ORGANIZATION OF CONTROL AND RECORDING SYSTEM FOR TRANSIENTS IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE BASED ON THE L-CARD E14-140 ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER AND THE POWERGRAPH SOFTWARE PACKAGE


Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of the research is the efficiency improvement of the control and recording system of transients in internal combustion engines. Modern research in the field of organization of systems for registering fast-flowing processes 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 equipment 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%.

Full Text

Современные разработки в области построения систем регистрации быстропротекающих процессов в ДВС зачастую основываются на адаптации типовых программных комплексов и анало-го-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 сельскохо-зяйственных 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 частно-сти, 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 преобра-зователь Л-КАРД Е14-140 (рис.1). Рис. 1. Внешний вид модуля E14-140 Модуль E14-140 предназначен для построения многоканальных измерительных систем сбо-ра аналоговых и цифровых данных. Модуль имеет малые габариты, удобен для организации поле-вых измерений, требующих высокую степень мобильности. Модуль E14-140 внесён в Государствен-ный реестр средств измерений. Работоспособность разработанной системы проверялась во время экспериментальных ис-следований, где были использованы аналоговые датчики. Для измерения частоты вращения вала турбокомпрессора (ТКР) был разработан оптический датчик; для цели определения частоты враще-ния вала двигателя был использован штатный датчик обкаточно-тормозного стенда КИ-5543 ГОСНИТИ; для определения крутящего момента был разработан модуль, регистрирующий положение рычага балансировочной машины, состоящий из корпуса, датчика НРК1-8 и блока пита-ния. Подключение датчиков к АЦП было осуществлено в соответствии со схемой распиновки кана-лов 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 реализо-вана по одному из двух методов: 1. Преобразование частоты входного сигнала в напряжение выходного сигнала и последую-щая 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 осуществля-лась 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 ис-ключения 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 по-дачей топлива в положение, соответствующее минимально устойчивым оборотам двигателя Д-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 дан-ном диапазоне произошло за 5,69 с. При этом изменение частоты вращения с 50000 до 40000 мин-1 произошло за 1,288 секунды (рис. 4). Рис. 3. Блок-схема контрольно-регистрирующей системы переходных процессов Рис. 4. Результаты контроля параметров переходного процесса при выбеге турбокомпрессора на режиме холостого хода двигателя Характеристика выбега турбокомпрессора ТКР-6.1 с начальными параметрами, получен-ными 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). Рис. 5. Результаты контроля параметров переходного процесса при выбеге турбокомпрессора на нагрузочном режиме работы двигателя Заключение. 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 процес-сах выбега двигателя с частотой опроса АЦП 100 кГц при максимально возможной частоте дискреции 200 кГц для используемого оборудования, при этом частота опроса АЦП многократно превосходила исследуемый сигнал. Погрешности измерений регистрируемых процессов составили не более 1%.
×

About the authors

A. P. Inshakov

FSBEI HE «Mordoviya State University named after N. P. Ogarev»

Email: kafedra_mes@mail.ru
, Doctor of Technical Sciences, Professor of the department «Mobile Energy Means and Agricultural Machines named after Professor A. I. Leshchankin» Saransk, Yalga settlement

F. M. Magomedov

FSBEI HE Dagestan State Agrarian University named after M. M. Dzhambulatov

Email: fahr-59@yandex.ru
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department «Technical Operation of Vehicles» Makhachkala

I. I. Kurbakov

Saransk, Yalga settlement

Email: mrsu2@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Department «Mobile Energy Means and Agricultural Machines named after Professor A. I. Leshchankin»

M. S. Kurbakova

FSBEI HE «Mordoviya State University named after N. P. Ogarev»

Email: m.s.kurbakova@mail.ru
Postgraduate Student of the Department «Mobile Energy Means and Agricultural Machines named after Professor A. I. Leshchankin» Saransk, Yalga settlement

References

  1. Иншаков, А. П. Методы оценки работоспособности систем газотурбинного наддува автотракторных двигателей : монография / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, А. Н. Кувшинов. - Саранск : Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва, 2015. - 124 с.
  2. Пат. 145761 U1 РФ, МПК G01P 3/00 Устройство для измерения частоты вращения вала турбокомпрессора / Иншаков А. П., Курбаков И. И., Кувшинов А. Н., Корнаухов О. Ф. - №2013157453/28 ; заявл. 24.12.13 ; опубл. 27.09.14.
  3. Малкин, В. С. Техническая диагностика : учебное пособие. - СПб. : Лань, 2013. - 272 с.
  4. Прокопенко, Н. И. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания : учебное пособие. - СПб. : Лань, 2010. - 592 с.
  5. Иншаков, А. П. Определение неисправностей газотурбинного наддува двигателя / А. П. Иншаков, А. Н. Кувшинов, И. И. Курбаков [и др.] // Сельский механизатор. - 2018. - № 1. - С. 34-35.
  6. Иншаков, А. П. Информационные средства для повышения надежности использования мобильной техники / А. П. Иншаков, С. С. Капитонов, В. А. Филин [и др.] // Сельский механизатор. - 2018. - № 1. - С. 41-43.
  7. Иншаков, А. П. Определение загрузки автотракторного дизеля с газотурбинным наддувом по температуре отработавших газов и частоте вращения вала турбокомпрессора / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова, С. А. Гаранин // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 4. - С. 57-63.
  8. Иншаков, А. П. Испытательный стенд для проверки работоспособности турбокомпрессоров автотракторных двигателей / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова, С. А. Ладиков // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 4. - С. 63-70.
  9. Иншаков, А. П. Проверка системы наддува непосредственно на двигателе в сборе без запуска ДВС / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова [и др.] // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П. А. Костычева. - 2018. - № 4 (40). - С. 89-93.
  10. Иншаков, А. П. Использование динамических характеристик двигателя и турбокомпрессора для диагностирования систем газотурбинного наддува / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - № 3. - С. 34-39.
  11. Иншаков, А. П. Диагностика на модернизированном стенде КИ-5543 ГОСНИТИ турбокомпрессора ТКР 6.1 с двигателем Д-245 / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, А. Н. Кувшинов [и др.] // Сельский механизатор. - 2016. - № 9. - С. 34-35.
  12. Иншаков, А. П. Выбор средств технического диагностирования двигателей / А. П. Иншаков, А. Н. Кувшинов, И. И. Курбаков, Д. В. Байков // Сельский механизатор. - 2015. - № 8. - С. 32-33
  13. Коларж, С. А. Повышение качества контроля организационно-технологических процессов уплотнения щебеночного балласта при производстве путевых ремонтно-восстановительных работ : дис. … канд. техн. наук : 05.02.22 / Коларж Сергей Александрович. - Новосибирск : Сибирский ГУПС, 2019. - 135 с
  14. Орлов, С. В. Повышение эффективности шлифования торцов колец крупногабаритных подшипников путём управления осевой упругой деформацией : дис. … канд. техн. наук : 05.02.07 / Орлов Сергей Васильевич. - Волгоград : Волгоградский государственный технический университет, 2014. - 153 с
  15. Устройства для мобильных систем Е14-140, Е14-140-М. Руководство пользователя [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.platan.ru/pdf/datasheets/lcard/e14-140_Manual.pdf

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Inshakov A.P., Magomedov F.M., Kurbakov I.I., Kurbakova M.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies