Устройство для индицирования двигателя внутреннего сгорания

 

«»ю. »

Ъ .< атеннс т,„ н

1 (61) Дополнительное н авт. сеид-sy (22) Заявлено 240878 (2f) 2658473/18-06 (51)+ з (з01 ) 23/08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 07,1280. Бюллетень Йо 45

Дата опубликования описания 071280 (53) У,ЦК 621,43; ! :531» !8(088.8) (72) Авторы изобретения

Б, С, Гутк ин, B, P, Комовск ий, 3, А, Кудряшов, Е . С, Левшина, B,Е,Магер, В.С,Моисейченко,П,В.Новицкий и С,С.Соколов

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт имени М. И„Калинина (71) Заявитель (5 4 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИНДИЦИРОВАН И Я ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может найти широкое применение при разработке и усовершенствовании поры1" невых машин, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и т,д.

Известны устройства для индицирования двигателей внутреннего сгорания содержащие датчик параметра с формирователем и датчик угла поворота вала, усилитель, счетчики меток и выборок, формирователь, ключ режима, триггер управления, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), аналогово-цифровой преобразователь (АУП), усилитель-согласователь, транскритор, и регистратор, причем датчик параметра через усилитель связан с АЗУ, на другом входе которого включен счетчик меток, а на выходе через 20 последовательно соединенные усилитель-согласователь и транскриторрегистратор, при этом формирователь импульсов соединен параллельно с триггером управления, счетчиком ме-. 25 ток и счетчиком выборок, который соединен также с триггером управления (1), Недостатком индикатора являются узкий круг решаемых задач, малый 30 диапазон рабочих скоростей машины иэ-за отсутствия согласования быстро действия регитсратора со скоростью вращения коленвал - c :ë<ê=сть:"е-! шифратора, особенн- .:ри у-еличен-х; числа градиций па углу," избытc H0cть информации об иэз .ер яу«ой вел .-;ч иве при значениях угла поворота кол:енв«. ла из области нижней мертвой точк -;, ниэкая точность измерений =. )е,H«vi насосных ходов, Целью изобретения является обеспечение воэможности индикации пара-= метров в широком диапазоне скоростных режимов и на заданном участке хода поршня, Укаэанная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит первую и вторую схемы задержки, схему вычитания единицы, схему И и триггер пересчета, причем разрешающий выход регистратор- соединен с его управляющим входом через последовательно соединенные схемы задержки, первая из которых включена между счетчиком меток и АЦП„ другой выход регистратора через последовательно соединенные схему вычитания единица и триггер пересчета соединен со сч чиком меток, триггер управления пол-785665 ключен к одному иэ входов схемы И, другой вход которой связан с датчиком угла, а выход — со схемой вычитания единицы, Кроме того, в устройство дополнительно введены селектор верхней мертвой точки, включенный между датчиком угла и ключом режима, и спусковое устройство, входы которого соединены с выходом ключа режима, датчиком угла и триггером управления, а выход - с третьим входом схемы И, В устройство, кроме того, введен усилитель-ограничитель и ключ масшта ба, включенные последовательно между датчиком параметра и АЗУ, причем ключ масштаба связан также с усилителемм.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема временных сигналов.

Датчик 1 содержит на оси коленвала диск с метками угла в виде, например, радиальных щелей, а с двух сторон диска установлена фотопара (светодиод и фотодиод). Сигнал с фотодиода поступает на фотоэлектрический преобразователь 2 угла псворота, Фотоэлектрический преобразователь

2 содержит три фотопары и осуществля. ет формирование трех последовательностей импульсов: импульсов верхней мертвой точки (BMT)> импульсов нижней мертвой точки (НМТ) и рабочих импульсов (метки угла) (фиг, 2), В рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания (ДВС) вмонтирован пъезоэлектрический датчик давления 3, выходной сигнал которого через ключ масштаба 4 поступает на вход усилителя 5 пъеэотоков и усилителяограничителя 6 насосных ходов. Выход ное напряжение усилителя 5 пъеэотоков, пропорциональное величине давления в цилиндре поступает на аналоговое запоминающее устройство 7 (АЗУ), которое осуществляет выборку мгновенных значений измеряемого давления в соответствии с сигналами с устройства управления, формируемыми по управляющим импульсам поворота колен вала, Выход АЗУ соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 8 (AUII), цифровой выход которого через усилитель-согласователь 9 и транскриптор 10 поступает на вход регистра тора 11, например, перфоратора. Работа АЗУ, AUII и перфоратора осуществляется выходными импульсами управляющего устройства, Управляющее устройство предлагаемого индикатора рабочих процессов в поршневых машинах позволяет в отличие от аналогов, исследовать рабочие процессы с различными периодами рабочих циклов, например, в компрессорах с периодом 360© угла поворота коленвала или с периодом 720О угла поворота в ДВС или дизелях, причем в последнем случае характеризуется возможностью селективного исследования ходов рабочего цикла: рабочего или насосного хода с соответствующим изменением параметров устройства .индицирования, С этой целью на вход. ную ячейку И 12-управляющего устройства поступают импульсы угла поворота коленвала, а также импульсы

