Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2473067

(19)

RU

(11)

2473067

(13)

C1

(51) МПК G01M15/04 (2006.01)

G01R33/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011133795/06, 12.08.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

12.08.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 12.08.2011

(45) Опубликовано: 20.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: SU 1281956 А1, 07.01.1987. ВИКТОРОВ В.А. и др. РАДИОВОЛНОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. - М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1989, с.189-192. SU 932346 A1, 30.05.1982. US 3703825 А, 28.11.1972. SU 898218 А1, 15.01.1982. US 3589177 А, 29.06.1971.

Адрес для переписки:

117997, Москва, ул. Профсоюзная, 65, Институт проблем управления, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Совлуков Александр Сергеевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к испытаниям и диагностике двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Способ диагностирования ДВС заключается в возбуждении в камере сгорания электромагнитных колебании фиксированной длины волны и определении амплитуды принимаемого сигнала. При проведении диагностирования длину электромагнитной волны выбирают меньше минимального размера камеры сгорания, имеющею место при положении поршня в верхней мертвой точке. Технический результат заключается в повышении точности диагностирования. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к испытаниям и диагностике двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Оно основано на контроле процессов в камере сгорания ДВС и позволяет регулировать параметры ДВС.

Известны способы диагностирования ДВС, при реализации которых камера сгорания рассматривается как объемный резонатор переменного объема (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С.Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат. 1989. С.189-192). Недостатками этих способов является одновременное возбуждение в камере сгорания переменного объема при движении поршня одновременно нескольких типов электромагнитных колебаний, что затрудняет получение полезной информации.

Известно также техническое решение (SU 1281956, 07.01.1987), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому способу и принято в качестве прототипа. Этот способ-прототип заключается в возбуждении электромагнитных волн заданной фиксированной длины волны с помощью СВЧ-генератора в волноводе, размещенном в области камеры сгорания, и регистрации характеритстик поля стоячей электромагнитной волны в данном волноводе при перемещении поршня. При этом длину волны (выбирают из условия ,

где D - внутренний диаметр цилиндра, Н - величина перемещения поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ); h - зазор между днищем поршня и головкой цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке.

Такой выбор длины волны Л обеспечивает работу реализующих данный способ устройств на левом склоне резонансной кривой - зависимости амплитуды продетектированного сигнала от положения поршня в цилиндре, то есть на участке, в пределах которого амплитуда еще не достигает максимального значения, соответствующего резонансу. При этом возможно однозначное непрерывное определение рабочих параметров ДВС.

Однако этот способ обладает существенным недостатком, заключающемся в невысокой точности диагностирования. Связано это с тем, что для реализации способа необходимо с высокой точностью обеспечивать заданную длину электромагнитной волны. Только в этом случае регистрируемая амплитуда, соответствующая рабочей точке на склоне резонансной кривой, соответствует истинному положению поршня в цилиндре. Это, в свою очередь, требует весьма высокой степени стабильности частоты СВЧ-генератора, что трудно достичь на практике.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности диагностирования.

Технический результат в предлагаемом способе диагностирования двигателя внутреннего сгорания достигается тем, что в камере сгорания возбуждают электромагнитные колебания фиксированной длины волны и определяют амплитуду принимаемого сигнала, при этом длину электромагнитной волны выбирают значительно меньшей минимального размера камеры сгорания, имеющего место при положении поршня в верхней мертвой точке.

Предлагаемый способ поясняется чертежами. На фиг.1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа. На фиг.2 изображен график зависимости амплитуды принимаемого сигнала, а на фиг.3 - временной график зависимости амплитуды принимаемого сигнала в окрестностях ВМТ при движении поршня в цилиндре камеры сгорания.

Устройство на фиг.1 содержит СВЧ-генератор 1, циркулятор 2, волновод 3, свечу зажигания 4, камеру сгорания 5, поршень 6, детектор 7, регистратор 8.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

При выборе длины электромагнитной волны значительно меньшей характерного размера D полости (камеры сгорания): <
Прием мощности после многократного рассеяния и переотражений электромагнитных волн в полости можно осуществить с помощью антенны, в частности открытого конца волновода или рупорной антенны, подсоединенной к полости через отверстие в ее стенке. В данном случае функции такой приемо-передающей антенны выполняет свеча зажигания, существующей или модифицированной для обеспечения прохождения электромагнитных волн в камеру сгорания. При этом не нарушаются процессы, связанные непосредственно с работой ДВС.

Принимаемая при этом мощность P изл зависит от плотности =W/V 0 электромагнитной энергии, запасаемой в полости при возбуждении в ней колебаний от источника электромагнитной энергии с помощью антенны. Величину этой плотности энергии можно выразить соотношением

где Q - добротность полости-резонатора; P ист - мощность сигнала, возбуждающего электромагнитные колебания в полости; =2 с/ - круговая частота возбуждаемых колебаний; с - скорость света.

