187888. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés belsőégésű motorok kopogásintenzításának meghatározására
1 187 888 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés belsőégésű motorok kopogásintenzitásának meghatárcT zására. A találmány szerinti eljárásban a belsőégésű motorban az üzemanyag detonációs, közismert néven kopogásos (Klopf, Spark Knock) égése miatt létrejövő gáznyomás megzavarásokat észleljük, és az észleléssel nyert jeleket feldolgozzuk. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés belsőégésű motorhoz csatlakoztatott nyomásérzékelőt és nyomásérzékelő kimenő jeleit feldolgozó egységeket tartalmaz. A találmány szerinti eljárás és kapcsolási elrendezés segítségével a belsőégésű motorokban lejátszódó kopogásos égési folyamatok követhetők, és intenzitásuk jól értékelhetővé válik. A belsőégésű motorok fejlesztésének egyik legbonyolultabb problémája a tüzelőanyag és a tüzelőanyag elégetési feltételeinek megválasztása. A mérnöki gyakorlat az elmúlt évtizedekben számos kérdést már empirikus úton jobban-rosszabbul megoldott, de különösen a detonációs égés alapvető fizikai és kémiai folyamatainak részletei változatlanul kevéssé feltártak. Számos olyan következtetést vontak le, amelyek megalapozottságát, indokoltságát a tapasztalat nem látszik egyértelműen bizonyítani. A belsőégésű motorokban a tüzelőanyag elégetését az eddigi gyakorlat szerint oly módon kellett biztosítani, hogy az elégetés során detonációs jellegű égési folyamat ne alakulhasson ki. A detonációs égés, amelyet a köztudat és a szakma kopogásnak nevez, a szakmai meggyőződés szerint egyértelműen káros: rongálja a dugattyút, a hengerfejet, a hengertömítíjst, csökkenti a motor élettartamát, a hőterlielés növelésével a kenőanyag eljcoszosodását, a motoralkatrészek növekvő mértékű fáradásos igénybevételét és így fáradásos törését okozza. Ezért arra törekedtek, hogy a motorban megteremtsék a kopogásmentes égés feltételeit, bár éppen a turbofeltöltéses motorok példája bizonyítja, hogy a kopogás egy meghatározott szintig eltűrhető, sőt esetleg hasznos is lehet, mert az égés tömegsebességét az égés utolsó fázisában növeli. A kopogásmentesség tehát nem lehet abszolút követelmény, mindenkor meg kell vizsgálni, hogy a kopogás milyen határig fogadható el. Ez annál is fontosabb, mivel a tüzelőanyag megfelelő minőségének kiválasztása komoly energiamegtakarítások forrása lehet: a magasabb üzemanyagminoség előállítása fokozottan energiaigényes és lényeges többletköltséggel jár, a belsőégésű motor szempontjából a tényleges igények ismeretének hiányában a benzinminőség túlbiztosítása (oktánsr.ám „elajándékozás”) szükségtelen. A kopogás vizsgálatára ismeretesek szubjektív, az emberi hallásra épülő és objektív módszerek. Az ún. nyomkopogási küszöbszint megállapításánál a szubjektív módszereket általában az ismert objektív módszerekkel egyenrangúaknak tartják, alapjuk a hallással érzékelt hangjemnségek intenzitásának osztályozása. Az objektív módszerek ismert változatainak jellegzetes példáit a Snam f'ygetti olasz cég által kifejlesztett érzékelők jelentik. Ezek többek között a 169 612 és a 170 892 1. sz. magyar szabadalmi leírásokból ismerhetők meg. Ezek az eszközök a belsőégésű motorokban bekövetkező kopogás érzékelésére a motor rezgéseit felvevő és a rezgéseket analizáló egységeket tartalmaznak. A rezgéseket felvevő eszköz általában a hengerfej szorítócsavarjára illesztett, ■vagy a belsőégésű motor külső elemeivel (például hengerfejjel) valamilyen módon kapcsolatba hozott gyorsuíásmérő. Ismeretes