НМТ через спусковое устройство 13 и импульсы .BNT через селектор ВМТ 14, ключ 15 режима и спускойое устройство 13, Выход ячейки И через схему

16 вычета единицы и триггер 17 пересчета соединен со входом счетчика 18 меток. Выход счетчика 18 соединен с

1 управляющим входом 7 АЗУ через первую схему 19 задержки соединен с управляющим входом 8 AIJII и через вторую схему задержки 20 соединен с управляющим входом перфоратора

20 11 (ПЛ-150) . Импульсный выход перфоратора соединен со входом счетчика

21 импульсов выборок и с управляющим входом схемы 16 вычитания единицы. Я Вход формирователя импульсов 22 соединен с кнопками Начальная установка и Пуск и выход импульсов Начальная установка соединен с установочными входами

З() схемы 16 вычета единицы, счетчика .18 меток угла, счетчика 21 импульсов выборок и триггера управления 23, Выход импульса Пуск формирователя

22 соединен с управляющим входом триггера 23 управления.

Работа устройства осуществляется следующим образом, Исходно ключ 4 масштаба давления и ключ 15 режима синхронно устанав4() ливаются в требуемое положение а рабочий ход или б — насосный ход. Нажатием кнопки -Начальная установка формирователь 22 выдает импульс Начальная установка, по которому счетчики 18 и 21, схема 16 вычитания единицы и триггер 23 устанавливаются в исходные состояния, при которых счетчик, 18 полностью заполнен, счетчик 21 сброшен в ноль, .а с триггера 23 поступают на вход спускового устройства 13 и схему И 12 запрещающие сигналы, в результате чего на счетчик 18 не поступают импульсы меток угла, После нажатия кнопки Пуск формирователь 22

H выдает импульс пуска на триггер 23, который устанавливается в положение, разрешающее работу спускового устройства и прохождение импульсов меток угла через схему И 12, Спусковое О устройство 13 воспринимает первый импульс ВМТ, отсчитывает от него следующий по времени импульс НМТ, и в этот момент открывается схема

И 12, позволяющая импульсам меток угла проходить через схему 16 и

785665 триггер пересчета 17 на счетчик 18 меток угла.

Первый же импульс после НМТ переполняет счетчик 18, и выходной сигнал его (перепад 0 — 1 ) является запускающим для АЗУ, которое осуществляет точечную выборку из сигнала U(P) давления.

Напряжение U> (P) хранится в АЗУ и с помощью АЦП 8 преобразуется н код, Для этого через время задержки формируемое первой схемой 19 эадерж- 18 ки и необходимое для занершения процесса выборки АЗУ, дается схемой 19 импульс запуска на АЦП-8 в течение нремени осуществляет преобразование ,напряжения () Р н цйфровой код,кото-,15 рйй требуется зарегистрировать на перфоленте. Для этого через время задержки необходимое для срабатывания

АЦП и формируемое второй схемой 20 задержки, последней выдается им- 20 пульс запуска на пЕрфоратор 11.

После того, как перфоратор 11 закончил регистрацию первого значения напряжения И (Р) давления, он ныдает импульс вычитания на схему

16. Схема 16 выбивает один импульс иэ последовательности импульсов отметок угла поворота и возвращается в исходное состояние. Кроме того, на вход счетчика 21 поступает первый импульс выборки.

Таким образом, происходит сдвиг по фазе сигнала на выходе счетчика

18, то есть импульса запуска АЗУ, по отношению к отметкам ВМТ и НМТ, АЗу будет выбирать теперь иэ сигнала З5 (Р) следующее второе значение Uq(P).

Измерение второго значения давления, задерживается на время, необходимое для завершения регистрации его значения перфоратором, Это обеспечивается запрещающим сигналом с выхода перфоратора, пока идет процесс регистрации, на схему 19, по которому запрещается прохождение импульсов запуска на АЦП, Когда процесс регистрации закончвн с выхода перфоратора на схему 19 поступает сигнал, разрешающий зацуск AI11I второй счетный импульс выборки на счетчик 21 и сигнал на схему 16 .нычитания единицы, т.е.