Здесь добротность Q - интегральная добротность, усредненная по всем типам возбуждаемых колебаний, может быть охарактеризована как отношение запасенной в полости электромагнитной энергии W к энергии, рассеиваемой за период колебаний.

Получим соотношение, связывающее принимаемую мощность P изл с величиной объема V 0 полости. Величина P изл характеризуется энергией, выводимой из полости в единицу времени через апертуру с эффективной поверхностью S в телесном угле диаграммы направленности приемной антенны

Здесь учтено, что величина W проходящей за время t через указанную апертуру электромагнитной энергии есть

В данной формуле коэффициент 4(в знаменателе правой части соответствует полному телесному углу (в радианах).

В данном случае

что вытекает из равномерности распределения энергии электромагнитного поля внутри полости, равенства единице усредненной величины коэффициента направленного действия D=4 S/ 2 приемной антенны и приема части /4 рассеиваемой в полости электромагнитной энергии.

Следовательно

В соответствии с определением добротности Q, принимая во внимание (5), можно записать следующее выражение для рассматриваемой полости-резонатора:

Здесь в правой части в знаменателе записана мощность источника электромагнитной энергии, что правомерно, так как вся эта мощность расходуется на компенсацию потерь в резонаторе и на поддержание незатухающих колебаний в нем. Такая же запись P ист корректна и в правой части формулы (1).

Таким образом, измеряя принимаемую мощность P изл или отношение P изл /P ист , можно определить переменный объем V 0 полости (камеры сгорания) и, следовательно, положение ВМТ и НМТ поршня в камере сгорания: V 0 =sl, где s - площадь поперечного сечения камеры сгорания, l - ее длина, определяемая положением поршня, а также добротность Q и связанное с ней функционально затухание электромагнитных колебаний в зависимости от физических свойств вещества (плазмы) при процессе горения, осуществлять контроль работы ДВС в целом на различных тактах его работы.

Электромагнитные колебания от СВЧ-генератора 1 фиксированной длины волны, при которой выполняется условие <
С учетом реальных габаритов камер сгорания длину волны возбуждаемых в камере сгорания электромагнитных колебаний целесообразно выбирать в миллиметровом диапазоне длин волн, например, =1 мм, 2 мм, 4 мм или 8 мм.

Как следует из (5), при измерении объема V 0 емкости переменной конфигурации - камеры сгорания с перемещаемым в ней поршнем - принимаемая мощность P изл и, следовательно, амплитуда А принимаемого продетектированного сигнала, обратно пропорциональны величине измеряемого объема V 0 и, следовательно, переменной длине l камеры сгорания, определяемой положением поршня. На фиг.2 изображен (качественно) график зависимости A(l), а на фиг.3 - график зависимости амплитуды А от времени t в окрестностях ВМТ при прямом, по направлению к ВМТ, (левый склон кривой) и обратном, от ВМТ, (правый склон кривой) движении поршня в цилиндре камеры сгорания. Здесь вершина кривой соответствует положению поршня в ВМТ и имеет данный вид вследствие изменения направления поршня в ВМТ.

В схеме устройства на фиг.1 отсутствует движущийся элемент для перемешивания типов колебаний. В нем в данном случае нет необходимости, так как, во-первых, положение подвижной стенки (поршня) полости строго задано, во-вторых, перемешивание типов колебаний имеет место при перемещении поршня.

Такая схема может быть, в частности, применена для ДВС с форкамерно-факельным зажиганием, где имеется узкий канал связи камеры сгорания с форкамерой. Здесь принципиально невозможно ввести электромагнитную энергию от генератора на частоте, ниже критической частоты возбуждения в камере сгорания распространяющихся электромагнитных волн; этому соответствует известное техническое решение (SU 1666935, 30.07.1991). Такие ДВС установлены, например, на автомобиле ГА3-3102, во многих типах зарубежных автомобилей. Согласно предлагаемому способу рабочую длину волны 2 возможно выбирать здесь в миллиметровом диапазоне, в котором обеспечивается выполнение условия 3 <
По амплитуде регистрируемого сигнала можно судить о положении поршня в камере сгорания, в том числе о координатах верхней и нижней мертвых точек, о физических свойствах вещества в камере сгорания на различных тактах работы ДВС.

Таким образом, данный способ позволяет с высокой точностью диагностировать двигатели внутреннего сгорания по результатам измерений амплитуды регистрируемого сигнала при выборе длины электромагнитной волны, значительно меньшей минимального размера камеры сгорания, имеющего место при положении поршня в верхней мертвой точке.

Формула изобретения

Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, при котором в камере сгорания возбуждают электромагнитные колебания фиксированной длины волны и определяют амплитуду принимаемого сигнала, отличающийся тем, что длину электромагнитной волны выбирают меньшей минимального размера камеры сгорания, имеющего место при положении поршня в верхней мертвой точке.

РИСУНКИ