы двигателей внутреннего сгорани  при их диагностировании.The invention relates to instrumentation and can be used to assess the unevenness of the operation of internal combustion engines when diagnosing them.

Цель изобретени  - повышение точности оценки.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the assessment.

На чертеже представлена блок-схема устройства дл  осуществлени  способа .The drawing shows a block diagram of an apparatus for carrying out the method.

Устройство содержит соединенные последовательно датчик 1 меток углового положени  коленчатого вала, преобразователь 2 частоты следовани  импульсов в напр жение, дифференциатор 3 и блок 4 перестраиваемых полосовых фильтров, блок 5 выпр мителей, блок 6 аналоговых делителей, блок 7 индикаторов, а также измеритель 8 частоты вращени , подключенный к выходу преобразовател  2, Блоки 4-7 состо т из шести одноименных элементов , подсоединенных к выходу дифференциатора 3 параллельно в виде шести последовательных цепей, причем выход выпр мител  5 первой последо- вааельной цепи подключен к вторым входам аналоговых делителей второй и шестой последовательных цепей с второй по шестую, а второй вход делител  первой последовательной цепи поключен к источнику опорного напр жени .The device contains a crankshaft angular position sensor 1 connected in series, a voltage pulse frequency converter 2, a differentiator 3 and a block 4 tunable bandpass filters, a rectifier block 5, a block 6 analog dividers, a block 7 of indicators, and a meter 8 of rotational speed connected to the output of converter 2, blocks 4–7 consist of six elements of the same name, connected to the output of differentiator 3 in parallel in the form of six successive circuits, with the output of the rectifier 5 ne The ditch of the serial circuit is connected to the second inputs of the analog dividers of the second and sixth serial circuits from the second to the sixth, and the second input of the divider of the first serial circuit is connected to the source of the reference voltage.

Датчик 1 меток углового положени  выполнен в виде последовательно соединенных индуктивного первичного преобразовател , установленного в кожухе маховика напротив его зубчатого венца, триггера Шмитта, формнотношени  с тем, чтобы по разности этих отношений под нагрузкой и на холостом ходу судить о степени неравномерности цилиндров. Устройство дл  осуществлени  этого способа содержит измеритель частоты вращени  8. блок 4 перестраиваемых полосовых фильтров, блок 5 выпр мителей-измерителей амплитуд гармоник, блок 6 аналоговых делителей , источник опорного напр жени  и блок 7 индикаторов, 2 с.п.ф-лы, . 1 ил.The sensor 1 of the angular position labels is made as a series-connected inductive primary converter installed in the flywheel housing opposite its gear ring, Schmitt trigger, formal relationship so that by the difference of these relations under load and idling the cylinder unevenness. A device for implementing this method comprises a rotational speed meter 8. a block 4 of tunable band-pass filters, a block 5 of harmonic amplitude measuring devices, a block 6 of analog dividers, a source of reference voltage and a block 7 of indicators, 2 cff-ly,. 1 il.

5five

00

5five

00

5five

00

5five

рующего из двухпол рного сигнала первичного преобразовател  однопол рный пр моугольный импульс, и ждущего мультивибратора, генерирующего пр моугольные импульсы стандартной длительности и амплитуды. Преобразователь 2 частоты следовани  импульсов в напр жение может быть выполнен в простейшем случае в виде активного фильтра низких частот, полоса пропускани  которого должна быть шире, чем четверта  гармоника частоты вращени . Дифференциатор 3 выполнен на микросхеме операционного усилител . Перестраиваемые полосовые фильтры блока 4 могут быть выполнены в виде узко- полосных RC-фильтров, центральна  частота которых может измен тьс  вручную путем переключени  RC-цепо- чек или автоматически с помощью напр жени , поступающего с измерител  частоты вращени , С помощью этого напр жени  может осуществл тьс  изменение одного из резисторов НС- фильтра. В качестве активного сопротивлени  при этом используетс  сопротивление канала полевого транзистора . Выпр мители блока 5 средке- выпр мленного значени  сигнала также могут быть выполнены на микросхеме операционного усилител . Делители блока 6 могут быть выполнены на микросхеме аналогового перемножите- л  525 ПС 1 или 525 ПС 2 в режиме делени . Индикаторами блока 7 могут быть гальванометры (вольтметры). Измеритель 8 частоты вращени  содержит активный фильтр низких частот с узкой полосой пропускани  дл  выделени  посто нной составл ющей скгof a primary converter converting a two-polar signal; a unipolar rectangular pulse; and a waiting multivibrator generating rectangular pulses of standard duration and amplitude. The converter 2 pulse frequency to voltage can be performed in the simplest case in the form of an active low-pass filter, the bandwidth of which should be wider than the fourth harmonic of the rotation frequency. Differentiator 3 is made on the microcircuit of the operational amplifier. Tunable band-pass filters of unit 4 can be made in the form of narrow-band RC filters, the central frequency of which can be changed manually by switching RC circuits or automatically by means of the voltage supplied from the rotational speed meter. By means of this voltage change one of the resistors of the HC-filter. The resistance of the field-effect transistor is used as the active resistance. Rectifiers of block 5 of the medium-rectified signal value can also be performed on the chip of the operational amplifier. The dividers of block 6 can be made on the microcircuit of the analog multiplier 525 PS 1 or 525 PS 2 in the division mode. The indicators of block 7 can be galvanometers (voltmeters). The rotational speed meter 8 contains an active low pass filter with a narrow bandwidth to isolate the constant component of cg

