Bristle Consulting Engineer

Software a hardware pro měření a regulaci

BrInd

Měřící systém pro indikaci tlaků ve spalovacím prostoru

Mužete si nahrát (download) limitovanou verzi indikačního systému se vzorovými daty.

Příklady různých výstupních protokolů měřícího systému

Obsahuje část termodynamického zpracování s výpočtem průběhů termodynamických veličin popisujících pracovní cyklus motoru,
statistické zpracování naměřených dat, zobrazení extrémních průběhů, zadávání a kontroly vstupních podmínek. Systém je možno dále
rozšiřovat, např. v oblasti zjišťování mechanického namáhání dílů motoru apod.

Systém
analýzy cyklu spalovacího motoru je určen k podání dostatečných informací o
spalovacím procesu. Tyto informace slouží nejen pro vývojové práce na motorech,
ale i k analýze správné funkce stávajících motorů. Analýzou obdržíme nejen údaje
o získané práci cyklu, ale zejména parametry zhodnocující spalovací proces jako
termodynamický děj, včetně jeho účinnosti a dále pak statistické závislosti
variace cyklů, což přináší důležité informace o tom, zda je spalovací proces
dostatečně vyvinutý. Další schopností je možnost monitorovat a vyhodnocovat
přechodové děje na motorech. Získané údaje umožňují hlouběji proniknout do dějů
uvnitř spalovacího prostoru včetně nalezení vzájemný vazeb mezi jednotlivými veličinami, což je velmi důležité pro vývojové práce. Zejména je tento systém
nepostradatelný pro měření, potřebujeme-li srovnat dvě modifikace spalovacího prostoru mezi sebou ať se jedná o porovnání výkonových, ekonomických čí ekologických
hledisek, poněvadž pouze tímto způsobem můžeme hlouběji proniknout do procesů, které jsou při klasickém zkoušení na dynamometru, při sběru integrálních dat,
výzkumnému pracovníku skryty. Jedině důkladná termodynamická analýza může poskytnout údaje, v čem se dané spalovací prostory navzájem liší a poskytnout tak informace
potřebné pro další vývojové práce. Proto je tento systém nepostradatelný pro moderní pracoviště, zabývající se vývojem spalovacích motorů a pro pracoviště,
kde se provádí podrobná diagnostika spalovacích motorů. Vyhodnocené údaje slouží nejen pro optimalizaci tvaru spal.prostoru, zákona vstřiku paliva, předstihu
zážehu, časování ventilů, ovládání tvorby palivové směsi, zneškodňování exhalací .., ale i pro vlastní dimenzování součástí spalovacího motoru.

A v čem spočívá přednost tohoto systému? Oproti dřívějším systémům sběru
a vyhodnocování indikovaných dat (např. pi-METER 6602 AVL) je tento systém
mnohem pružnější, lehce přizpůsobitelný individuálním požadavkům zákazníka
a především v sobě integruje jak část sběru dat tak i vlastní vyhodnocovací
jednotku. A co zejména, výzkumný pracovník obdrží detailní rozbor práce
cyklu téměř v reálném čase, odezva není větší než několik sekund při využití
celého rozsahu paměti systému, což představuje zpracování 355 cyklů čtyřdobého
motoru z každého ze čtyřech válců, při vzorkování po 1° otočení klikového
hřídele. Je plně srovnatelný s produkty renomovaných zahraničních firem
Kistler-DATAC 1 či AVL-Indimeter 617 a je především orientován na výzkumné
práce, z čehož plynou větší nároky na obsluhu v podobě většího množství
vstupních údajů. Oproti výše zmíněným systémům lze už v nynější podobě
tohoto systému získat větší množství informací popisujících děje ve spalovacím
prostoru, a to zejména v oblasti termodynamického modelu a statistických
funkcí. Tento produkt je plně otevřený tzn., že je možno jej rozšiřovat
o další moduly vytvořené v jazyce Borland Pascal. Z těchto důvodů je vhodný
i pro nasazení v oblasti základního výzkumu spalovacích motorů. Vlastní
systém zde popisovaný, podobně jako výše uvedené systémy, však neřeší celý
měřicí řetězec, ale jen jeho část – jednotku sběru dat a jejich vyhodnocení.
Vlastní měřicí řetězec je třeba doplnit piezoelektrickými snímači spalovacích
tlaků (např. Kistler či AVL) včetně jejich operačních zesilovačů a snímačem
polohy klikového hřídele. Ty je však možno převzít ze starého měřicího
řetězce, čím je možno ušetřit značnou část finančních prostředků. V případě
využití dostupné vzorkovací frekvence (0.1°), nebude s největší pravděpodobností
dostačovat Váš současně používaný snímač polohy klikového hřídele. Je nutné
ho nahradit optickým snímačem. Celý systém je postaven na bázi počítače
kompatibilního s PC, který je rozšířen o příslušné karty sběru a zpracování
dat. Pro systém v současné podobě je nutné použití počítače s CPU minimálně
typu 486DX, spolu s operačním systémem MS DOS 5.0 či vyšším, což společně
umožňuje optimální využití paměti pro uchování naměřených dat a softwaru
vlastního vyhodnocování. Výhodou tohoto řešení je, že se nejedná o jednoúčelový
měřicí přístroj, jak je tomu v případě výrobků firmy AVL (Indiskop 647)
či Kistler (DATAC-1), ale zachovává koncepci zařízení fi SuperFlow, kdy
je možné počítač kromě indikace využívat spolu s příslušným softwarem i
pro další práce. Měřicí počítač je variantně osazen zásuvnou kartou sběru
dat : KEITHLEY DAS-50 respektive DAS-58 nebo Advantech PCL1800.

