Ваше благополучие зависит от ваших собственных решений.

Джон Дэвисон Рокфеллер

Меню сайта
Финансы
Доставка из Китая
Пенсионное страхование
Политика
Новости
Реклама
Облако Тегов
Архив
Реклама
Вести экономика

Датчик тиску в циліндрі

  1. Принцип роботи п'єзоелектричного датчика тиску в циліндрі
  2. Вибір місця монтажу датчика тиску в циліндрі
  3. Підтвердження правильності вибору місця монтажу датчика тиску в циліндрі

Для аналізу процесів, що відбуваються в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння, потрібні датчики тиску з високими технічними характеристиками по лінійності, частотній характеристиці, стійкості до теплового впливу. Порівняльні дослідження датчиків тиску в циліндрі, доступні в кінці 60-х років ХХ століття, показали, що ті з них, в яких в якості вимірювальних елементів використовувалися п'єзоелектричні кристали, забезпечували кращу стійкість до теплових впливів, ніж ті, в яких використовувалися тензодатчики. У підсумку, п'єзоелектричні датчики стали використовуватися для вимірювання тиску всередині циліндрів, а тензодатчики (з металевими або п'єзорезистивного елементами) - здебільшого при вимірах з помірними вимогами по стійкості до теплового впливу, наприклад, в топливопроводах високого тиску і у впускних колекторах.

П'єзоелектричні датчики здатні задовольнити високі вимоги по частотній характеристиці і лінійності в широкому діапазоні тисків. У той же час, основним недоліком їх використання є нестабільність точки відліку і малий рівень вихідного сигналу.

Принцип роботи п'єзоелектричного датчика тиску в циліндрі

Принцип роботи п'єзоелектричного датчика тиску в циліндрі показаний на малюнку 1. Швидкість зміни тиску (dP / dt) на діафрагму датчика через проміжні елементи передається на п'єзоелектричний кристал, викликаючи його деформацію зі швидкістю dε / dt. Внаслідок п'єзоелектричного ефекту, ця деформація поляризує заряд q в електроді датчика, що призводить до виникнення електричного струму i, що створює вихідний сигнал датчика:

де G s - чутливість датчика (посилення).

При вимірах тиску всередині циліндра, датчик піддається впливу нестаціонарних теплових потоків, які обумовлюють безперервна зміна температури. Ці зміни температури змінюють чутливість п'єзоелектричного елемента і призводять до теплових ударів (термошоку), що впливає на діафрагму і корпус датчика. Термошоку створюють імпульси сили, що впливають на елемент датчика і вносять додаткові спотворення в сигнал, який забезпечувався б датчиком. Похибка, обумовлена ​​цими ефектами, отримала назву дрейфу температури.

Зазвичай дрейф температури поділяють на дві компоненти. Перша компонента, відповідна змін теплового потоку, що відбувається в кожному циклі, отримала назву короткочасного дрейфу або термошоку. Другий компонент, що відповідає повільним змінам температури датчика внаслідок зміни умов роботи двигуна, отримала назву дрейфу зміни навантаження або довготривалого дрейфу.

Зазвичай для сигналу датчика довготривалий дрейф обумовлює тільки повільну нестабільність точки відліку. Ступінь впливу довготривалого дрейфу і контроль в цьому випадку залежать від обраної схеми поляризації датчика.

Малюнок 1. П'єзоелектричний датчик тиску в циліндрі.

Вплив короткочасного дрейфу, в свою чергу, визначається частотою виникнення відповідного явища. Різкі короткочасні дрейф, що виникають, наприклад, в умовах роботи, в яких датчик може отримати непереборні пошкодження, можуть створювати значення тиску нижче атмосферного в кінці процесу розширення. При більш помірних рівнях, однак, присутність короткочасного дрейфу не може бути ідентифіковано за показаннями. Це призводить до того, що показання тиску будуть вище реального тиску в циліндрі протягом згоряння, і нижче реального тиску протягом решти фази розширення. Хоча сучасні п'єзоелектричні датчики тиску в циліндрі сконструйовані так, що ефекти короткочасного дрейфу зведені до мінімуму, необхідно враховувати, що їх інтенсивність сильно залежить від теплового навантаження в місці розташування датчика. На цю теплове навантаження впливає інтенсивність потоків протягом процесу газообміну, яка характеризується аппроксимацией струменя палива (жиклера) в дизельному двигуні або аппроксимацией передній кордону полум'я в двигуні з іскровим запалюванням. Отже, оцінка частоти появи термошоку в місці розташування датчика в кожному конкретному випадку - це хороший метод отримання точних вимірювань.

