Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИЗЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<в943550 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 24.03. 80 (21) 2898445/25-06 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

f$g)+ Кд 3

G 01 М 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (Щ УДК 621. 43. 001.

5 (088.8) Опубликовано 1507.82. Бюллетень Йо26

Дата опубликования описания 15. 07. 82 (72) Авторы. изобретения

И.Д. Бухтияров, В.Б. Ан, В.И. Лутай, В.И. Маракин и В.A. Слепчук

1

Специальное опытное проектно-конструкторско.†.хехидлогическоф бюро Сибирского отделения Всесоюзной ордена Ленина академии сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина (71) Заявитель

1547 СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам и устройствам диагностирования двигателей внутреннего сгорания.

Известны способы оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, закЛючающиеся в том, что на заданном скоростном режиме двигателя при положении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) подают на свечу зажигания импульсы высокого напряжения, измеряют напряжение пробоя искрового промежутка свечи и результаты измерения сравнивают с эталонными значениями {12.

В таких способах результат диагностики отягощен ошибкой, связанной с тем, что результат не связан с внешними атмосферными давлениями.

Известны также устройства для осуществления известного способа, содержащие усилитель и индикатор (12.

Такие устройства не позволяют повысить точность оценки состояния двигателя, в связи с отсутствием измерителя атмосферных условий. 25

Цель изобретения — повышение точности оценки технического состояния двигателя.

Укаэанная цель достигается тем, что дополнительно подают импульсы 30 высокого напряжения и измеряют напряжение пробоя при положении поршня вблизи нижней мертвой точки (НМТ), причем импульсы подают многократно с заданной частотой, а заданный скоростной режим обеспечивают, прокручивая вал двигателя. В качестве результатов измерений принимают отношения напряжений пробоя.

B устройстве указанная цель дости-. гается тем, что в него введены амплитудно-временной преобразователь, время-импульсный преобразователь, блок памяти, схема деления, соединенные последовательно и включенные между усилителем и индикатором, а также датчик напряжения пробоя, схема управления, генератор высокого напряжения и датчик синхронизации, причем первый выход схемы управления связан с амплитудно-временным преобразователем, второй выход — с блоком памяти, а третий — с генератором высокого напряжения, датчик напряжения пробоя соединен с усилителем и первым входом схемы управления, второй вход которой связан с датчиком синхронизации.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для осуществления

943550 способа оценки технологического со стояния ДВС; на фиг. 2 - эпюры электрических процессов, поясняющие принцип работы устройства.

Устройс тво, реали зующее предлагаемый способ, содержит последовательно 5 соединенные датчик 1 напряжения про- боя, усилитель 2, амплитудно-временной преобразователь 3, время-импуль оный преобразователь 4, блок 5 памяти, схему б деления и индикатор 7. 10

Кроме того, устройство содержит датчик 8 синхронизации, схему 9 управления и генератор 10 высокого напряжения. При этом вторые входы амплитудно-временного преобразователя 3 и блока. 5 памяти соединены с первым и вторым выходами схемы 9 управления, третий выход которой подключен к генератору 10 высокого напряжения, выход которого через высоковольтный проводник 11 соединен со свечой 12 зажигания двигателя 13. Вход усилителя 2 и первый вход схемы 9 управле-, ния соединены с выходом датчика 1 напряжения пробоя, а второй вход

25 схемы 9 управления соединен .с выходом датчика 8 синхронизации. Кроме того, выход схемы б деления соединен с ин. дикатором 7, а первый вход амплитудно-временного преобразователя 3 — с ,выходом усилителя 2.

Устройство, реализующее предлагаемый способ оценки технического состояния, работает следующим образом.

В режиме прокручивания двигателя от стартера или от другого внешнего источника вращения прн достижении стабильных оборотов по электрическим 40 сигналам, поступающим с датчика 8 синхронизации, в качестве которого в конкретном случае использован контакт прерывателя, схема 9 управления начинает формировать импульс дФ, передним фронтом которого запускается генератор 10 высокого напряжения.