Příklady různých výstupních protokolů měřícího systému

Systém především v současné době nabízí tyto základní moduly:

Měřící modul: umožňuje kontrolu nastavení úrovní
měřených signálů, zobrazení měřených tlaků ve formě multimetru, osciloskopického
zobrazení měřených dat. Vlastní měření tlaků, vyrovnání tlaků na referenční
tlak, nebo polytropu.

Modul úpravy signálu

Modul počátečních podmínek

Statistický modul Tento modul slouží pro analýzy variačních
studií proměnlivosti po sobě probíhajících cyklů. Přináší informace o tom,
zda je spalovací proces dostatečně vyvinutý, zda existují určité závislosti
mezi sledovanými veličinami, přináší též výběrové charakteristiky sledovaných
veličin a grafické informace o relativní či kumulativní četnosti proměnných.
Údaje o rozptylu nám v podstatě přináší informaci o tom , jak je stabilní
proces hoření za daných operačních podmínek, jak kvalitní je tvorba směsi,
jak je směs rozdělována mezi jednotlivé válce atd. V současné době je mezi
sledované veličiny zařazeno: pmax apmax dp/damax adpmax pis Jako rozšíření
je připravováno zařazení následujících veličin dle volby uživatele, které
detailněji popisují termodynamiku cyklu: Qsum ,aign , aprodleva , ahoreni,
dQ/da max , Tmax Mezi počítané výběrové charakteristiky ze všech výše uvedených
sledovaných veličin patří: – střední hodnota – maximum – rozptyl- minimum
- variační koeficient – medián Tyto číselné hodnoty doprovází následující
grafická zobrazení: relativní četnost (histogram) kumulativní četnost (distribuční
funkce) proměnlivost po sobě jdoucích cyklů Problematiku vzájemných závislostí
sledovaných veličin řeší blok Korelace, který nám jasně v grafické a číselné
formě ukazuje, zdali existuje nějaká závislost mezi veličinami. Číselně
je toto vyjádřeno koeficientem korelace. Je možné obdržet i koeficienty
autokorelační funkce zvolené veličiny nebo provádět vzájemnou korelaci i-té
a i+1-vé hodnoty stejné veličiny. Modul statistiky obsahuje v současné době
následující submoduly: Tento modul slouží k identifikaci a vykreslení extrémních
průběhů spalovacích tlaků s ohledem na tyto uvedené veličiny: – pmax – apmax
- dpmax – adpmax – pis Lze si vybrat libovolnou z uvedených veličin, a s
ohledem na její velikost se vykreslí spalovací cyklus s maximální a minimální
hodnotou a porovnává se se středním zprůměrovaným cyklem. Kromě toho jsou
v pravém horním rohu uvedeny maximální, minimální a střední hodnoty dle
zvolené sledované veličiny. Průběh spalovacích tlaků lze zobrazovat ve dvou
formách, a to v podobě p-a diagramu nebo p-V diagramu, závisí na volbě uživatele.
Na těchto průbězích je názorně vidět, v jakých rozmezích proměnlivosti jednotlivých
parametrů probíhá spalovací proces a jaký má tato proměnlivost vliv na průběh
spalovacích tlaků. Jedná se tedy o názornou ukázku, jak je proces spalování
stabilní pro dané operační podmínky motoru /zatížení, otáčky, obsah reziduí,
směšovací poměr, předstih zážehu…

