Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателя внутреннего сгорания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (u)979926

CoIo3 Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

)И) М.ка. (22) Заявлено 05. 06. 81 (21) 3299259/25-06 с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 01 1. 23/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 07.12.82.Бюллетень Мо45 (53) УДК 621. 43.001,,5(088,8}

Дата опубликования описания 07 12 82

P.A. Бикеева, Б.Д. Бородин, P.A. Ивашев и С.М. Попова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО

ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к приборостроению, а именно для диагностики и контроля двигаТелей внутреннего сгорания.

Известны устройства для измерения среднего индикаторного давления, содержащие датчик давления, датчик угловых положений и датчик опорного:положения, постоянное запоминающее устройство, первый блок умножения, блок суммирования, регистратор, причем датчик давления связан с одним из входов первого блока умножения, к другому входу котооого подключен выход постоянного запоминающего устройства, а выход блока суммирования соединен с входом регистратора.

В этом устройстве датчик угловых положений з а оди н оборот коле нчато,го вала формирует серию импульсов, расстояние между которыми соответствует определенному углу поворота вала и число которых равно, например, числу металлических штырей, равномерно расположенных по окружности маховика, либо числу зубьев маховика. Датчики такого типа сравнительно просты, надежны и находят широкое применение при эксплуатационной диагностике двигателей. Иомент начала отсчета импульсов датчика угловых положений определяется импульсом датчика о*орного положения.

В известном устройстве по сигналу датчика угловых положений производится выборка из постоянного запоминающего устоойства соответствующего данному угловому положению зна" чения функции и умножение этого значения на сигнал, пропорциональный текущему значению давления. Результаты умножения суммируются, а сумма фиксируется регистратором (1 3.

Одним из недостатков известного устройства является его сравнительно узкая область применения, вызванная тем, что в постоянном запоми-" нающем устройстве могут храниться исходные данные только для одного типа двигателя, и, следовательно, известное устройство практически не. может быть использовано для эксплуатационной диагностики, например, в .условиях тепловозных депо, где требуется производить обслуживание различных типов двигателей.

Целью изобретения является. расширение области применения устройства.

979926

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено вторым блоком умножения, переключателем сигналов, управляемым формирователем импульсов, ренерсивными счетчи» ком и делителем частоты, причем выход первого. блока умножения соединен непосредственно и через второй блок умножения с соответствующими входами переключателя сигналов, выход которого подключен ко входу блока суммирования, выход датчика угловых положений соединен с входом управляемого формирователя импульсон,первый выход которого соединен с управляющим входом блока суммиро- 15 нания, второй и третий выходы соединены соответственно с суммирующим и нычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу постоянного эапоминаюшего QQ устройстна и к первому управляющему входу управляемого формирователя им" пульсов, выход датчика опорного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого формировате- 25 ля иглпульсон и с управляющим входом переключателя сигналов через делитель частоты и непосредственно с установочным входом реверсивного счетI чика.

При этом управляемый формирователь импульсов содержит умножитель частоты, первый и второй переключатели импульсов и блок дешифраторон, причем вход и. выход умножителя час- 3$ тоты через первый переключатель импульсов соединены с одним из входов второго переключателя импульсов и с блоком дешифраторов, первый и второй выходы которого соединены с уп- 4g равляющими входами второго переключа" теля импульсов, при этом вход умножителя частоты, третий выход блока дешифраторон.два входа второго переключателя, пеРвый управляющий вход 45 блока дешифраторон и его второй управляющий нход, соединенный с управляющим входом первого переключателя импульсов, служат соответственно входомг пеювым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управляющими входами управляемого формирователя импульсов.