Генератор 10 высокого напряжения выдает высокое напряжение через высоковольтный проводник 1 1 на свечу 12 зажигания двигателя 13. В межэлектродном пространстве свечи 12 зажигания происходит искровой пробой (разряд). В основу предлагаемого.способа оценки технического состояния

ДВС положен известный. закон Пашена, 55 согласно которому пробивное напряже ние П„Р = f (P Ü), где τР— величина пробивного напряжения; Р - давление

A- величина искрового промежутка.

Следовательно, измерив напряжение 60 пробоя искрового промежутка свечи зажигания в режиме прокручивания в верхней мертвой точке на такте сжатия, получаем выражение

ЦпР - (Рм +)ó 65

1 где U — напряжение пробоя в верхней мертвой точке на такте .сжатия;

P - давление конца такта сжатия;

b - величина искрового проме жутка, а в нижней мертвой точке на такте вса сывания, получаем выражение Пп

= f(Р д ), где П <> - напряжение пробоя в нижней мертвой точке .на такте всасывания; P — давление конца такта всасывания или давления начала такта сжатия; A- величина искрового промежутка.

Разделив U пР„ на Uzp< получаем некоторый козффйциент )еР дk (Pq ) %(Рсмс)

0др д (Ръс) (Рес) Поскольку величина искрового промежутка Ь в данном выражении есть величина постоянная, то ее можно вынести за знак функции f,т.е.

Uïp д% P< ) 1(Рек)

0pp< b% (.Рес) Е(Рвс) Учитывая, что напряжение пробоя искрового промежутка изменяется линейно с некоторым коэффициентом Й в зависимости от давления, можно записать Uqp< Р,„, К=% илч K =k

ОЛГ2 Р Опр

Коэффициент К показывает во сколько раз давление конца такта сжатия больше, чем давление начала такта сжатия.

По величине К можно судить о6 общем техническом состоянии узлов, влияющих на герметичность камеры сгорания,т.е. по величине К можно судить о неплотности сопряженных узлов цилиндр — поршень, впускной клапан седло, выпускной клапан - седло. Применяя различные комбинации принудительного закрытия и открытия впускных и выпускных окон головки блока, можно в режиме прокручивания двигателя по закону изменения напряжения пробоя в соответствующих тактах работы двигателя и его сравнения с величиной К определить неплотности отдельных узлов. Так„ например, при закрытых выпускных но при открытых впускных окнах, по закону изменения напряжения пробоя на такте выхлопа и его сравнения с коэффициентом К, можно судить о неплотности узла, выпускной клапан - седло, так как закон изменения напряжения пробоя в этом случае зависит от неплотности узлов цилиндр— поршень и впускной клапан — седло.

Аналогично при закрытых впускных и открытых выпускных окнах по закону из- .

943550 менения напряжения пробоя -на такте всасывания и его сравнения с коэффициентом К можно судить о неплотности узла впускной клапан - седло. Наконец, зная отдельно неплотности узлов впускной клапан — седло и выпускной клапан - седло можно определить неплотность узла цилиндр — поршень.

Поскольку Ь остается постоянной, то амплитуда напряжения пробоя пропорциональна давлению P в камере сгорания ДВС. Известно, что давление P в камере сгорания увеличивается на такте сжатия и оно достигает максимума в верхней мертвой точке. Затем давление P постепенно уменьшается на такте рабочего хода, .а на последующих тактах выпуска и всасывания достигает атмосферного давления или может быть даже ниже атмосферного. Величина давления, с которого начинается сжатие, соотьетствует давлению конца такта всасывания в области нижней мертвой точки или давлению начала такта сжатия °

Таким образом, если известна диаграмма работы двигателя, то закон изменения давления в камере сгорания можно представить в виде функции P.