5-15-1

нала и последовательно соединенный с ним гальванометр (вольтметр).a galvanometer (voltmeter) connected in series with it.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Сигнал с датчика 1 меток углового положени  подаетс  на преобразователь 2, где частота следовани  импульсов пр моугольной формы преобразуетс  в напр жение. Напр жение измен ющейс  амплитуды с преобразовател  2 поступает на измеритель 8 частоты вращени , где выдел етс  посто нна  составл юща  сигнала и одновременно поступает на дифференциатор 3, с входа которого сигнал, пропорциональный мгновенным значени м ускорени  вращени  коленчатого вала двигател , подаетс  на входы фильтров блока 4 перестраиваемых полосовых фильтров (фильтр первой цепи настраиваетс  на частоту, кратную четвертой гармонике частоты вращени  остальные фильтры при испытании четырехтактного ДВС настроены на часто ты: фильтр второй цепи - на кратную 0,5 гармонике частоты вращени , филь третьей цепи - кратной 1 гармонике частоты вращени , фильтр четвертой цепи - кратную 1,5 гармонике частоты вращени , фильтр п той цепи - кратную 2 и фильтр шестой цепи - кратную 3 гармонике частоты вращени  вала двигател ). Далее в каждом канале измерени  сигналы, пропорциональные соответствующим гармоникам, через выпр мители блока 5 подаютс  на входы аналогового делител  6. На один из входов каждого делител  6 подаетс  сигнал, пропорциональный четвертой гармонике иастоты вращени , а на второй вход каждого делител  блока 5, кроме первой цепи, подаетс  сигнал с соответствующих выходов выпр мителей 5, на второй вход делител  первой цепи подаетс  напр жение с источника опорного напр жени , соответствующего нормированному дл  контролируемой марки делител  значению (и отражающему среднюю мощность двигател , т.е. без учета неравномерности работы цилиндров), с делител  7 сигналы, пропорциональные отношени м соответствующих гармоник к четвертой гармонике частоты вращени  коленчатого вала (k 0(Ј The signal from the sensor 1 of the angle position labels is applied to the converter 2, where the pulse frequency of the rectangular shape is converted to a voltage. The voltage of the varying amplitude from converter 2 goes to the rotational speed meter 8, where the constant component of the signal is allocated and simultaneously to the differentiator 3, from which input a signal proportional to the instantaneous rotational acceleration of the engine crankshaft is fed to the filter inlets of the unit 4 tunable band-pass filters (the filter of the first circuit is tuned to a frequency that is a multiple of the fourth harmonic of the rotation frequency; the rest of the filters are often tuned to the four-stroke ICE test s: the second circuit filter is a multiple of 0.5 harmonic of the rotation frequency, the third circuit filter is a multiple of 1 harmonic of the rotation frequency, the fourth circuit filter is a multiple of 1.5 harmonic of the rotation frequency, the fifth circuit filter is a multiple of 2 and the sixth circuit filter is a multiple 3 harmonic frequency of rotation of the engine shaft). Then, in each measurement channel, signals proportional to the corresponding harmonics are fed through the rectifiers of block 5 to the inputs of the analog divider 6. A signal proportional to the fourth harmonic of the rotational speed is sent to one of the inputs of each divider 6, and the circuit, the signal is supplied from the corresponding outputs of the rectifiers 5, to the second input of the divider of the first circuit is supplied the voltage from the reference voltage source corresponding to the normalized for the brand of the divider The values (and reflects the average power of the engine, i.e., excluding uneven working cylinder) with a divider 7 signals proportional to the ratios of the respective harmonic to the fourth harmonic of the frequency of rotation of the crankshaft (k 0 (J

Eos/E r ki Јt/6V 5s- / 4  Eos / E r ki Јt / 6V 5s- / 4

ktf 82/Ј k2 k3 Cyi Ј4) поступают на индикаторы 7.ktf 82 / Ј k2 k3 Cyi 4) arrive at indicators 7.

00

5five

00

77

5 five

00

5five

00

5five

00

5five

776776

Амплитуда каждого из этих сигналов характеризует степень неравномерности работы цилиндров конкретногоThe amplitude of each of these signals characterizes the degree of uneven operation of the cylinders of a particular

типа двигател . 1type of engine. one

Перед измерени ми настраивают фильтры блока 4 на соответствующие частоты (при ручной перестройке). С источника опорного напр жени  (не показан ) подают на второй вход делител  первой цепи напр жение, соответствующее нормированному (эталонному ) значению составл ющей ускорени , кратной четвертой гармонике частоты вращени  дл  контролируемой марки двигател .Before measuring, adjust the filters of block 4 to the corresponding frequencies (with manual tuning). From a reference voltage source (not shown), the second input of the first circuit divider is supplied with a voltage corresponding to the normalized (reference) value of the acceleration component that is a multiple of the fourth harmonic of the speed of rotation for a controlled engine brand.

