Устройство для регистрации параметров в цилиндре поршневой машины

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕгаСТРАТЩИ ПАРАМЕТРОВ В ЦИЛИНДРЕ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ , содержащее датчик давления,, усилитель, первое и второе перемножающие устройства, функ1щональный генератор положения поршня, потенциометр и регистрирующий прибор, причем функциональный генератор соединен с первым перемножающим устройстBOMj датчик давления через усилитель и первое перемножающее устройство связан с регистрирую1щм прибором, с которым соединено второе перемножакщее устройство , отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьгаения точности, устройство дополнительно содержит датчик температуры газа во впускном коллекторе, датчик положения впускного клапана и электронный ключ, причем, датчик температуры газа во впускном коллекторе соединен с вторым перемножаюп м устройством, включенным в связь первого перемножающего устройства с регистрирующим прибором, датчик положения впускного § клапана подключен к управляющему вхо (Л ду электронного ключа, вход которого связан с выходом усилителя, a выход с управлякщим входом потенциометра, и последний включен в связь усилите- Q ля с первым перемножающим устройством 1С to ;о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ

РЕСПУБЛИК зЮ G 01 И 23/00

\. . (1

t. з

t.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3630572/25-06 (22) 05.08.83 (46) 07. 11.84. Бюл.141 (72) Ю.А.Иагнитский, В.Д.Карминский, В.В.Черников и Н.В.Бельдий (71) Ростовский на-Дону институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621, 43. 001. 5 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2609366/25-06, кл. С 01 И 15/00, 1982. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ПАРАИЕТРОВ В ЦИЛИНДРЕ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ, содержащее датчик давления,. усилитель, первое и второе перемножающие устройства, функциональный генератор положения поршня, потенциометр и регистрирующий прибор, причем функциональный генератор соединен с первым перемножающим устройством, датчик давления через усилитель,Я0„„1122913 А и первое перемножающее устройство связан с регистрирующим прибором, с которым соединено второе перемножающее устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расшИрения функцио.нальных воэможностей и повышения точности, устройство дополнительно содержит датчик температуры газа во впускном коллекторе, датчик положения впускного клапана и электронный ключ, причем, датчик температуры газа во впускном коллекторе соединен с вторым перемножающим устройством, включенным в связь первого перемножающего устройства с регистрирующим прибором, датчик положения впускного Я клапана подключен к управляющему входу электронного ключа, вход которого связан с выходом усилителя, а выход— с управляющим входом потенциометра, и последний включен в связь усилите- Я ля с первым перемножающим устройством I 122

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров, а именно температуры в цилиндре поршневой машины.

Известно устройство для регистрации параметров в цилиндре поршневой машины, содержащее датчик давления, усилитель, первое и второе перемножающие устройства, функциональный генератор положения поршня, потенциометр и регистратор, причем функциональный генератор соединен с первым перемножающим устройством, датчик давления через усилитель и первое пе-, 15 ремножающее устройство связан с регистрирующим прибором, с которым соединено второе перемножающее устройство. Устройство включает в себя датчик давления, установленный в цилиндре поршневой машины, усилитель, дифференцирующую цепочку, первую и вторую перемножающие схемы, первый и второй резисторы, осциллограф (регистрирующий прибор), функцио- 25 нальный генератор сигналов положения поршня, первый и второй потенциометры, причем, осциллограф связан параллельно с первой перемножающей схемой через первый резистор и со второй перемножающей схемой через второй резистор, датчик через усилитель подключен к первой перемножающей схеме непосредственно и ко второй схеме — через дифференцирую35 щую цепочку, а функциональный генератор соединен с первой перемножающей схемой через потенциометр, а. со второй перемножающей схемой— через второй потенциометр 1 .

Однако известное устройство не может быть применено для регистрации температуры в цилиндре поршневой машины, так как не учитывает начальные параметры состояния газа и их изменения, в зависимости от режима работы поршневой машины, а выполнение функциональных связей конструктивных элементов не позволяет получать в конечном результате функции, про50 порциональной температуре газа в цилиндре.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, расширение области применения устройст- 55 ва, повышение точности измерения и увеличение функциональных возможностей устройства.