Termodynamický modul Tento modul je jedním z nejvýznamnějších
prostředků systému analýzy naměřených dat. Slouží ke komplexní termodynamické
analýze indikovaných tlaků ve válci. Umožňuje detekovat jednotlivé procesy
uvnitř spalovacího prostoru včetně vyhodnocení jejich základních ukazatelů.
Základní vyhodnocované parametry spalovacího procesu: pmax maximální spalovací
tlak apmax úhel maximálního tlaku (dp/da)max maximální tvrdost adpmax úhel
maximální tvrdosti pis střední indikovaný tlak efektivní, čerpadlový, čistý,
brzdový, ztrát Qsum čisté množství uvolněného tepla aign předstih zážehu
aprodleva prodleva zážehu a hoření doba hoření podle celkově uvolněného tepla
I. počáteční fáze 0¸5 % II. hlavní fáze 5¸95 % III. fáze dohořívání 95¸100
% (dQ/da)max maximální rychlost míry uvolnění tepla Tmax maximální teplota
TVO teplota výfukových plynů DS rozdíl entropie termodynamického oběhu Základní
předpoklady modelu termodynamické analýzy: modifikovaný jednozónový model
vliv netěsností není uvažován, je vycházeno z I. termodynamického zákona
pro uzavřenou soustavu a stavové rovnice ideálního plynu je vyhodnocován
pouze čistý vývin tepla měrná tepla respektují vliv teploty a složení palivové
směsi (l, EGR, vlhkost, typ paliva) Takováto analýza slouží k posouzení
vlivu širokého spektra proměnných /zatížení, otáčky, směšovací poměr, předstih
zážehu, tvar spalovacího prostoru, druh paliva, vliv reziduí …../. Vliv
těchto proměnných se odráží na vyhodnocovaných ukazatelích, takže je možné
lépe pochopit vzájemné souvislosti procesů. Je možné vyhodnocovat buď jednotlivé
cykly, což je obzvláště nutné při indikování přechodových stavů, nebo cykly
zprůměrované. Algoritmy sami napřed data vhodnými způsoby vyhladí a vyfiltrují
před následným zpracováním, takže o toto se operátor nemusí starat. Jsou
použity osvědčené techniky používané u AVL. V současné době jsou vyhodnocovány
následující závislosti, které mají vždy v sobě zahrnuty příslušné číselné
údaje výše uvedených ukazatelů spalovacího cyklu: 1. p – a 6. Q – a 2. p
- V 7. T – a 3. dp/da – a 8. T – S 4. logp – logV 9. n – a 5. dQ/da -a

   

Základní technická data měřicího systému:

  • Počet vstupních kanálů : 4, 8, 12 (8, 16)

  • Kapacita paměti : 1048576 hodnot pro každý blok 4 (8) kanálů (pro systém
    s kartou PCL1800 není tato hranice omezující, poněvadž je zde realizován zápis
    naměřených dat přímo do RAM počítače)

  • Vzorkovací frekvence : 137Hz¸1MHz pro jeden blok kanálů (mezní vzorkovací
    frekvence odpovídá možnostem měření do otáček 4200 min-1 na jednom bloku čtyř
    kanálů současně při vzorkování 0.1° )

  • Úhlové rozlišení : 0.1/0.2/0.5/1/2° otočení kliky

  • Vstupy-napěťové rozsahy : +/-2.5, +/-5, +/-10, 0¸5, 0¸10 V

  • Vzorkování : externí/interní

  • Převod A/D : 12 bit

  • Přesnost A/D : 0.025 %

  • Výstup : grafická forma nebo textové soubory ASCII

  • Verifikace TDC : pomocí analýzy kompresních tlaků či externího snímače TDC

  • Referenční tlak : drift na úrovni referenčního tlaku minimalizován pomocí rozboru kompresních tlaků nebo uživatelem zadanou
    hodnotou možnost vyrovnání na zadaný exponent polytropy.

Systém má kompletní grafický interface s ergonomickým ovládáním (uživatelsky přátelský)