доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
аспирант технических наук;
graduate student of technical sciences;
Цель исследований – повышение работоспособности контрольно-регистрирующей системы переходных процессов в двигателях внутреннего сгорания. Современные исследования в области по-строения систем регистрации быстропротекающих процессов в двигателях внутреннего сгорания, используемых при разработке передовых диагностических комплексов, а также при разработке частных методик испытания, нельзя создать без применения современных программных комплексов и аналого-во-цифровых преобразователей. Особый интерес представляют исследования, связанные с адаптацией испытательных стендов для целей диагностики и расширения функциональных возможностей регистрации быстро протекающих процессов. В процессе научного поиска на кафедре мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина института механики и энергетики создан комплекс, позволяющий регистрировать переходные процессы в двигателях внутреннего сгорания на базе аналого-цифрового преобразователя Л-КАРД E14-140 и программного комплекса POWER GRAPH. Опыт построения системы при создании научно-исследовательского оборудования кафедры показывает, что создание надежных средств испытания можно осуществить на базе оборудования ГОСНИТИ за счет внедрения контрольно-регистрирующей аппаратуры, улучшающей и расширяющей функциональные свойства стендов. Получены записи изменения частот вращения вала турбокомпрессора, вала двигателя внутреннего сгорания, крутящего момента в переходных процессах вы-бега двигателя с частотой опроса аналого-цифрового преобразователя 100 кГц при максимально возможной частоте дискреции 200 кГц для используемого оборудования, при этом частота опроса аналогоцифрового преобразователя многократно превосходила исследуемый сигнал. Погрешности измерений регистрируемых процессов составили не более 1%.
The purpose of the research is the efficiency improvement of the control and recording system of transients in inter-nal combustion engines. Modern research in the field of organization of systems for registering fast-flowing pro-cesses in internal combustion engines, used in the development of advanced diagnostic complexes, as well as in the development of private test methods, cannot be created without application of modern software packages and analog-to-digital converters. Of particular interest are the studies related to the adaptation of test benches for the purposes of diagnostics and expanding the functional abilities of recording fast-moving processes. In the course of scientific research at the Department of Mobile Power Means and Agricultural Machines named after Professor A. I. Leshchankin of the Institute of Mechanics and Power Engineering, a complex was created that allows recording transients in internal combustion engines based on the L-CARD E14-140 analog-to-digital converter and the POWER GRAPH program complex. The experience of system organization when creating research equipment at the department shows that fabrication of reliable testing means can be carried out on the basis of GOSNITI equip-ment due to the introduction of monitoring and recording equipment that improves and expands the functional properties of the test-benches. The records of the rotation frequency of the shafts of both the turbocharger and the internal combustion engine, torque transients of engine operation with sample rate of Converter 100 kHz analog-to-digital at the maximum possible 200 kHz frequency of discretion for the equipment used, the sampling frequency analog to digital Converter surpasses the analyzed signal. The measurement errors of the processes recorded were no more than 1%.
Современные разработки в области построения систем регистрации быстропротекающих процессов в ДВС зачастую основываются на адаптации типовых программных комплексов и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) к конкретным условиям испытаний. На рынке представлен огромный выбор данных систем с различной элементной базой, однако подбор их для построения индивидуальных систем требует дополнительных проверок. В процессе научного поиска на кафедре мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина института механики и энергетики на базе аналого-цифрового преобразователя Л-КАРД E14-140 и программного комплекса POWER GRAPH было разработано устройство для регистрации быстропротекающих процессов в ДВС, и, в частности, переходных процессов частот вращения вала двигателя и ротора турбокомпрессора.Цель исследований – повышение работоспособности контрольно-регистрирующей системы переходных процессов в двигателях внутреннего сгорания.Задача исследований – разработать контрольно-регистрирующую систему переходных процессов в двигателях внутреннего сгорания.