913 т

Указанная цель достигается тем, что устройство для регистрации параметров в цилиндре поршневой машины, содержащее датчик . давления, усилитель, первое и второе перемножающие устройства, функциональный генератор положения поршня, потенциометр и регистрирующий прибор, причем функциональный генератор соединен с первым перемножающим устройством, датчик давления через усилитель и первое перемножающее устройство связан с регистрирующим прибором, с которым соединено второе перемножающее устройство, дополнительно содержит датчик температуры газа во впускном коллекторе, датчик положения впускного клапана и электронный ключ, причем, датчик температуры газа во впускном коллекторе соединен с вторым перемножающим устройством, включенным в связь первого перемножающего устройства .с регистрирующим прибором, датчик положения впускного клапана подключен к управляющему входу электронного ключа, вход которого связан с выходом усилителя, а выход— с управляющим входом потенциометра, и последний включен в связь усилителя с первым перемножающим устройством.

На чертеже схематично изображено предложенное устройство.

На цилиндре двигателя 1 установлен датчик 2 давления. Вырабатываемый датчиком 2 электрический сигнал усиливается усилителем 3 и подается через автоматический потенциометр 4 на первое перемножающее устройство 5. С валом двигателя жестко связано устройство 6 (генератор функции si ) вырабатывающее сигнал в виде sin с, который поступает на вход функционального генератора положения поршня. Функциональный генератор 7 положения поршня состоит иэ известных интегральных схем на операционных усилителях. Сигнал с функционального генератора 7 подается на второй вход первого перемножающего устройства 5. Выход первого перемножающего устройства

5 связан со входом второго перемножающего устройства 8. Второй вход второго перемножающего устройства связан с датчиком температуры во впускном коллекторе 9. Выход второго пере11229 ма в- м

Р =ePT PV=МРТ

30 где I — не нты, М !.

МсмМ =IСм Но (31 40 или

T PV Pa IiAa т РЯ R

ы ы ы

45 откуда вен з множающего устройства 8 связан с регистрирующим прибором 10 (например, осциллограф). Задатчик автоматического потенциометра 4 связан с выходом усилителя 3 через электронный ключ 11, 5 управляющий вход которого связан с датчиком 12 положения впускного клапана 13.

Работа устройства основана на следующих п оложениях. 10

Известно уравнение состояния газа где P — - давление газа, Ч вЂ” объем газа, 15

М вЂ” масса газа, Т вЂ” температура газа, к - газовая постоянная для 1 кг. газа.

Запишем уравнение (1) для газа 20 в цилиндре поршневой машины в момент начала сжатия

25 где индексы а относятся к условиям начала сжатия.

Уравнение (1) будет справедливо для любого текущего состояния газа в цилиндре поршневой машины. Тогда

P — давление газа в цилиндре:

Ч вЂ” объем газа в цилиндре;

M — - масса газа в цилиндре, Т вЂ” температура газа в цилиндре, R — - газовая постоянная газа для 1 кг.

Разделим уравнение (1) на уравнение (2) РУ Ro Ma

7= T — — — (Ф1.

ap1 R

Отношение М /М на участке и сжатие-сгорание-расширения, т.е. от . момента закрытия впускного клапана (начало сжатия) до момента открытия 55 выпускного клапана (конец расширения) можно принять равным единице (клапаны закрыты). отношение а tR тоже можно принять равным единице, так как оно будет меняться только в период сгорания и на незначительную величину. Например, R для чистого воздуха можно вычислить

1 где МР— универсальная газовая поспостоянная, равная

8314- ——

Дж кмольК

Ц вЂ” молекулярная масса воздуха, равная ?8,96 кг/кмоль, R = -- — =287 ——

8314 Лж в

29,96 кг.к

Для продуктов сгорания нефтяного топлива обычно даются следующие объемные соотношения. гH 0=0,123, t > =0,585

Но известной формуле: объемная доля i --го компомолекулярная масса i-ro компонента, молекулярная масса смеси продуктов сгорания.

+г М +т М +t М„=

Н0 СО2 СО, О„о, =О, 123 ° 18+0, 136.44+0, 156 32+0,585 28=

=29,32 кг кмоль

Ма 8314 Дж

Откуда а = — = — — =281 см

Мсм 29,32 кг.к

Если значение R принять как среднее арифметическое от ав и Rz < то принятое значение будет отличаться от действительного не более чем на 17., Объем газов в цилиндре V pai/=Ч +Ч =V + — (1-coзd+ — 51 d

3(2 5 (с Ь с 4 2 2

1122913 где Чс — объем камеры сжатия, V, — действит.объем.

