Устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

 

Союз Советскил

Социапистическик

Республик

О П И С А Н И Е <п>1оо2в5о

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АЙ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Sl ) Дополнительное к авт. свид-ву з (22) За леио13.10.81 (21) 3347095125 06 (51) M. КЛ. с присоединением заявки №

G 01 L 23/00

Гесударатванвй кемлтет

СССР ло делам лзавретеккв и открытий . (23) Приоритет

Опубликовано 07,03.83. Бюллетень ¹ g

Дата опубликования описания 07.03.83 (53) УДК621 43 .001.5 (088.8),l

В. С. Овчинников

/ ., Е -,-7.. Р е, : . . . 4 4.!ц

Калининградский технический институт рыбной пр и хозяйства (72) Автор изобретения (7I) Заявитель о (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОЧЕГО:

HPOIIECCA В БИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к средствам контроля параметров поршневых машин и может быть использовано на транспорте или в других отраслях народного хозяйства, где используются двигатели внутреннего сгорания.

Известны устройства для контроля рабочего процесса в шцптндре двигателя, содержашие датчики угла поворота коленчатого вала верхней мертвой точки и нижней мертвой гочки (BNT) и (НМТ) с формирователями импульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубку с переменным р зистором и генератором развертки, счетчик и пень измерения, выполненную в виде датчика давления, усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтра нижних частот и индика гора, соединенных последовательно, причем, выход формироватьля импульсов датчика угла поворота коленчатого вала связан через широтноимпульсный модулятор с амплитудным

2 модулятором, выходы формирователей импульсов датчиков BNl и НМТ связаны с входами электронного переключателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена на выходе усилителя Г1 g.

Недостатком этого устройства являет. ся отсутствие воэможности крупномасштабного просмотра отдельных участков индикаторной диаграммы, что снижает функциональные возможности устройства.

Белью изобретения является расширени функциональных воэможностей устройства путем крупномасштабного просмотра отдельных участков индикаторной диаграммы. що Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре, преимушественно двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчики угла поворота коленча1002850 подсоединен непосредственно и через иивертор 11 к электронному переключателю 12> выход которого через фильтр нижних частот 13 соединен с индикатьром 14. Выход формирователя 6 подсоединен к одному из входов элемента И 15 и через широтно-импульсный модулятор 16 к управляющему входу модулятора 9. К второму входу элемента И 15 подключен выход триггера 17, один вход которого с управляющим входом электронного переключателя 12, второй управляющий вход которого соединен с формирователем 7.

Выход элемента.И 15 подсоединен к счетному входу счетчика 18, выполненного в виде делителя частоты с переменным коэффициентом счета, который устанавливается с помощью последовательно соединенного со счетчиком задатчика 19.

20 Выход счетчика 18 подсоединен к входу сброса в ноль» этого же счетчика, к второму входу триггера 17 и через формирователь синхроимпульсов 20 — к входу генератора 21 развертки, выход

S . .которого подсоединен к пластинам горизонтального отклонения электроннолучевой трубки 10 через переменный резистор 22, выполняющий функцию регулятора усиления по горизонтали. р Датчики 3, 4 и 5 могут быть выполнены, например, в виде жестко закрепленного на валу двигателя диска с прорезями и установленных по разные стороны диска осветителя (электрическая лампочка, светодиод и др.) и фотодиодов.

Счетчик 18 предназначен для деления входных импульсов в заданное число раз и может быть выполнен, например, на интегральных микросхемах типа К155ИЕ8.

Задатчик 19 предназначен для установки требуемого коэффициента пересчета счеъчика 18 и может быть выполнен, например, в виде переключателя, коммутирующего обратные связи счетчика 18.

