Устройство для регистрации параметров в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности, к устройствам измерения и регистрации параметров рабочего процесса ДВС. Целью изобретения является повышение точности измерения параметров рабочего процесса ДВС. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство, содержащее датчик 1 давления, установленный в цилиндре 2 двигателя, усилитель 3, автоматические потенциометры 4 и 9,перемножающие устройства 5 и 6, регистратор 7, функциональный генератор 8 положения поршня, датчик 10 положения впускного клапана 11, электронные ключи 12 и 13, датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе, дополнительно снабжено третьим электронным ключом 14, управляемым фильтром 16 низких частот, датчиком 17 начала воспламенения смеси, RS-триггером 18, генератором 19 функции скорости звука, схемой 10 деления и задатчиком 21 величины диаметра цилиндра. Работа устройства основывается на определении температуры газа в цилиндре ДВС по измеренным параметрам давления газа в цилиндре и температуры воздуха во впускном коллекторе с учетом положения впускного клапана (начала сжатия) и угла поворота коленчатого вала. При этом давление газа измеряется с учетом возникающих в процессе сгорания звуковых колебаний газа путем фильтрации сигнала датчика давления по частоте. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСА ЬЛИН (g1)5 С 01 М 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1М Е,!;:

ГОсудАРстВеннь1Й НОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4608328/25-06 (22) 23.11.88 (46) 23.10.90. Вюл. Р 39 (71) Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В,В. Черников, Ю.А. Магнитский и С.В. Стрельников (53) 621.43-001.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1359703, кл. С 01 М 15/00, 1986. ! (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к устройствам измерения и регистрации параметров рабочего процесса ДКС. Целью изобрете- ния является повьш ение точности измерения параметров рабочего процесса ДВС. Поставленная цель до% стигается за счет того, что устройство, содержащее датчик 1 давления, установленный в гщлиндре 2 двигателя, усилитель 3, автоматичес„,ЯО„„1601540 А 1

2 кие нотенциометры 4 и 9, перемножаю-.. щи е ус т ройс тв а 5 и 6, р егис трат ор 7, функциональный генератор 8 положения поршня, датчик 10 положения впускного клапана 11, электронные ключи 12 и 13, датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе, дополнительно снабжено третьим электронным ключом 14, управляемым фильтром 16 низких частот, датчиком 1-7 начала воспламенения смеси, RS-триггером 18, генератором l9 функции скорости звука, схемой 20 деления и задатчиком

21 величины диаметра цилиндра. Работа устройства основывается на определении температуры rasa в цилиндре й2

ДВС по измеренным параметрам давления газа в цилиндре и температуры воздуха во впускном коллекторе с -учетом по- ложения впускного клапана (начала сжатия) и угла поворота коленчатого вала. При этом давление газа измеряется с учетом возникающих в процессе в сгорания звуковых колебаний rasa путем фильтрации сигнала датчика давления по частоте. 2 з,п. ф-лы, 3 ил.

1601540

Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к устройствам измерения и р егис трации параметров пр оцесса, и может быть использовано для диагностики и испытаний ДБС.

Целью изобретения является повышение точности измерения параметров рабочего процесса ДВС.

На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — схема функционального генератора положения порш ня; на фиг. 3 — схема электронного ключа.

15

Устройство содержит датчик 1 давления, установленный в цилиндре :;2 ДВС, усилитель 3, первый автоматический потенциометр 4, первое 5 и второе 6 перемножающие устройства, 20 регистратор 7, функциональный генератор 8 положения поршня, второй автоматический потенциометр 9, датчик 10 положения впускного клапана

11, первый 12, второй 13 и третий 25

14 электронные ключи, датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе, управляемый фильтр 16 низких частот, датчик 17 начала воспламенения смеси, RS-триггер 18, генера- 30 тор 19 функции скорости звука, схему

20 деления и задатчик 21 величины диаметра цилиндра..

Датчик 1 давления, установленныи в цилиндре 2 ДВС, через усилитель 3 связан с первым входом управляемого фильтра 16 низких частот и вторым входом третьего электронного ключа

14, первый вход которого подключен к выходу управляемого фильтра 16 низких частот. Выход третьего электронного ключа 14 через первый автоматический потенциометр 4 и последовательно включенные первое 5 и вто- . рое 6 перемножающие устройства свя- 45 зан с регистратором 7 и генератором

19 функции скорости звука. Выход ключа 14 также соединен с сигнальным входом первого электронного ключа 12.

Сигнальный вход второго электронного ключа 13 соединен с выходом функционального генератора 8 положения поршня в цилиндре. Выход функционального генератора 8 подключен также к первому входу второго автоматического по55 тенцисметра 9, второй вход которого соединен с выходом электронного ключа 13, Выход автоматического потенциометра 9 соединен с вторым входом перво "с перемножлющего устройства 5, Управляющие входы электронных ключей

12 и 13 связаны с выходом датчика 10 положения впускного клапана, а управляющий вход третьего электронного ключа 14 соединен с выходом триггера

1 8, Р- и S-входы которого подключены соответственно к выходам датчика 10 положения впускного клапана и датчика 17 начала воспламенения смеси.

Датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе подключен к второму входу второго перемножающего устройства 6. Генератор 19 функции скорости звука и задатчик 21 величины диаметра цилиндра соединены с соответствующими входами схемы 20 деления, выход которой подключен к второму входу управляемого фильтра 16.

Функциональный генератор 8 положения поршня в цилиндре содержит связанный с валом двигателя генератор 22 функции sing, схему 23 возведения в квадрат, схему 24 дифференцирования, схему 25 умножения на постоянный коэффициент, задатчик 26 постоянной величины, сумматор 27 с тремя входами. К первому входу сумматора 27 подключен задатчик 26, к второму — схема 24 дифференцирования, вход которой соединен с выходом генератора 22 функции sin< третий вход сумматора 27 через схемы умножения 25 и дифференцирования 23 связан с выходом генератора 22. Выход сумматора 27 совмещен с выходом функционального генератора,8, Первый 4 и второй 9 автоматические потенциометры содержат резистор

28, компаратор 29 напряжения, схему

30 выборки-хранения и схему 31 деления. Первый вход автоматического потенциометра совмещен с первым входом схемы 31 деления, а второй вход— с первым входом схемы 30 выборкихранения и первым входом компаратора

29 напряжения, а также через резистор

28 связан с корпусом потенциометра.

Выход компаратора 29 соединен с вторым входом схемы 30 выборки-хранения, выход которой подключен к второму входу схемы 31 деления. Выход последней совмещен с выходом автоматического потенциометра.

Работа устройства основывается на определении температуры газа в цилиндре ДВС косвенным образом, а именно по измеренным параметрам давления газа

1601540

PV = ИЕТ, где Р— давление газа в цилиндре;

7 — объем газа в цилиндре;

М вЂ” масса газа в цилиндре;

Т вЂ” температура газа в цилиндре;

R — газовая постоянная для 1 кг газа.

Тогда уравнение (3) для газа в цилиндре поршневой машины в момент начала сжатия запишется в виде . Р v, = м Р т, (4) . 3= где Ъ вЂ” объем газа в цилиндре в момент начала действительного сжатия, т.е..в момент закрытия впускного клапана (индекс а .относится к условиям качала сжатия).

После деления уравнения (3) на уравнение (4) можно выразить температуру газа следующим образом:

Р V R„М,, (5)

0 Р 79 Г И

Отклонение И /М на участке сжатиеС сгорание-расширение можно принять равным единице {клапаны закрыты) .

Отклонение R /Г также можно npual нять равным единице, так как оно меняется только в период сгорания и на незначительную величину +0,2Х. в цилиндре и температуры воздуха во впускном коллекторе с учетом положения впускного клапана (начала сжатия) и угла поворота коленчатого вала. При этом давление rasa в цилиндре измеряется с учетом возникающих в пРоцессе сгорания звуковых колебаний газа путем компенсации вызываемых иьи искажений. Корркктировка выпол- няется по частоте колебаний сигнала датчика давления газа постановкой управляемого фильтра низких частот.

Определение частоты колебаний газа в цилиндре возможно по соотношению (1) а

2d где а — скорость звука в газовой среде;

d — диаметр цилиндра.

Скорость звука с достаточной точностью (1,0X) аппроксимируется функцией температуры t газа в цилиндре а = 6,00 ° t + 274,0. (2)

Определение текущих значений температуры газа в цилиндре основано на решении уравнения состояния газа вида (3) Объем газов в цилиндре равен

1" 2 = V e — (1 — cos d e — ° sin 8) с 2 2

S t Q2Я Я

V + - - -(1 — cosg e — зЫМ,) с 4 2 2.. где 7 — объем камеры сгорания, 7 — рабочий объем цилиндра;

"п

9 — диаметр цилиндра; — полный ход поршня, 9 — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

Ы вЂ” угол поворота кривошипа;

-- (1 — c os g e —, s in g) — смещение

2 2 и ор шня о т ВИТ при данном угле поворота кривошипа.

20 Учитывая, что V<= V -f, где Е действительная степень сжатия, и

Vp

v-=v -v- — =E, а СУ V э

C . где : — геометрическая степень сжа25 тия;

V — полный объем цилиндра, отношение V/V по формуле (5) опредеЛ ляется следующим образом:

Ч

V, + > (1 — cos k e - sin 4)

ЗО уФ с

После преобразований получают

V Я-1 Fe1 1 (— — — cos oC e — s in2о(.),,(6)

V 2Я Я 1 2

По определению действительной степени сжатия ! Vï ф ь

V + — (1 .— cosa + - зз.n a)

2 2

Г (7)

4О Vc где — угол начала действительного сжатия, т.е. угол закрытия впускного клапана.