Кроме того блок суммирования содержит инвертирующий усилитель", переключатель сигналов и фильтр нижних частот, причем вход и выход иннертирующего усилителя подключены к соответствующим входам переключателя сигналов, выход которого соелинен с входом фильтра нижних частот, при этом 6О вход иннертирующего усилителя, управляющий вход переключателя сигналов и ныход фильтра нижних частот служат соответственно входом, управ". ляюггнгми входом и выходом блока. 65

На чертеже приведена электрическая структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 давления, датчик 2 угловых положений, датчик 3 опорного положения, постоянное запоминающее устройство 4, первый блок 5 умножения, блок б суммирования, регистратор 7, причем датчик 1 давления связан с одним иэ входов блока 5 умножения, к другому входу которого подключен выход постоянного запоминающего устройства

4, а выход блока б суммирования сеединен с входом регистратора 7.

Устройство содержит также второй блок 8 умножения, переключатель 9 сигналов, управляемый Формирователь

10 импульсов, реверсинный счетчик 11 и делитель 12 частоты, причем выход блока 5 умножения соединен непосредственно и через второй блок 8 умножения с соответствующими входами переключателя 9 сигналон. Выход последнего подключен к входу блока б суммирования, а выход датчика 2 угла поворота вала соединен с входом управляемого формирователя 10 импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока б суммирования, второй и третий выходы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11, выход которого подключен к входу постоянного запоминающего устройства 4 и к первому управляющему входу управляемого формирователя .10 импульсов. Выход датчика 3 опор ного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого формирователя 10 импульсов и с управляющим входом переключателя 9 сигналов через делитель 12 частоты и непосредственно с установочным входом реверсивного счетчика 11.

Управляемый формирователь 10 импульсов содержит умножитель 13 частоты, первый 14 и нторой 15 переключатели импульсов и блок 16 дешифраторов, причем-вход и выход умножителя 13 частоты через первый переключатель 14 импульсов соединен с одним из входов второго переключателя

15 импульсов и с блоком 16 дешифраторов, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключателя 15 импульсов, при этом нход умножителя 13 частоты, третий выход блока 16 дешифраторов, два выхода второго переключателя 15, первый управляющий нход блока 16 дешифратоюон, второй его управляющий вход, соединенный с управляющим входом первого переключателя 14 импульсов„ служат соответст-. венно входом, первым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управ979926 ляющим входами управляемого формирователя 10 импульсов.

Блок 6 суммирования содержит инвертирующий усилитель 17, переключатель 18 сигналов и фильтр 19 нижних частот, причем вход и выход инвертирующего усилителя 17, управляющий вход переключателя 18 сигналов и выход фильтра 19 нижних частот служат соответственно входом, управляющим входом и выходом блока.

Блок 16 дешифраторов йредставля° ет собой обычную комбинационно-логическую схему, состоящую, например, иэ дешифратора, управляющих кодов на первом управляющем входе формирователя 10, соответствующих началу и окончанию режима суммирования счетчика 11, счетного триггера, начальная установка которого осуществляется по фронту или срезу импульса на втором управляющем входе, а переключение — в момент начала режима суммирования счетчика 11, триггеров, управляющих с помощью переключателя 15 интервалами суммирования и вычитания счетчика 11, причем установка и сброс триггеров осуществляется при появлении соответствующих кодов на первом управляющем входе и синхронизйрует,ся импульсами, поступающими на вход

)блока 16 с выхода переключателя 14.

Датчик 2 угловых положений формирует на своем выходе за оборот коленчатого вала серию импульсов, равномерно следующих друг за другом через угол Р = 360/i, где i — число импульсов в серии.

Датчик 3 опорного положения формирует один импульс за оборот коленчатого вала в момент, соответствующий нижней мертвой точке (н.м.т.) поршня исследуемого цилиндра.

Принцип действия предлагаемого устройства легко пояснить уравнением

+J7

+3(Р. = — р(Ч)-з1 Ч а Ч вЂ” р <Ч) — sin2VB f.

