Устройство для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

 

Устройство содержит датчик 2 давления, датчики 3 и 4 температуры газа и стенки цилиндра, усилители сигналов 5, 9 и 17, дифференцирующие цепочки 7 и 11. перемножающие схемы 6, 8, 12 и 15, сравнивающий блок 14, функциональный генератор, выполненный в виде двух магнитных барабанов 19 и 20, жестко связанных с коленчатым валом двигателя, потенциометры 18, 21, 22, резисторы 13, 16, 23. 24 и осциллограф 10. Устройство позволяет повысить точность измерений путем учета потерь теплоты в окружающую среду и потерь теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания. 1 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (у)з 6 01 М 15/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕД(ГМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,О (21) 4924335/06 (22) 02.04.91 (46) 15.05.93. Бюл. N 18 (71) Вологодский политехнический институт (72) Г.И.Шаров, С,6.Ябко и А.В.Лученко (56) Дьяченко Н.Х., Пугачев Б.П., Русинов

P.В. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1974. 552 с. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

КРИВОЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Устройство содержит датчик 2 давления, датчики 3 и 4 температуры газа и стенки

„„59„„1815606 А1 цилиндра, усилители сигналов 5, 9 и 17, дифференцирующие цепочки 7 и 11, перемножающие схемы 6, 8, 12 и 15, сравнивающий блок 14, функциональный генератор, выполненный в видедвух магнитных барабанов 19 и 20, жестко связанных с коленчатым валом двигателя, потенциометры 18, 21, 22, резисторы 13, 16, 23, 24 и осциллограф 10. Устройство позволяет повысить точность измерений путем учета потерь теплоты в окружающую среду и потерь теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания. 1 ил.

1815606

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации тепловыделения в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, 5

Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно, учет потерь теплоты в охлаждающую среду и потерь теплоты в следствии диссоциаии продуктов сгорания и путем этого повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутрен- . него сгорания, содержащие датчик давления, усилитель, дифференцирующую цепочку, первую и вторую перемножающие схемы, первый и второй резисторы, первый и второй потенциометры, осциллограф и функциональный генератор сигналов поло- 2О жения поршня, причем осциллограф параллельно соединен с первой перемножающей схемой через первый резистор и с второй перемножающей схемой через второй резистор, датчик через усилитель подключен к первой перемножающей схеме непосредственно и ко второй схеме — через дифференцирующую цепочку, а функциональный генератор выполнен в виде первого и второго магнитных барабанов, причем одноименные потенциометры включены в связи соответствующих барабанов с перемножающими схемами, дополнительно включены датчики температуры стенок цилиндра, установленного на стенке цилиндра и датчик З5

-температуры газа, установленного в цилиндре двигателя, датчик температуры стенки последовательно соединен с вторым магнитным барабаном через последовательно соединенные и дополнительно установлен- 4О ные усилитель, сравнивающий блок, перемножающую схему и потенциометр, а датчик температуры газа снабжен усилителем электрического сигнала, один выход которого соединен с входом осциллографа 45 через дополнительно установленные дифференцирующую цепочку, перемножающу.:. схему и резистор, а второй выход усилителя соединен с входом осциллографа через сравнивающий блок, перемножающую схему и дополнительный резистор. Сопоставительный анализ с прототипом показывают, что заявляемое устройство отличается тем, что в нем учитывается потеря теплоты вследствие теплопередачи в охлаждающую среду и потеря теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания.

Уравнение первого закона термодина."мики для процессов, не сопровождаюгцихг я химическими реакциями имеют вид.

dq = dU + PdV ° d q (g) ° dqg, (1) dU =CvdT= Р, dT= 1Р— ", - . (г), де R — газовая постоянная;

К вЂ” показатель адиабаты.

О-нося уравнение (1) к изменению угла поворота кривошипа двигателя и с учетом уравнения(2), получаем: — = Гч +kp )+

Да k — 1 1 да ба

1 d Qй) + 1 d Од.н.

M ба М оа где М вЂ” масса газа в цилиндре;

V — объем цилиндра при повороте кривошипа на угол.

С учетом того, что Q = qM, получим

d Q(g) d Од.н. оа da (4) Для центрального кривошипно-шатунного механизма изменения обьема цилиндра связано с узлом поворота кривошипа уравнением

dV = FR(sin а + — sin2 а )d а, (5)

Л .2 где F — площадь поршня;

R — радиус кривошипа;

Л вЂ” отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Объем цилиндра при данном угле поворога кривошипа описываегся уравнением где дя — элементарное количество тепла, отнесенное к 1 кг рабочего тела.

dU — соответствующее изменение внутренней энергии;

Р— давление;

dV — соответствующее изменение удельного объема;

d q сд- потеря теплоты в следствие теплопередачи в охлаждающую среду; бцд.„— потеря теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания и от недогорания.