В основу вычисления среднего индикаторного давления Р; положена известная рабочая формула

3. ра нижних частот и индикатора, соединен- 10

15 того вала; верхней мертвой точки и нижней мертвой точки с формирователями импульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубку с перьменным резистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, выполненную в виде датчика давления, усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтных последовательно, причем выход формирователя импульсов датчика угла поворота коленчатого вала связан через широтно-импульсный модулятор с амплитудным модулятором, выходы формирова телей импульсов датчиков ВМТ и НМТ связаны с входами электронного перекпю чателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена на выходе усилителя, дополнительно включены формирователь синхроимпульсов, задатчик, схема И и триггер, а счетчик выполнен в виде делителя частоты с пеюеменным коэффициентом счета, причем задатчик через делитель частоты и фо >мирователь синхроимпульсов связан с генератором развертки, выход делителя частоты соединен с его входом сброс в ноль и входом триггера, соединенного другим входом с выходом формироват ля импульсов датчика НМТ, а выходомс входом схемы И, подключенной другими входом и выходам соответственно к формирователю импульсов датчика угла поворота коленчатого вала и счетному входу делителя частоты.

На фиг. 1 представлена функциональ, ная схема устройства для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя, на фиг. 2 - диаграммы, ноясняющие работу устройства до воздействия импуль са мертвой точки; на фиг. 3 — то же, после воздействия импульса мертвой точки»

Устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя содержит датчик l давления, подсоединенный к усилителю, 2, датчик 3 угла поворота коленчатого вала двигателя, датчик 4

ВМТ и датчик 5 НМТ. Выходы датчиков

3, 4 и 5 подсоединены соответственно к формирователям импульсов 6, 7 и 8.

Выход усилителя 2 подключен к амплитудному модулятору 9 и к пластинам вертикального отклонения электроннолучевой трубки 10. Выход модулятора 9

-JI где Р(9) - текущее давление газов в цилиндре двигателя;

)" () =Sfп Рt 2 Ип 2 Ч Функцня1 связываю»

Л щая смещение поршня от верхней мертвой точки с углом Ч поворота коленчатого вала двигателя.

5 1002

В функциональной зависимости р (4 величина есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

При работе двигателя текущее давление газов в цилиндре двигателя Р(Ч ) пре.образуется датчиком 1 в пропорциональный давлению электирический сигнал, который поступает в усилитель 2, где усиливается до необходимой величины. Форма этого напряжения за один период показана íà !0 фиг. 2 а.

С выхода усилителя 2 напряжение ви« да Р(г) поступает на вход амплитудного модулятора 9 и на пластины вертикального отклонения электроннолучевой труб- 15 ки 10. Одновременно, вращаясь, вал двигателя наводит -в датчике 3 серию импульсов, соответствующих конкретным положениям вала. Эти импульсы поступают на вход формирователя 6, где 20 приводятся к одной определенной длител

l ности и далее поступают на вход широтноимпульсного модулятора 16. Выходные сигналы формирователя 6 и широтно-импульсного модулятора.. 16 показаны соот- 25 ветственно на фиг. 2 б и в. Как видно, на каждый входной импульс широтно-импульсный модулятор 16 генерирует такой выходной импульс, который по длительности (широте) отображает значение функ-З0 ции р.(Ч), показанной на фиг. 2а, в данный момент. Таким образом, датчик 3 в совокупности с формирователем 6 и muротко-импульсным модулятором 3:6 выполняют функцию функционального преобразо35 вания угла поворота. Импульсы широтноимпульсного модулятора 16 воздействуют на амплитудный модулятор 9 — электронный ключ, который замыкается пропор- . ционально их длительности. В результате на выходе амплитудного модулятора 9 сигнал P(г> оказывается промодулирован импульсами р.(Ч). Выходной сигнал мо. дулятора 9 показан на фиг. 2е. Видно, что каждый импульс является произведе нкем Р(Ч ) на р.(Ч) в конкретный мс» мент времени, т.е. отображает удельное значение давления Р(Ч). йля нахождения величины Р; необходимо разделить импульсы на такты сжа .50 тия и расширения. Это осушествляется следующим образом.