Вибір місця монтажу датчика тиску в циліндрі

При виборі місця, в якому буде змонтований датчик, пріоритет слід віддати добре охолоджується областям головки і уникати термошоку, які можуть привести до деформації корпусу датчика. Діафрагма датчика повинна бути позиціонуватися відповідно до рекомендацій виробника (зазвичай з зазором від 1,5 до 3,0 мм від внутрішньої поверхні головки). Датчик тиску в циліндрі з функцією водяного охолодження забезпечують чудове посилення (підвищений відношення сигнал / шум), лінійність і термостійкість (в порівнянні з неохолоджуваними малогабаритними датчиками) і повинні вибиратися в першу чергу, коли в голівці достатньо місця для їх розміщення. Канали, які з'єднують камеру згоряння з порожниною, в якій знаходиться діафрагма датчика, можуть переходити в режим акустичного резонансу, генеруючи коливання тиску, що призводять до похибок вимірювання, які, в свою чергу, роблять невірними індіціруемие оцінки термодинамічних параметрів і енергії, що звільняється при згорянні. Тому використання цих параметрів (в типовому випадку, коли датчик вбудований в свічку запалювання) рекомендується тільки для ідентифікації аномального згоряння в двигунах з іскровим запалюванням.

Вимірювання тиску всередині циліндра дизельних двигунів з прямим уприскуванням палива (direct injection, DI) вимагають більш ретельного підходу внаслідок більшого коефіцієнта стиснення і особливої ​​форми камери згоряння. У таких двигунах, коли поршень знаходиться поблизу ВМТ, приблизно 90% маси робочої рідини знаходиться всередині чашки циліндра, в області над порожниною. Тиск цієї порції маси визначається середнім тиском циліндра. Інша частина маси заповнює зазори між поршнем і головкою, а також між поршнем і гільзою циліндра; її тиск може створювати коливання амплітудою до 10 бар, обумовлені турбулентністю потоку всередині циліндра і акустичними явищами при згорянні. Отже, датчик повинен бути розміщений в точці, з якої може бути доступно тиск маси над чашкою циліндра. І нарешті, важливо відзначити, що при виборі точки монтажу датчика, необхідно уникати ударів струменя палива в діафрагму датчика.

Підтвердження правильності вибору місця монтажу датчика тиску в циліндрі

Щоб проілюструвати процедуру підтвердження правильності вибору місця монтажу датчика, розглянемо в якості прикладу випадок швидкого прямого вприскування палива в дизельному двигуні з трьома клапанами в кожному циліндрі, в якому індіціруемие вимірювання проводилися за допомогою неохолоджуваного датчика, змонтованого вище чашки циліндра в місці розташування свічки запалювання (див . рисунок 2).

Метод дозволяє перевірити наявність короткочасного дрейфу шляхом поцікловой порівняння змін показань тиску всередині циліндра в задані моменти робочого циклу. Наявність певної кількості змін є нормальним явищем і обумовлено випадкової природою процесу згоряння, при якому всі цикли трохи відрізняються один від одного (в одних і тих же умовах роботи). Ці зміни від циклу до циклу призводять до змін теплового навантаження, що діє на датчик і, коли трапляється короткочасний дрейф, то він також призводить до змін чутливості датчика, що збільшує розкид показань тиску.

Щоб застосувати метод розглянемо дві точки протягом циклу, позначені як C1 і B2. Перша точка знаходиться на початку процесу всмоктування, вона характеризує момент, коли датчик тиску в циліндрі знаходиться під впливом теплових навантажень згоряння. Друга точка знаходиться на ході стиснення, тобто обрана відразу після газообміну, протягом якого датчик охолоджується. Таким чином, якщо відбувається короткочасний дрейф, він створює в точці C1 більший розкид показань, ніж в точці B2. На малюнку 4 показані девіації тиску від середнього значення вибірки для 56 послідовних циклів. Відповідно до описаним вище, короткочасні дрейф приведуть до більшого розкиду точок вздовж осі х, ніж уздовж осі у. Однак, точки на цьому малюнку розподілені рівномірно щодо осей; це свідчить про те, що короткочасний дрейф в даному прикладі тривіальний. Розкид точок щодо діагоналі графіка дозволяє судити про повторюваності експерименту. Режим, показаний на малюнку 4, характеризується хорошою повторюваністю.

Малюнок 2. Місце монтажу датчика тиску

Малюнок 3. Девіація показань тиску щодо середнього значення вибірки. Точка C1: 145 градусів ca після компресії TDC. Точка B2: 80 градусів ca перед компресією TDC.

У випадках з великим короткочасним дрейфом рекомендується монтувати датчик через адаптер, що усуває прямий контакт датчика з газами циліндра щоб уникнути локального нагріву компонентів датчика, головним чином, його діафрагми. Інше рішення полягає в установці датчика в поглибленні за допомогою вимірювального каналу. Однак, використання такої процедури монтажу може привести до похибок, обумовленим коливаннями потоку в каналі.

Фахівці БЛМ Сінержі мають великий досвід в підборі датчиків тиску в циліндрі під різні види двигунів і вимірювань, і завжди будуть раді провести консультацію і підбір датчиків під завдання Замовника.

Профиль
Реклама
Деловой календарь
Реклама
   
p329249_energy © 2016