50 производится сдвиг на.следующую третью точку и т.д. После того, как будет зарегистрирован полный период дайления, т.е. осуществлены все выборки давления, число которых опре- 55 деляется числом меток угла на диске, т.е. коэффициентом деления счетчиКа

21, выходной сигнал 21 (перепад 0 -. 1 ) опрокидывает триггер23, при этом импульсы меток угла поворота перестают поступать на счетчик 18, и процесс измерения и регистрации останавливается.

Для возобновления цикла работы системы необходимо нажимать последовательно кнопки Начальная установка и Пуск,при этом ключи масштаба 4 и хода 15 должны находиться в требуемом положении (рабочий или насосный) .Переключатель может быть: как ручным, так и автоматическим, Предлагаемое устройство скомплектовано из стандартных блоков. Так, в качестве AIQI, усилителя-согласователя и транскриптора использованы блоки информационно-измерительной системы промышленного назначения типа К 200, Это АЦП Ф 203, транскриптор Ф 253, усилитель-согласователь Ф 270. В качестве регистратора использован перфоратор типа ПЛ-150.

Давление в камере сгорания измеряется с помощью пъезокварцевых датчиков давления цНИдИ с -номинальной чувствительностью 0,2 10 ko/Ïà. Разработаны усилители пъеэотоков 5 и 6 с номинальной чувст(вительностью S

0 3 10 B/Êë и S = 3 10 В/Кл. Они обеспечивают два режима - записи и контроля всей диаграммы (рабочий ход) — усилитель 5 или увеличенной в 10 раэ ее нижней части (насосные хода) - усилитель 6.

Анализ исследований рабочих процессов в поршневых машинах,:проводимых как у нас в стране, так.и эа рубежом, покаэынает, что для измерений теплоэнергетических параметров машин с погрешностью порядка 1 †. 2Ъ дискретизация по углу поворота коленвала должна быть не более одного градуса, что соответствует 360 значениям в цикле, например,.температуры н рабочей полости компрессора или 720 значениям давлений в цилиндре ДВС в полном цикле.

Априорные сведения об исследуемом процессе давления показывают, что н рабочем ходе поршня имеется явно выраженный пик давления в области

ВМТ, т.е. участок с большой производной, который не превышает 90О поворота коленвала и расположен не более, чем эа 30 до BNT и 60 после ВМТ.

Именно на этом участке требуется измерять исследуемый сигнал давления (температуры) с минимальным шагом по углу не более 1О . На остальной части информационного периода (рабочего хода 270з) давление изменяется плавно в небольших пределах. Чтобы нЕ вносить избыточности в результаты измерений, достаточно при заданной точности («1 + 29) производить измерения с шагом по углу не менее 10 т.е. адаптироваться к характеру изменения исследуемого процесса. Такую адаптацию коленвала проиэнодят нанесе. нием соответствующих меток (прореэей) в диске (фиг.1 или 2),что и осуществлено в предлагаемом устройстве.Преимущества данного устройства очевидны, так как вместо 360 точек регистрируются 117 точек, при этом н три ра785665 за уменьшается время измерения, во столько же раз экономится перфолента при сохранении той же точности измерения. К тому же и аппаратура несколько упрощается за счет меньшей емкости счетчиков (18-и 21), Исследуемые процессы в ДВС носят периодический характер, с периодом, равным двум оборотам коленвала, т.е, 720, причем наиболее интересный . рабочий ход поршня, на который приходится пик давления, составляет

fG

360 (фиг. 2) . Вторую половину цикла составляет насосный ход, В процессе исследований наибольший интерес представляет именно рабочий ход, В предлагаемом устройстве осуществляет- $5 ся избирательность режима измерения вручную или автоматически с помощью соответствующих ключей 4 и 15 (фиг.l) и простейшего усовершенствования путем введения пересчетного триггера 29

17 на входе счетчика 18 импульсов меток угла с коэффициентом деления К =

=117.Выбор рабочего хода в качестве информативного обеспечивается с помощью селектора ВМТ. 25

Для регистрации рабочего хода нужно выделить ВМТ насосного хода и начать измерение со следующей по времени метки НМТ, Для регистрации насосного хода нужно выделить

ВМТ рабочего хода (по большому уровню давления) и начать измерение с НМТ, З„ъ

Сказанное выае осуществляется с помощью селектора. HNT 14, ключа 15, спускового устройства 13 и схемы