piezoelektromos érzékelők alkalmazása is a henger belső terében az égés során bekövetkező nyomásváltozások követésére. Erre alkalmas érzékelőt ír le például a 3 020 763 sz. USA szabadalmi leírás. Az érzékelők kimenőjelét analóg módon dolgozzák fel. Az analóg feldolgozás hátránya, hogy nem nyújt kimerítően elemezhető, feldolgozható képet a vizsgált folyamatról, és a statisztikai értékelés is csak részleges lehet. Találmányunk célja a kopogás vizsgálatát jellemző hiányosságok megszüntetése, a vizsgálati eredmények megalapozottságának, megbízhatóságának javítása. Felismertük, hogy a kopogás összetett folyamatának és a motorra gyakorolt hatásának sokoldalú elemzésére nem elegendő egyetlen vagy néhány kiragadott kopogási jelenség szubjektív vagy analóg jelfeldolgozással biztosított vizsgálata, hanem biztosítani kell a változás hoszszabb időtartamot felölelő követését. Erre a korszerű elçktronikus áramköri eszközök minden lehetőséget megadnak. Találmányunk feladata a fenti felismerés hasznosításával olyan eljárás és kapcsolási elrendezés létrehozása, amelyek révén a kopogásos égés rendkívül összetett folyamatai elemezhetők és az elemzés alapján további, a motor minőségére és az üzemanyag alkalmasságára vonatkozó megalapozott következtetések vonhatók le. Felismerésünk alapján belsőégésű motorok kopogásintenzitásának meghatározására eljárást dolgoztunk ki, amikor is a belsőégésű motor belső állapotában a tüzelőanyag elégetése következtében bekövetkező állapotváltozásokat, különösen rezgéseket vagy a belső tér gáznyomás változásait észleljük és az észleléssel, nyert jelek alapján kopogásintenzitásra jellemző értéket állapítunk meg. A találmány szerint az észleléssel nyert jelek csúcshelyeit, azaz a nyomási alapfázist kiszűrjük, a jelek csúcshelyeit követő változásokat, a kopogást nyomástranzienseket meghatározott időközönként letapogatjuk, mintavételezzük, a letapogatással mért digitalizált értékeket időbeni sorrendben tároljuk, a letapogatást legalább 100 csúcshely után elvégezzük, és a tárolt adatokból ismert módon a jellemző érték megállapítására statisztikai elemzést végzünk. A találmány szerinti eljárást előnyösen mintegy 1000 csúcshely környezet letapogatásával foganatosítjuk. Az említett eljárás az ismert belsőégésű motorok esetében általában 30 másodpercen belül tartó vizsgálati, tehát letapogatásos mintavételezési ciklust jelent. Ennyi idő alatt általában legkevesebb 500 csúcshely adatai gyűjthetők össze, és így statisztikai elemzéshez megbízható adathalmaz gyűlik fel. A vizsgálat mind stacioner, mind instacioner motorüzemben végrehajtható. Ugyancsak a kitűzött feladat megoldására kapcsolási elrendezést is létrehoztunk, amelynek a belsőégésű motorhoz illesztett érzőkelője, az érzékelővel kapcsolt első leválasztó erősítője és a leválasztó erősítő kimenő jelét feldolgozó jelátalakító egysége van, és a találmány szerint a jelátalakító egység aluláteresztő szűrőből, differenciátorból és AGC áramkörből, komparátorból és monostabil multivibrátorból felépülő első soros tagot, ezzel párhuzamosan kapcsolt, felüláteresztő szűrőből, második leválasztó erősítőből, analóg kapcsolóból és harmadik leválasztó erősítőből álló második soros tagot tartalmaz, ahol a monostabil multivibrátor indító jelet továbbító kimenettel rendelkezik, illetve az analóg kapcsolóval van összekötve, míg a harmadik leválasztó erősítő, valamint a monostabil multivibrátor indítójele jelfeldolgozó egységre van vezetve. Előnyösen a differen-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