11

) Х

1 21

2 2

-1) -Jl

В течение одного цикла работы двигателя в устройстве осуществляется умножение текущих значений функции р(Ч) на соответствующие значения s in и интегрирование результата умножения. В течение другого цикла работы осуществляется умножение текущих значений функции у(Ч) на соответствующие значения sin2 V u значение Л /2 с последуюшим интегрированием и сложением с результатом, полученным на первом цикле. Следовательно, определение з начения р; осуществляется в течение двух циклов работы двигателя.

Устройство работает следующим образом. (5

)О

При работе двигателя мгновенное значение давления газов в цилиндре преобразуется датчиком 1 в пропорциональный электрический сигнал. Этот сигнал поступает в блок 5, где осуществляется его масштабирование, причем коэффициенты масштабирования на другом его входе изменяются диск» ретно по углу поворота вала. Значение каждого из коэффициентов соответствует значению синуса угла поворота, выбранному на участке угла между моментами смены коэффициентов масштабирования. Значения коэффициентов лежат в диапазоне изменения синуса от 0 до 90О. Смена коэффициентов масштабирования на выходе постоянного запоминающего устройства 4 осуществляется по сигналам с кодового выхода счетчика 11.

При появлении на выходе датчика

3 импульса н.м.т., соответствующего началу рабочего цикла в цилиндре, счетчик 11 устанавливается в исходное состояние. По сигналу на его выходе, соответствующему исходному состоянию, на выход постоянного запоминающего устройства 4 поступает первый (наименьший ) коэффициент, и начинается умножение текущих значений сигнала датчика 1 на этот коэффициент. Одновременно сигнал исходного состояния счетчика 11 поступает на первый управляющий вход формирователя 10. В результате оказывается разблокированиым второй выход последнего, связанный с суммирующим входом счетчика 11.

На другой вход формирователя поступает сигнал с выхода делителя 12, осуществляющего деление на два частоты импульсов н.м.т. Скважность импульсов равна двум. г

Пусть в момент появления на выходе датчика 3 очередного импульса, . устанавливающего счетчик 11 в исход ное состояние, на выходе делителя 12 также начинает формироваться импульс. Этот импульс поступает на второй управляющий вход формирователя

10 и обеспечивает прохождение на суммирующий вход счетчика 11 импульсов с выхода датчика 2. Таким образом, смена коэффициентов масштабирования осуществляется с частотой и в моменты появления импульсов на выходе датчика 2 угловых положений.

По сигналу конечного состояния счетчика 11, соответствующему включению последнего (наибольшегоj коэффициента в блоке 4, блокируется первый выход и открывается второй выход формирователя 10. В результате этого счетчик 11 начинает работать режиме вычитания, и включение коэффициентов масштабирования в блоке ум-, 979926

Сигнал, поступающий в блок суммирования с переключателя 9, проходит на один вход переключателя 18 непосредственно, а на другой через инвертирующий усилитель 17, меняющий полярность сигнала. С выхода переключателя сигнал поступает на вход фильтра 19, Полярность сигнала на входе фильтра изменяется по сигналу с выхода формирователя 10 в моменты, соответствующие изменению знака функции синуса, воспроизводимой на выходе постоянного запоминающего устройства 4. Фильтр 19 нижних частот осуществляет выделение постоянной составляющей сигнала, значение которой пропорционально среднему индикаторному давлению в цилиндре.

Введение новых элементов: второго блока умножения, переключателя сигналов, управляемого формирователя импульсов, реверсивного счетчика, делителя частоты — позволяет путем изменения коэффициента Ъ/2 на входе второго блока умножения производить измерения на двигателях, отличающихся значением отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. В результате расширяется область применения устройства, поскольку оно становится пригодным к обслуживанию разных типов двигателей, например, в условиях тепловозного депо, где число типов обслуживаемых двигателей определяется, как правило, числом типов тепловозов, приписанных к данному депо. ножения происходит в обратном по" ,рядке.