Изменение внутренней энергии может быть представлено в виде

1815606

V= FR(1 — cos а + — sin а ) (6)

Л

При определении скорости потерь энергии вследствие теплопередачи от газов к стенкам Ilo формуле 5 дОщ Fx б (Т )3600 6n где Fx — текущая поверхность теплообмена между газом и стенками цилиндра;

T co — средняя температура стенок со стороны газов;

Т вЂ” температура газа; а г — коэффициент теплопередачи от газов к стенкам;

n — частота вращения коленчатого вала.

Площадь теплообмена между газом и стенками цилиндра при данном угле поворота кривошипа описывается уравнением

F>= л DR(1 — cosa + — з!п а ) (8)

Л

2 где 0 — диаметр цилиндра;

R — радиус кривошипа.

Тогда уравнение (7) с учетом (8) перепишется

30 О (1 — asm+>яггa}

aa (О1 } жю 6п (9) 35

Величина потерь теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания может быть определена по формуле

dQnH. dT

da da (10) dQ FR — K — l (КР(Мп а + 2 sln2 а ) 50

Л

+(1 -cos а+ — sin а) )+

Л г dТ

2 da

zr DR(1 — c0s a +" Л sin2 a }

3600 . 6 и

А 1т ба где А — коэффициент пропорциональности, характеризующий физико-химические свойства топлива. 45

Представляя уравнение (5), (6) и (9) в уравнение (4), получим

На основании полученной формулы возможно регистрация кривой тепловыделения по углу поворота коленчатого вала. А составляющая этого уравнения а,(Т вЂ” Т и ) кDR(1 — cosа+ — sin а

Л г

2 + dT

3600 бп da позволяет учитывать потери теплоты в Охлаждающую среду и потери теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания. Эта регистрация объективна на участке такта сжатия, так как только в этом случае показатель адиабаты К изменяется незначительно и это изменение слабо сказывается на получен н ых резул ьтатах.(1).

Сказанное выше поясняется чергежом, на котором представлена схема устройства для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

Устройство содержит цилиндр двигателя 1 на котором установлены датчики давления, датчик 3 температуры газа и датчик 4 температуры стенок со стороны газов. Датчик 2 давления через усилитель 5 подключен к первой перемножающей схеме 6 непосредственно и ко второй схеме 8 — через дифференцирующую цепочку 7; Датчик температуры газа 3 снабжен усилителем 9, один выход которого соединен с входом осциллографа 10 через дифференцирующую цепочку 11, перемножающую схему 12 и резистор

13, а второй выход соединен с входом осциллографа через сравнивающий блок 14. перемножающую схему 15 и резистор 16.

Датчик 4 температуры стенки последовательно соединен через усилитель 13, сравнивающий блок 14, перемножающую схему

15 и потенциометр 18, в который вводится

a„xD R постоянный коэффициент 3600 6 с

3600 б и вторым магнитным барабаном 19 функционального генератора. Функциональный генератор выполнен в виде двух магнитных барабанов жестко связанных с валом двигателя и на которых записаны функции р 1(а )= sin а + — sin а

Л г

2 и уг(а)=1 — cos а + — sin а

Л

2 первый магнитный барабан 20 связан с помощью первого потенциометра 21, s который вводится постоянно коэффициент

FR с вторым входом перемножаю1815606 щей схеме 6 и второй магнитный барабан 19 связан с помощью потенциометра 22 в который вводится постоянный коэффициент

FR с вторым входом перемножающей схемы

8 и через потенциометр 18 с перемножающей схемой 15. Осциллограф 10 параллельно соединен с перемножающей схемой 8 через резистор 23, с перемножающей схемой 6 через резистор 24, с перемножающей схемой 12 через резистор 13 и с перемножающей схемой 15 через резистор 16.

Дифференцирующие цепочки и перемножающие схемы могут быть легко реализованы на операционных усилителях типа 1

УТ 401.

Устройство работает следующим образом.

Одновременно датчик давления 2 и датчики температуры 3 и 4 генерируют сигналы.

Сигнал давления газа, в цилиндре, датчиком

2 поевращается в электрический аналог i =

Р (и ), который усиливается в усилители 5 и поступает на вход первой перемножающей схемы поступает с первого магнитного барабана 20 сигнал р 1(a )=sin a + — sin а

2 умноженный с помощью первого потенциометра 21 на коэффициент.