С приходом импульса нижней мертвой точки (фиг. 2г),. сформированного формировагелем 8 изсигнала пагчика 5, элекг-." ронный переключатель 12 подключает к входу фильтра 13 нижних частот нивертор 11, который передает сигнал Р() с обратным знаком. С приходом имлуль859 6 са верхней мертвой точки (фиг. 2д) от датчика 4 электронный переключатель 12 отключает от фильтра 13 нижних частот инвертор 11 и непосредственно подключает выход амплитудного модулятора 9;

Таким образом, инвертор 11 подключаеъся только в период от — Ti до О, как пока зано на фиг. 2з, .и сигнал на входе фильтра нижних частот 13 имеет вид, как показано на фиг. 2ж. В результате интегрирования входных импульсов фильтром 13 нижних частот напряжение на его выходе отображает разницу работы давления за такты сжатия и расширения, т.е. среднее индикаторное давление, и может регистрироваться индикатором 14. Выбрав постоянную фильтра 13 нижних частот достаточно большой, можно производить усреднение по ряду последовательных циклов.

Как уже указывалось, на пластины вертикального отклонения трубки 10 постоянно подается напряжение с выхо да усилителя 2, и если начало развертки луча совпадает с нижней мертвой точкой, то индикаторная диаграмма наб людается полностью. Для просмотра же какого-либо отдельного участка индикаторной диаграммы, очевидно, необходимо, чтобы начало развертки луча совпадало с началом исследуемой части индикаторной диаграммы,, В устройстве это осушествляется следуюшим образом.

При установке с помощью задатчика

19 коэффициента пересчета счетчика 18 равным единице, импульс нижней мертвой точки с формирователя 8 переключит триггер 17 в единичное состояние, в результате чего на его выходе появись ся потенциал, который открывает элемент И 15.и первый же импульс с формирователя 6 поступит в делитель частоты и счетчик 18 и далее íà его выход.

Этот импульс, пройдя формирование в формирователе 20 синхроимпульсов, запускает генератор 21, развертки, а также, попадая на вход сброса, устанавливает счетчик 18-делитель частоты в нулевое соотояние и переключает триггер 17. В результате потенциал на выходе триггера 17 пропадает, элемент И 15 закрывается и импульсы с датчика 3 не поступают на вход счетчика 18. B этом случае начало развертки совпадает с НМТ и индикаторная диаграмма наблюдается полностью.

При установке коэффициента счета счетчика 18 более единицы работа устройства происходит следующим абра.зом.

7 1002В89 8 импульса НМТ ли, в первом случае можно более деталь7 аналогячно рассмот но наблюдать угол опережения подачи топ ными заключается в том, что включение

После воздействия (фиг. За) триггер 1 ренному выше процессу переключается в единичное состояние и íà его выходе появляется потенциал (фиг. Зб), которйй открывает элемент И 15 и сигналы ут,ловых положений вала с датчика 3 (фиг. Зв) после формирования в формирователе 6 поступают на счетный вход счетчика 18.

После подсчета определенного количес и,ва импульсов (фиг. Зг), что устанавливается задатчиком 19, на выходе счетчика 18 появится импульс (фиг. Зд) который формируется в формирователе 20 синхроимпульсов в виде синхроимпульса (фиг. Зе) и запускает генератор 21 развертки (фиг. Зж)„, Одновременно выходной импульс счетчика 18 устанавливает его в нулевое состояние и переклю чает триггер 17 (фиг. Зб), который 20 закрывает элемент И 15 и импульсы с формирователя 6 не поступают на вход счетчика 18 (фиг. Зг). После следуюшего импульса с датчика 5 описанный выше процесс повторяется. Таким образом, Ю начало развертки луча электроннолуче

: вой трубки 10 оказывается сдвинутым коэффициентом счета счетчика 18 оч посительно нижней мертвой точки на угол Ч °, определяемый коэффициентом 30 счета счетчика 18.