После преобразований формулы (7)

Е -1 +1 Я . — (— — —,cosg + — sin2g ) (8)

2 -1 2

Подставляя (8) в (6) имеют

E+1 1

50 (- — — — cos

U E -1 2

Ч

V Е+! а с E-1 (- — - coso(e — sin Ы

Я-1 2 - +1 A — — — cosg + — sin /

55 „ ° (9)

cask + —. s in 0K

F-1 2

После подстанбвки (9) в (S) с учетом указанного получают 601540

Е+1

P Я-1

«Р К+1

Р-1

cos + — sin g

2 (10) Ъ

cosg + — sining, 2

Я+1 -1 2 — — — cosg + — $1П2Ы величине +1 A — — — СОМ + — sin20L

E-1 2

Р

Ра

Я+1 9 — со Ы + — s in g

Я-1 2

На основании формулы (10) возможна регистрация температуры газа в цилиндре ДВС.

Устройство работает следующим образом.

Давление газа в цилиндре 2 датчиком 1 преобразуется в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на второй вход третьего электронного ключа 14, а также на вход управляемого фильтра 16 низких частот, выход которого связан с первым входом третьего электронного ключа 14. В момент закрытия впускного клапана 11 сигнал с датчика 10 пЬложения клапана проходит на вход

R триггера 18 и устанавливает его . в. состояние "О". Выход триггера связан с управляющим входом третьего электронного ключа 14. В этом состоянии второй вход третьего электронного ключа 14 замкнут на его выход, сигнал с которого поступает на вход первого автоматического потенциометра 4.

Одновременно с этим функциональный генератор 8 положения поршня формирует функцию вида

6+1 % — — — с оз + — s in g, Я-1 2

Сигнал, пропорциональный данной функции, поступает на вход второго автоматического потенциометра 9.

В; момент закрытия впускного клапана

11 датчик 10 положения впускного клапана подает управляющий сигнал на первый 12 и второй 13 электронные ключи, замыкая их. В этот момент электрический сигнал.с выхода третье.— . го электронного ключа 14 поступает на второй вход первого автоматического потенциометра 4 через первый электронный ключ 12, а сигнал с выхода генератора 8 положения поршня проходит через второй электронный ключ 13 и поступает на второй вход второго автоматического потенциометра 9. Входной сигнал делится в первом автоматическом потенциометре 4 на величину, пропорциональную сигналу P постоянную на время одного цикла (до начала следующего сжатия), а сигнал от генератора 8 положения поршня делится во втором автоматичес. KoM IIoTàíöèoìåòðå 9 на величину, пропорциональную отношени;: также постоянную на время одного цикла. С выхода первого автоматического потенциометра 4 сигнал, пропорциональный отношению Р/Р, поступает на первый вход первого перемножающего устройства 5, а с выхода второго автоматического потенциометра

9 сигнал, пропорциональный отношению

15 Е+1 fA -1 2

--- — соз Ы+ — hin20C

Я+1 A соЫ + sin I

Я-1 2 поступает на второй вход первого перемножающего устройства 5; На выходе первого перемножающего устройства 5 получается сигнал, пропорциональный который подается на первый вход втоЗО рого перемножающего устройства 6. На второй вход второго перемножающего устройства 6 подается сигнал, пропорциональный температуре Т в начале сжатия, от датчика 15 температуры газа во впускном коллекторе. На выхо35 де второго перемножающего устройства 6 получают сигнал, пропорциональный ( величине +1 — созе + — sin /

Р E-1 2

Т а P a+1 rh <

40 — — — со s о + — з in of

Я-1 2 который подается на вход регистра 7, а также на вход генератора 19 функции а = Г(Т), где а — скорость звука в цилиндре. С выхода этого генератора сигнал, пропорциональный данной функции, поступает на первый вход схемы 20 деления. На второй вход этой схемы подается сигнал с задатчика 21, пропорциональный величине

2d, где d — диаметр цилиндра. Таким образом, на выходе схемы 20 .деления формируеrcs сигнал, пропорциональный а — который воздействует на вто2d рой управляющий вход управляемого фильтра 16 нижних частот.

1601540

В момент начала сгорания сигнал с датчика 17 начала сгорания проходит на S-вход триггера 18 переводя его в состоянтте "1" ° При этом сигнал логической "1" поступает с выхода триггера 18 на управляющий вход третьег6 электронного ключа 14. При этом сигнал с выхода управляемого фильтра проходит через замкнутый с выходом первый вход третьего электронного ключа 14 на вход первого автоматического потенциометра 4. Тем самым выполняется фильтрация сигнала дат.чика 1 давления.