Поскольку амплитуда напряжения ,пробоя пропорциональна давлению, то закон изменения амплитуды напряжения ЗО пробоя повторяет закон изменения давления в камере сгорания, т.е. огибающая амплитуда A В„С вЂ” A n, В„, С и

Ал B „„С< A„ B„ C„vanpaxcee@a пробо" в некоторой области соответствует за- 35 кону изменения давления P в этой же области. Датчик 1; в качестве которого йрнменен обыкновенный емкостной

}целитель напряжения, выдает напряжения А„ В, С и т.д.,амплитуда кото- 4Я ! рых пропорциональна амплитуде напряжения пробоя промежутка, а следовательно и давлению в камере сгорания, на вход усилителя 2 и на первый вход схемы 9 управления. 45

В усилителе 2 происходит усиление этих напряжений по мощности и далее онн поступают на первый вход амплитудно-временного преобразователя 3.

Схема 9 управления в каждом цикле работы двигателя по сигналам, поступающим с датчика 8 синхронизации и с датчика 1 напряжения пробоя, формирует импульсы с временными интервалами bt«bt — at< в области верхней мертвой .точки на такте сжатия и

Ь1, Аt+ — ntn â области нижней мертвой точки на такте всасывания, которая поступает на второй вход амплитудно-временного преобразователя 3.

Временной интервал любого иэ этих им-50 пульсов соответствует генерированию

ЮпределенноГо числа импульсов генератора 9 высокого напряжения а в данном конкретном примере это число равно трем импульсам. Так например, за вре-65 мя А генерируются три импульса

А«В«С, эа dtg — A Вк, С за и Аи Вni Q i соответственно эа у Е

» I

btn - A<, В„, С эа М Aà ° В, С

Аt4 An В С Амплитудновременной преобразователь 3 выделяет и преобразовывает амплитуды импульсов

A В С

Л, „, - A>, В„С-„и АЛ, B„, Cq-

7 t i

I 1 . Ф

Ау г Вп С В пропорциональные длительности. На выходе амплитудно-временного преобразователя 3 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна соответствующим амплитудам напряжения пробоя искрового промежутка. Далее эти импульсы поступают на вход время-импульсного преобразователя 4, в котором длительность импульса преобразовывается в пропорциональное число импульсов mg — !R !

4 и и m„ — m„, Эти серии импульсов поступают на первый вход блока 5 памяти, на второй вход которого поступают сигналы со схемы 9 управления.

Блок 5 памяти управляется таким образом, что сумма всех импульсов серий m„— mn поступает в одну ячейку блока 5 памяти, а сумма всех импульсов серии щ„ — m„ — во вторую ячейку блока 5 памяти.

Таким образом, в первой ячейке блока 5 памяти накапливается число, импульсов, пропорциональное средней ампЛитуде импульсов. Напряжения пробоя А, В C — А, Вп, Си появляются в интервалах времени А — at в области верхней мертвой точки за и, циклов работы двигателя.

Во второй ячейке блока 5 памяти соответственно накапливается число импульсов, пропорциональное средней амплитуде импульсов напряжения пробоя ,. f

В,, С - Аи, В,, С, которые появляются в интервалах времени at

Ай в. области нижней мертвой точки

I .ф на такте всасывания за п циклов работы двигателя. После окончания и-го цикла работы двигателя содеркимое. первой и второй ячеек блока.5 памяти переносится в схему 6 деления, где производятся операции деления содержимого первой ячейки на содеркимое второй ячейки . В результате операции деления, ьы получаем некоторый

N ц»» коэф»»ициенг »:», гце г = 1-ц

»» ;

»=1

Далее результат частного выдается на индикатор 7.

Коэффициент К показывает во сколь ко раз средняя амплитуда напряжения пробоя в конце такта сжатия больще чем средняя амплитуда напряжения пробоя в начале такта сжатия. Поскольку средняя амплитуда пропорциональна среднему давлению, то коэф; фициент К показывает во сколько из

943550 давление конца такта сжатия больше, чем давление начала такта сжатия.