На холостой ходу (без нагрузки) устанавливают двигателю частоту вращени  (например, номинальную), при которой оцениваетс  неравномерность работы цилиндра. Регистрируют значени  отношений соответствующих гармоник блоком 7. Затем при номинальной нагрузке устанавливают двигателю ту же частоту вращени  (номинальную) и вновь регистрируют значени  отношений соответствующих гармоник. Показани  индикатора первой цепи характеризуют отличие средней мощное ти двигател  от сн тых нормативной (эталонной ) , а разность показаний i ндика- торов цепей с второй по шестую, тых под нагрузкой и при холостом ходу двигател , характеризует неравномерность работы цилиндра.At idle (no load), the engine is set to a rotational speed (e.g., nominal) at which cylinder imbalance is evaluated. The values of the ratios of the corresponding harmonics are recorded by the block 7. Then, at the rated load, the motor is set at the same rotational speed (nominal) and the ratios of the corresponding harmonics are recorded again. The indications of the indicator of the first circuit characterize the difference between the average power of the engine and the normative ones taken from the standard (reference), and the difference of the indications of i identifiers of the circuits from the second to the sixth, under load and when the engine is idling, characterizes the unevenness of the cylinder.

Claims (2)

1. Способ оценки неравномерности работы двигател  внутреннего сгорани , включающий измерение частоты вращени  и углового ускорени  коленчатого вала в стационарном режиме, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, устанавливают номинальную частоту i ращени  коленчатого вала двигател  без нагрузки, измер ют амплитуду гармонической составл ющей упового ускорени  коленчатого вала, совпадающей с частотой цикла работы двигател , и амплитуды заданных гармонических составл ющих частоты вращени , затем измер ют амплитуду гармонической составл ющей углового ускорени  коленчатого вала, совпадающей с четвертой гармоникой частоты вращени , наход т1. A method for evaluating uneven operation of an internal combustion engine, including measuring the rotational speed and angular acceleration of a crankshaft in a stationary mode, characterized in that, in order to improve accuracy, the nominal frequency i of an engine crankshaft without load is measured, the amplitude of the harmonic component is measured of the crankshaft acceleration, coinciding with the engine cycle frequency, and the amplitudes of the given harmonic components of the rotational speed, then the amplitude of the harmonics is measured In this instance, the angular acceleration component of the crankshaft, which coincides with the fourth harmonic of the rotational speed, is отношени  амплитуд измеренных гармоник к амплитуде этой гармоники, после чего двигатель нагружают и осуществл ют на номинальной частоте вращени  повторные измерени  амплитуд гармоник и рассчитывают их отношени , а по разности отношений под нагрузкой и на холостом ходу оценивают неравномерность.ratios of amplitudes of measured harmonics to amplitudes of this harmonic, after which the engine is loaded and repeated measurements of amplitudes of harmonics are carried out at the nominal frequency of rotation and their ratios are calculated, and unevenness is estimated from the difference of the ratios under load and at idle. 2. Устройство дл  оценки неравномерности работы двигател  внутреннего сгорани , содержащее последовательно соединенные датчик углового положени  коленчатого вала, преобра- зователь частоты следовани  импульсов в напр жение, измеритель частоты вращени  и дифференциатор, а также источник напр жени , отличащеес  тем, что, с целью повы- 2. A device for evaluating uneven operation of an internal combustion engine, comprising a series-connected crankshaft angle sensor, a pulse frequency-to-voltage converter, a rotational speed meter and a differentiator, as well as a voltage source - шени  точности, устройство дополнительно содержит блок перестраиваемых полосовых фильтров, блок выпр мителей-измерителей амплитуд гармоник, блок аналоговых делителей, источник опорного напр жени  и блок индикаторов , причем полосовые фильтры входами соединены с дифференциатором, а их выходы через соответствующие выпр мители-измерители амплитуды соединены с первыми входами соответствующих аналоговых делителей, выходы которых соединены с индикаторами, а второй вход делител  канала измерени  четвертой гармоники соединен с источником опорного напр жени , а вторые входы остальных делителей соединены с выходом измерител  четвертой гагмоники.accuracy, the device additionally contains a tunable bandpass filter unit, a harmonic amplitude rectifier measuring unit, an analog divider unit, a reference voltage source, and an indicator unit, the bandpass filters are connected to the differentiator by the inputs, and their outputs are connected via amplitude rectifiers with the first inputs of the corresponding analog dividers, the outputs of which are connected to the indicators, and the second input of the fourth harmonic measurement channel divider is connected to the source A reference voltage is applied, and the second inputs of the remaining dividers are connected to the output of the fourth Hagmonics meter.