Материалы и методы исследований. В данной работе в качестве АЦП выбран преобразователь Л-КАРД Е14-140 (рис.1). Рис. 1. Внешний вид модуля E14-140 Модуль E14-140 предназначен для построения многоканальных измерительных систем сбора аналоговых и цифровых данных. Модуль имеет малые габариты, удобен для организации полевых измерений, требующих высокую степень мобильности. Модуль E14-140 внесён в Государственный реестр средств измерений. Работоспособность разработанной системы проверялась во время экспериментальных исследований, где были использованы аналоговые датчики. Для измерения частоты вращения вала турбокомпрессора (ТКР) был разработан оптический датчик; для цели определения частоты вращения вала двигателя был использован штатный датчик обкаточно-тормозного стенда КИ-5543ГОСНИТИ; для определения крутящего момента был разработан модуль, регистрирующийположение рычага балансировочной машины, состоящий из корпуса, датчика НРК1-8 и блока питания. Подключение датчиков к АЦП было осуществлено в соответствии со схемой распиновки каналов для аналогового разъема АЦП (рис. 2). Рис. 2. Распиновка аналогового разъема АЦП Е-14-140 Для датчика частоты вращения вала турбокомпрессора были задействованы пины Х1, Y1 и AGND, для датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя – Х2, Y2 и AGND, для модуля регистрации положения рычага балансировочной машины – Х3, Y3 и AGND.При экспериментальной проверке системы регистрации параметров переходного процесса в ДВС большую роль играет методика обработки исходного сигнала. Например, при визуализации параметров процесса выбега турбокомпрессора обработка исходного сигнала может быть реализована по одному из двух методов: 1. Преобразование частоты входного сигнала в напряжение выходного сигнала и последующая регистрация его на ПК с помощью аналого-цифрового преобразователя;2. Регистрация исходного сигнала на ПК с помощью аналого-цифрового преобразователя и последующая обработка сигнала с помощью программных средств.Обработка сигнала программными средствами имеет ряд преимуществ по сравнению с внешним преобразованием входного сигнала: отсутствует дополнительный модуль преобразования; стабильность частоты опроса сигнала; более высокая точность измерений.Однако, обработка сигнала в программной среде требует более высокой квалификации и предусматривает выполнение следующих процессов: запись сигнала; разбивка сигнала на участки (импульсы); преобразование сигнала и построение графика изменения частоты сигнала во времени;калибровка сигнала.Упрощенная блок-схема контрольно-регистрирующей системы переходных процессов представлена на рисунке 3.Проверка функционирования системы было проведено во время испытаний на двигателе ММЗ Д-245 с установленным турбокомпрессором ТКР-6.1, имитация рабочих режимов осуществлялась на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543 ГОСНИТИ.Результаты исследований. Методика проведения экспериментальных исследований включала в себя получение характеристик выбега только на работающем двигателе с целью исключения случаев вращения вала турбокомпрессора в условиях недостаточной смазки.Характеристики выбега. В ходе исследования работоспособности контрольно-регистрирующей системы были получены характеристики выбега турбокомпрессора ТКР-6.1 для максимальных оборотов холостого хода Д-245-35 nдвс=2340 мин-1 и резком перемещении рычага подачей топлива в положение, соответствующее минимально устойчивым оборотам двигателяД-245-35, при этом была получена характеристика выбега с начальной частотой вращения вала ТКР 62530 мин -1 и конечной – 20750 мин-1, изменение частоты вращения вала турбокомпрессора в данном диапазоне произошло за 5,69 с. При этом изменение частоты вращения с 50000 до 40000 мин-1 произошло за 1,288 секунды (рис. 4). Нагружающее устройство(реостат) Обкаточно-тормозной стендКИ-5543 Панельуправления ДвигательД-245-35 Внешние датчики АЦП, ПК Специализированное ПО Рис. 3. Блок-схема контрольно-регистрирующей системы переходных процессов ТКР ДВС 5,69 с Рис. 4. Результаты контроля параметров переходного процессапри выбеге турбокомпрессора на режиме холостого хода двигателя Характеристика выбега турбокомпрессора ТКР-6.1 с начальными параметрами, полученными под нагрузкой ДВС Д-245-35 – nдвс=1978 мин-1, крутящий момент на валу ДВС Мкр= 357 Н×м, при этом была получена характеристика выбега с начальной частотой вращения вала ТКР 103000 мин-1 и конечной – 36000 мин-1, изменение частоты вращения вала турбокомпрессора в данном диапазоне произошло за 9,8 сек. При этом изменение частоты вращения с 50000 до 40000 мин-1 произошло за 1,164 секунды (рис. 5). Нагрузка ТКР ДВС 9,8 с Рис. 5. Результаты контроля параметров переходного процессапри выбеге турбокомпрессора на нагрузочном режиме работы двигателяЗаключение. Построение контрольно-регистрирующей системы переходных процессов в ДВС на базе аналого-цифрового преобразователя Л-КАРД E14-140 и программного комплекса POWER GRAPH расширяет функциональные возможности стендовых испытаний ДВС. В качестве подтверждения работоспособности разработанной контрольно-регистрирующей системы получены записи изменения частот вращения вала ТКР, вала ДВС, крутящего момента в переходных процессах выбега двигателя с частотой опроса АЦП 100 кГц при максимально возможной частотедискреции 200 кГц для используемого оборудования, при этом частота опроса АЦП многократно превосходила исследуемый сигнал. Погрешности измерений регистрируемых процессов составили не более 1%.