Следовательно по величине коэффициента К можно судить о техническом состоянни ДВС, поскольку при хорошем техническом состоянии коэффициент К должен быть в пределах сжатия данного типа двигателя. Следует отметить,,что в качестве датчика 8 синхронизации можно испольэовать также угловые

Метки, например. сигналы от зубьев l0 маховика, при этом генератором 10 высокого напряжения следует. Упранлять синхронно со скоростью вращения двигателя 13 и запускать от угловых меток. При этом усреднение амплитуд 15 напряжения пробоя производится a оп-. ределенном угловом интервале по циклу работы двигателя 13.

Предлагаемое устройство может работать и н другом режиме, при кото- 7П ром усилитель выполняет кроме операции усиления по мощности еще следующие операции: выделение огибающей амплитуды напряжения пробоя-функции

Р; выделение макенмальной амплитуды 25 огибающей и выдавение минимальной амплитуды огибаищей.

Далеее производится преобразование McLROEMBJlbHOA и минимальной амплитуд.огибающей в пропорциональную Зр длительность в амплитудно-временном

ПРе@бразонателе. В время-импульсноМ преобразователе 4 эти длительности импульсов преобразовываются в пропорциональное число импульсов, которые накапливаются в блоке 5 памяти, Причем, в первой ячейке памяти накапливается число импульсов, пропорциональное средней максимальной амплитуде огибающей, а но второй ячейке — число импульсов, пропорциональное сред- 40 ней минимальной амплитуде огибающей за и циклов работы двигателя. По окончании и цикла в схеме б деления производится операция деления содержимого первой и второй ячеек 5 па- 45 мяти; Результат частного, показывающий во сколько раз среднее давление. конца такта сжатия больше, чем минимальное давление такта всасывания, далее выводится на индикатор 7. Пос- сО кольку минимальное давление всегда близко давлению начала такта сжатия, то результат частного при хорошем техническом состоянии ДВС близок степени сжатия двигателя.

Предлагаемое устройство может также работать в режиме, когда в блоке 5 памяти выделяется полный цикл огибаЮщей в виде дискретных .значений. При этом каждое дискретное значение получают путем усреднения по множеству амплитуд. напряжения пробоя в заданной фазе цикла работы двигателя эа и циклов работы двигателя. Блок б вычисления по определенному алгоритму проводит обработку значений огибающей амплитуд напряжения пробоя, на основании которого судят о техническом состоянии двигателя.

Формула изобретения

1. Способ оценки технического состояния двигатех:я ннутреннего сгора-. ния, заключающийся в том, что на заданном скоростном режиме двигателя при положении поршня вблизи верхней мертвой точки подают на свечу зажигания импульсы высокого напряжения, измеряют напряжение пробоя искрового промежутка и результаты измерения сравнивают с эталонными значениями, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно подают импульсы высокого напряжения и измеряют напряжение пробоя при положении поршня вблизи нижней мертвой точки, причем импульсы подают многократно с заданной частотой, а за-. данный скоростной режим обеспечивают прокручиванием вала двигателя и в качестве результатов измерений принимают отношения напряжений пробоя.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее усилитель и индикатор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в него введены амплитудно-временной преобразователь, время-импульсный преобразователь, блок памяти, схема деления, соеди" ненные последовательно и включенные между усилителем и индикатором, а также датчик напряжения пробоя, схема управления, генератор высокого напряжения и датчик синхронизации, причем первый выход схемы управления связан с амплитудно-временным преобразователем,второй выход — c блоком памяти, а третий — с генератором выcoKoFo напряжения, датчик напряжения пробоя соединен с усилителем и первым входом схемы управления, второй вход которой связан с датчиком синхронизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3943795, кл. 73-119, опублик. 1977.

94 3550

Составитель Н. Патрахальцев

Техред М Рейв ес Корректор Е. Рошко

Редактор Т. ПарФенова

Заказ 5095/47

Тираж 887 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