Таким образом, с выхода перемножающей схеме 6 на резистор 24 поступает сигнал k „FRP (з1п a+ 2 з1п 2a) )

k Л

Одновременно сигнал давления поступает на вход дифференцирующей цепочки 7, затем на вторую перемножающую схему 8 и через резистор 23 попадает на осциллограф

10. При этом на схему поступает также сигнал — FR(1 — cosa+ — sin а) k Л

k — 1 2 от второго потенциометра 22 И второго барабана 19. который выдает сигнал

p z(а ) = 1- cosa+ — -sin а)

Л

Сигнал температуры газа в цилиндре, датчиком 3 превращается в электрический аналог 1 = Т(a ), который усиливается в усилителе 9 и поступает на сравнивающий блок 14. На который также идет сигнал от датчика температуры стенки 4, превращенный им в электрический аналог i = Т (а ) и усиленный усилителем 17.

С сравнивающего блока 14 разница двух сигналов (T — Т м ) поступает на вход третьей перемножающей схемы 15. На второй вход схемы 15 поступает от второго маг5 нитного барабана 19 сигнал у 2(а )=1 — cos а + — sin а

Л г

10 умноженный с помощью потенциометра 18 а,л Ой а эффиц е 3600. 6

Таким образом, с выхода перемножающей схемы 15 на резистор 16 поступает сиг15 нал

3600 6 п

20 (1 — cos а+ — sin а )

Л

Одновременно сигнал температуры газа поступает на вход дифференцирующей

25 цепочки 11, затем умноженный с помощью перемножающей схемы 12 на коэффициент

А через резистор 13 попадает на осциллограф. Таким образом, на осциллограф поступает сигнал

FR 2

К вЂ” 1 (KP(sin а + — з!и а )+(1—

cos а + — sin а) )+

Л 2 dP

2 da

+а (Т вЂ” Т в)

zDR(1 — cosa+ — sin а)

Л г

2 dT

3600 . б и da по которому производится регистрация кривой тепловыделения в цилиндре ДВС.

Для того, чтобы определить параметры характеристики тепловыделения необходимо произвести инициирование двигателя с последующей обработкой индикаторной диаграммы на характеристику тепловыделения. Предлагаемое устройство для определения параметров характеристик тепловыделения непосредственно на работающем двигателе производят снизить трудоемкость работ по определению параметров характеристики тепловыделения примерно в 10 раз, что позволяетопера55 тивно получать информацию о влиянии режима работы двигателя на параметры характеристик тепловыделения, таким образом использование заявляемого изобретения позволит существенно (не менее чем в 10 раз) снизить трудоемкость ра1И 5506

Составитель Г.Шаров

Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Редактор

Заказ 1634 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 бот, а точность измерения, позволит улучшить доводку рабочего процесса двигателя по топливной экономичнсоти, уровню шумности от рабочего процесса и по уровню дымности отработавших газов.

Формула изобретения

Устройство для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. содержащее датчик давления, усилитель, дифференцирующую цепочку, две перемножающие схемы, два резистора, два потенциометра, осциллограф и функциональный генератор сигналов положения поршня, причем осциллограф соединен с первой перемножающей схемой через первый резистор и с второй перемножающей схемой через второй резистор, датчик давления подключен к первой перемножающей схеме через усилитель и ко второй перемножающей схеме — через усилитель и дифференцирующую цепочку, а функциональный генератор выполнен в виде двух магнитных барабанов, причем потенциометры включены между барабанами и перемножающими схемами, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрации путем учета потерь теплоты в охлаждающуюся среду и потерь теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания, устройство дополнительно снабжено датчиком температуры стенок цилиндра, датчиком температуры газа, 5 установленным в цилиндре двигателя, двумя дополнительными усилителями, блоком сравнения, двумя дополнительными перемножающими схемами, третьим потенциометром, дополнительной диффе ренцирующей цепью

10 и двумя дополнительными резисторами, причем датчик температуры стенки соединен с одним из магнитных барабанов через последовательно соединенные первый дополнительный усилитель, сравнивающий блок, 15 первую дополнительную перемножающую схему и третий потенциометр, датчик температуры газа соединен с входом второго дополнительного усилителя, один выход которого подключен к входу осциллогра20 фа через последовательно соединенные дополнительную дифференцирующую цепочку, вторую дополнительную перемножающую схему и первый дополнительный резистор, другой выход

25 подключен к входу осциллографа через сравнивающий блок, первую дополнительную перемножающую схему и второй до пол нител ьн ый резисто р.