И 12 (фиг, 1). Иа насосных ходах уровень давления существенно меньше

4Q, пика давления более, чем в 10 раз ° Поэтому при регистрации давления насосных ходов для обеспечения выходного сигнала пъезоусилителяг соизмер имо го с норма л ь ным B ход ным н апряжением АЦП, пъезоусилитель 6 имеет 45 коэффициент усиления в 10 раз выше номинальной чувствительности усилителя 5, B этом режиме рабочий ход не квляется информативным и пъеэоусилитель 6 работает в режиме ограничения пика давления, В процессе разработки поршневых машин исследования их проводятся в широком диапазоне скоростей вращения коленвала двигателя, по крайней мере 300 + 3500 об/мин„ При использовании перфоратора ПЛ-150 . на номинальной скорости вращения двигателя время регистрации определяется быстродействием перфоратора. При малых скоростях вращения ксленвала двигателя, время регистра.ции обуславливается уже скоростью двигателя, Для обеспечения устойчивой работы устрой ства на разных скоростях вращения коленвала управляющий нмг ульсный выход перфоратора ссединен с управляющигл входом схемы задержки 19 пуска АЦП 17 Таким образом, при скорости регистрации перфоратора

ПЛ-150-150 строк/сек, время регистрации 5-ти разрядного числа составляет не более 70 мс, и время регистрации одного цикла составляет порядка 45 с при скорости двигателя 300 об/мин, при этом произвоцится выборка точек из 117 информационных периодов, При скорости двигателя 3500 об/мин время регистрации составляет порядка 8 с и выборка точек проиэводится из ? 34 информационных периодов, поскольку перфоратор н э успевает работать в темпе работы двигателя, При исследовании многсцилиндровых двигателей (дизелей), для индицирования процессов в каждом цилиндре фото датчик устанавливается на червячном колесе, которое с помощью червячной передачи поворачивается относительно диска с метками угла, жестко установленного на коленвале двигателя, что позволяет использовать один фотодатчик угла, Таким образом, фотодатчик может быть точно совмещен с положением ВМТ любого иэ цилиндров двигателя. После выставки фотодатчика червячное колесо жестко стопорится, Малс=. время регистрации индикаторной диаграммы (8 сек при номинальных оборотах) позволяет в течение сравнительно короткого интервала времени (2-5 минут) зарегистрировать десяток и более ийдикаторных диаграмм, что позволяет с помощью ЭВМ осуществить статическую обработку результатов измерения и получить наиболее достоверные характеристики рабочего процесса поршневой машины, Предлагаемое устройство исключает избыточную информацию и позволяет без потери точности экономить машинное время на обработку информации и, го меньшей мере„ в три раза уменьшить потребление носителя информации (перфоленты) и в три раза выиграть в быстродействии подобных устройств с перфоратором в качестве регистратора, Формула изобретения

1, Устройство для индицирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик параметра с форми-. рователем и датчик угла поворота вала, усилитель, счетчики меток и выборок, формирователь, ключ режима, триггер управления, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), усилитель-сс1гласователь транскрип тор и регистратор, причем датчик параметра через усилитель связан с

785665

3пра5мяющее усерей алба

АЗУ, на другом входе которого включен счетчик меток, а на выходе через последовательно соединенные усилитель-согласователь и транскриптор-регистратор, при этом формирователь импульсов соединен параллельно с триггером управления, счетчиком меток и счетчиком выборок, который соединен также с триггером управления, отличающийся тем, что, с целью индикации параметров в широком диапазоне скоростных режимов и на заданном участке хода поршня, устройство дополнительно содержит первую и вторую схемы задержки, схему вычитания единицы, схему И и триггер пересчета, причем разрешающий выход регистратора соединен с его управляющим входом через последовательно соединенные схемы задержки, первая из которых включена между счетчиком меток и

АЦП, другой выход регистратора через последовательно соединенные схему вычитания единицы и триггер пересчета соединен со счетчиком меток, триггер управления подключен к одному из входов схемы И, другой вход которой связан с датчиком угла, а выход — со схемой вычитания единицы.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, в него дополнительно введены селектор верхней мертвой точки, включенный между датчиком угла и ключом режима, н спусковое устройство, входы которого соединены с выходом ключа режима, датчиком угла и триггером управления, а выход — с третьим входом схемы И, 3, Устройство по п,п. 1 и 2,. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в

$$ него дополнительно введен усилительограничитель и ключ масштаба, включенные последовательно между датччком параметра и АЗУ„ причем клю= масштаба связан также с усилителем, 20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Piotor te ñÚ nis cue ze its ñïã if t, 1975, 36, Р 2, с, 33-38, 785665 нит

Мс ЩаГ уф а

У(р) u,(pl

Uj(P) Фиг. Я

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Т. Глазова Техред Н, Ковалева

Корректор Ю. Макаренко

Заказ 8829/43 Тираж 1019

ВЧИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4