3 — диаметр цилиндра, 5 (> ° гл1 5 — 1-соЫ+ — 51п 0 (- смещение поршня

2 от верхней мертвой точки при данном угле поворота кривошипа 0(После преобразований!

Vb/ к .21 Чс 1

V=V + 1-005 Ы,+ — SiA о()=Ч вЂ” +- я с г 2 / hЧ 1 . 2 1 Ч 1/ 15 х 1 0050(+ — 510 С

2 1 1 Ч -Ч

0 С (1 г

+ 5in Ы

20 где Ч1, — рабочий объем цилиндра, Ч, — полный объем цилиндра, Получаем

+ I=c050f+ 51п Ц, 1 с 2

%(Е-1 2 1 2 где Е = Ч (Чс — степень сжатия.

Определим отношение

V -с )(— i-(s-совЫ+ — с с сс ) (—

1 1 Л . г

Л ы с f1 2 2 I| Ч

1- — ) (— — 1-0050f+ = Si A С(./)=

K)(Е-1 2 2 )

Х â€” + — (1-C05OL+ — 5i> С(, Г1 1/

2 г

После преобразований получим

Ч «Е-1 ГЕ 1 .2 g .2

1-5itl С(+25Ь О(. (), Подставляя выражение (5) в формулу (4) и учитывая ранее сделанные 45 выводы получаем

7=T ((— 1-sin of+ — siii 4 ° (Ч

ГЕ-1 /Е+1, 2 1, 2 Р,„(ге Е1 г

На основании полученной формулы (6) возможна регистрация температуры в цилиндре поршневой машины по углу поворота коленчатого вала. Эта регистрация будет объективна на участ- 55 ках сжатия, сгорания и расширения, т.е. при закрытых газообменных устройствах (клапанах).

Сигнал давления газа в цилиндре

1 датчиком 2 преобразуется в электрический аналог, который усиливается в усилителе 3 и поступает на вход автоматического потенциометра 4.

В момент закрытия впускного клапана

13 (начало сжатия) датчик положения впускного клапана 12 подает управляющий сигнал на электронный ключ 11, замыкая его на короткое время. В этот момент электрический сигнал с выхода усилителя 3 проходит через электрический ключ 11 и поступает на вход задатчика автоматического потенциометра 4. Сигнал от усилителя

3 делится в автоматическом потенциометре 4 на величину пропорциональную заданному сигналу Р, постоянную на время одного цикла (до начала следующего цикла ежатия). С выхода автоматического потенциометра 4 сигнал пропорциональный отношению Р(Р поступает на вход первого перемножающе! го устройства 5. Одновременно, генератор б сигнала пропорционального функции 51Пгс4 подает сигнал на вход функционального генератора положения поршня 7, в котором происходит формирование функции

Е-1 Е+1,2 1 . 2 1

1-5in Of+ — xiii С )

2Е Е 1 2 откуда сигнал, пропорциональный данной функции поступает на второй вход первого перемножающего устройства 5. На выходе первого перемножающего устройства 5 получается сигнал, пропорциональный величине

P f-1 (+1 . 2 . 2

Р 2Е Е-1 — — 1 Sih Of+ 5 п который подается на вход второго перемножающего устройства 8. На второй вход второго перемножающего устройства 8 подается сигнал, пропорциональный температуре Т в начале сжатия от датчика температуры во впускном коллекторе 9. На выходе из второго перемножающего устройства 8 получаем сигнал, пропорциональный величине

Т вЂ” " — (1-Sill 0 + — SiA Of

z Е- - .«у который подается на вход регистрирующего прибора 10.

Ожидаемый от использования устройства технико-экономический эффект

1122913

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Л. Лосева Техред Ж.Кастелевич Корректор М Демчик

Заказ 8128/34 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 заключается в ускорении процессов доводки новых образцов двигателя на заводах, в совершенствовании процессов наладки эксплуатируеяых

ДВС, так как использование устройст-. 5 ва но сравнению с базовым — малоинерционной термопарой, ведет к повышению точности измерения и обеспечению возможности испытаний двигателей при различных климатических условиях и на различных режимах работы. Кроме того, срок службы термопары в условиях высоких температур в цилиндре двигателя внутреннего сгорания не превышает 2,0-2,5 час, в то время как средний срок службы датчика давления, ограничивающего ресурс предлагаемого устройства, составляет

25,0-30,0 час непрерывной работы, благодаря возможности охлаждения его чувствительного элемента без искажения характеристик.