Поскольку входные импульсы счетчика

18 определяются углом поворота коленчатого вала, то начало развертки также можно устанавливать на TQM или ином 3$ угле поворота коленчатого вала, в зависимости от коэффициента счета счетчи.ка 18 делителя частоты с переменным коэффициентом счета. >

Рассмотрим работу запуска луча электроннолучевой трубки 10 более подробно. Установим, например, с помощью задатчика 19 коэффициент счета, равный

64. Тогда при переходе триггера 17 в единичное состояние импульсы, наводимые, и вращении вала в датчике 3, пройдя цепь формирователя 6 и элемент И 15, поступают на счетный вход счетчика 18.

Если импульсы следую например, через

2, на выходе счетчика 18 появится импульс при угле 2 х 64 = 128о, 16 который после формирования в формирователе 20 синхроимпульса осуществляет запуск луча электроннолучевой трубки 10.

При установке коэффициента счета раиным, например, 92, запуск луча осуществляет 3 ся уже при угле 2 х 92 = 184о.

Таким образом, регулируя с помощью резистора 22 размах луча по горизонтапива, а во втором - процесс сгорания в районе ВМТ.

Предлагаемая схема развертки луча электроннолучевой трубки 10 выгодно отличается от прототипа, поскольку позволяет при исследовании рабочего процес» са или в процессе регулировки двигателя устанавливать. начало развертки в лк ! бой момент рабочего цикйа, что дает возможность более детально изучить те или иные участки индикаторной диаграммы, т.е. как бы "вырывать" отдельные части кривой давления в цилиндре и рассматривать их в бопее крупном масштабе. Таким образом, динамические характеристики рабочего процесса, как, например, период задержки самовоспламенения, скорость нарастания давления, угол достижения максимального давления сгорания и др. можно измерить с более высокой точ ностью, чем в прототипе за счет измерений в более крупном масштабе необходимых участков индикаторной диаграммы °

Техническое преимущество предлагаемого изобретения в сравнении с известв схему устройства управляемого счетчика с цепями управления, которые при современном уровне развития микроэлект» роники можно выполнить на 2-3 .корпусах интегральных микросхем и одном переключателе, т.е. весьма с малыми затратами, значительно расширяет функциональные

I возможности устройства. Это, в конечном счете, выражается в повышении качества обслуживания двигателя, улучшая его эффективность эксплуатации.

Формула изобретенич

Устройство для контроля рабочего процесса а цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчики угла . поворота коленчатого вала, верхней мерт-. вой точки и нижней мертвой точки с формирователями импульсов, широтно-импульсныйй модулятор, электроннолучевую трубку с переменным резистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, выполненную в виде датчика давления,, усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключатля, фильтра нижних частот и индикатора, соединенных последовательно, причем выход формирователя импульсов датчика

9 1002 угла поворота коленчатого вала связан через широтно-импульсный модулятор с амплитудным модулятором, выходы формирователей импульсов датчиков верх ней мертвой точки и нижней мертвой тощщ связаны с входами электронного переключателя, амплитудный модулятор доцопнительно связан с электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена 16 на выходе усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем организации крупномасштабного просмотра любого участка диаграммы, в устройст- 15 во дополнительно включены формирователь синхроимнульсов, задатчик, схема . И и триггер, а счетчик выполнен в виде

859 10 делителя частоты с переменным коэффициентом счета, причем задатчик через делитель частоты и формирователь сикх роимпульсов связан с генератором развертки, выход делителя частоты с его, входом сброс в ноль и входом триг гера, соединенного другим входом с выходом формирователя импульсов датчика нижней мертвой точки, а выходом с входом схемы И, подключенной другими входом и выходом соответственно к формирователю импульсов датчика угла поворота коленчатого вала и счетному входу делителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 558190, кл. 4 01 f 23/00,1975

1002859

1002859

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор А. Шандор Техред О.Неце Корректор И. Шулла

Заказ 1533/21 . Тираж 871 Подписное

ВНИ (ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4