Вал двигателя жестко связан с генератором 22 функции sin ю, определенным образом ориентирован относительно него. Генератор 22 может представлять собой синхронную машину переменного тока или дифференциальный преобразователь линейных помещений. Сигнал с генератора 22, пропорциональный sin g, поступает на вход схемы 23, а также на вход схемы 25

24 дифференцирования. На выходе схемы 23 получают сигнал вида sin 2 а на выходе схемы 24 — соя о (так как

C+1 г — — — созОС + — sin2Ix! э -1 2 который одновременно является сигналом с выхода функционального генератора 8 положения поршня.

Автоматические потенциометры 4 и 9 работают следующим образом.

При поступлении сигнала на второй вход срабатывает компаратор 29 напряжения и фронтом своего выходного сигнала кратковременно переводит схему 30 выборки-хранения в сос—

55 — — — = cosg) . Выход схемы 24 связан

ds hQ

dd 30

-непосредственно с одним из входов сумматора 27, выход схемы 23- с друi гим входом сумматора 27 через схему .25 умножения на постоянный коэффициент †.

Таким образом, на выходе схемы 25 получают сигнал вида

Я

s1пгЫ

2 40 поступающий на вход сумматора 27.

На сумматор 27 подается также сигнал +1 вида 1 с задатчика 26 постоянной величины. После преобразований на вы- 45 ходе сумматора 27 имеется сигнал вида тояние "Выборка". При этом происходит запоьатнание электронного потенциала на информативном входе схемы 30. Резистор 28 необходим для надежного закрывания компаратора 29 в момент времени, когда источник сигнала, поступающий на второй вход, имеет высокий импедакс. На выходе схемы 30, таким образом, присутствует сигнал Р (для потенциометра 4) либо V (для а потенциометра 9), постоянный на время цикла, На этот сигнал в схеме 31 делится сигнал, поступающий на первый вход. Результат (Р/Ра или V/V ) снимается с выхода автоматического пот епциометра .

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации параметров в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные датчик давления, усилитель, первый автоматический потенциометр, первое и второе перемножающее устройства и регистратор, последовательно соединенные функциональный генератор положения поршня и второй автоматический потенциометр, датчик положения впускного канала, связанный с управляющими входами первого и второго электронных ключей, подключенных соответственно к вторым входам первого и второго автоматических потенциометров, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, связанный с вторым входом второго перемножающего устройства, причем выход функционального генератора соединен с сигнальным входом второго электронного ключа, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы, устройство дополнительно содержит уттравляемый фильтр, низких частот с двумя входами, третий электронный ключ с тремя входами и общим выходом, датчик начала воспламенения смеси, RS-триггер, I генератор функции скорости звука, схему деления с двумя входами и задатчик величины диаметра цилиндра, причем управляемый фильтр низких частот и третий электронный ключ соединены последовательно и включены в связь усилителя с первым автоматическим потенциометром, второй вход третьего электронного ключа соединен с выходом усилителя, а третий вход—

1601540

12 с выходом RS-триггера, R-вход которОго подключен к выходу датчика положения впускного клапана, а S-вход— к выходу датчика начала воспламенения смеси, выход третьего электронного ключа соединен также с сигнальным вкодом первого электронного ключа, первый вход схемы деления через генератор функции скорости звука подключен к выходу второго переключающего

I устройства, второй вход схемы деления связан с выходом задатчика величИны диаметра цилиндра, а выход схемы деления подключен к второму входу управляемого фильтра низких частот.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч;: а ю щ е е с я тем, что функциональАЖ генератор положения поршня выполнен в виде генератора функции 20

АРЫК, связанного с валом двигателя, схемы возведения в квадрат и схемы р ифференцирования, подключенных к. выходу генератора функции sinot., схемы умножения на постоянный коэффици- 25

1 ент, задатчика постоянной величины

Й сумматора с тремя входами, подключенными соответственно к задатчику постоянной величины, схеме дифференцирования и через схему умножения на постоянный коэффициент к схеме возведения в квадрат.

3. Устройство по п, 1, о т л и ч ающе ес я тем, что первыйи второй автоматические потенциометры выполнены в виде расположенных в корпусе резистора, компаратора напряжения с двумя входами, схемы выборки-хранения и схемы деЛения, причем первый вход схемы деления совмещен с первым входом автоматического потенциометра, первый вход схемы выборки-хранения совмещен с первым входом компаратора напряжения и вторым . входом автоматического потенциометра, а также через резистор связан с корпусом, выход схемы выборки-хранения соединен с вторым входом схемы деления, второй вход компаратора напряжения связан с корпусом, а выход схемы. деления совмещен с выходом автоматического потенциометра.

1601540

ФигЗ

С оста вит ель М . .Горохов

Техред М.Дидык Корректор Т. Малец

Редактор И.. Шулла

Заказ 3267 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101