После возвращения счетчика 11 в исходное состояние процесс умножения до окончания импульса на выходе делителя 12 повторяется еще раз аналогичным образом. Следовательно, в течение первого рабочего цикла, равного длительности импульса на выходе делителя 12 в блоке 5 происходит ум * ножение мгновенных значений функции давления на модуль соответствующих значений функции синуса угла поворота коленчатого вала.

С момента окончания импульса на втором управляющем входе формирователя 10 и до момента появления следующего импульса, т.е. в течение второго рабочего цикла, на входы суммирования и вычитания счетчика 11 иэ формирователя 10 попеременно посту- 20 пают импульсы частотой в два раза большей частоты импульсов датчика

2. В результате, процесс умножения в блбке 5 в течение второго рабочего цикла повторяется четыре раза, т.е 25 происходит умножение мгновенных значений функции давления на модуль соответствующих значений функции синуса двойного угла.

B течение первого цикла сигнал с выхода блока 5 поступает в блок б суммирования непосредственно, а в течение второго цикла через. блок 8, где происходит умножение текущих значений сигнала на значение коэффициента $/2, поступающего на второй вход блока 8. В дальнейшем каждые два цикла процесс повторяется.

Это осуществляется с помощью перек пючателя 9 управление KoTopbIM про 4О изводит делитель 12.

Блок 6 осуществляет интегрирование входного сигнала эа каждые два рабочих цикла .в цилиндре.; причем направление интегрирования изменяется на противоположное в моменты изме- 45 нения логического сигнала на управляющем входе блока 6. Значение этого сигнала поступающего, с первого выхода формирователя 10, соответству ет знаку значений функции синуса, воспроизводимой на выходе постоянного запоминающего устройства 4 и изменяется в моменты изменения направления счета счетчика 1,1 с обратного на прямое. Начальная установка сиг- 55 нала на первом выходе формирователя 10, соответствующая отрицательным значениям синуса, производится по фронту или срезу импульса на входе. 60

Сигнал с выхода сумматора поступает на регистратор 7, например, цифровой вольтметр постоянного тока, где и фиксируется значение среднего индикаторного давления. 65

Управляемый формирователь 10 работает следующим образом.

Импульсы с датчика 2, поступающие на вход формирователя 10, в течение цикла, определяемого наличием импульса на втором управляющем входе, проходят через переключатель

14 на вход блока 16 дешифраторов, и на вход переключателя 15. В течение цикла, определяемого наличием . паузы на втором управляющем входе, через, переключатель 14 поступают импульсы с выхода умножителя 13, удваивающего частоту сигнала датчика 2.

Блок 16 дешифраторов по сигналам на первом управляющем входе, соответствующим исходному и конечному состояниям счетчика 11, блокирует прохождение импульсов через переключатель 15 на один иэ входов счетчика и обеспечивает их прохождение на другой вход.

Состояние сигнала на первом выходе блока 16 дешифраторов определяется сигналами на управляющих входах, как было описано выше, 1

Блок б суммирования работает следующим образом.

979926

10 с установочным входом реверсивного счетчика.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что управляемый формирователь импульсов содержит умножитель частоты, первый и второй переключатели импульсов и блок дешифраторов, причем вход и выход умножителя частоты через первый переключатель импульсов соединены с одним из входов второго переключателя импульсов и с блоком дешифраторов, первый и, второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключателя импульсов, при этом вход умножителя частоты, третий выход блока дешифраторов, два выхода второго переключателя, первый управляющий вход блока дешифраторов и его второй управляющий вход, соединенный с управляющим входом пер вого переключателя импульсов, служат соответственно входом, первым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управляющими входами управляемОго формирователя импульсов. 3. Устройство по пл. 1 н 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок суммирования содержит инвертирую. щий усилитель, переключатель сигналов и фильтр нижних частот, причем вход ы выход инвертирующего усилителя подключены к соответствующим в вхоДам переключателя сигналов, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, при этом вход инвертирующего усилителя, управляющий вход переключателя сигналов и выход фильтра нижних частот служат соответственно входом, управляющими входом и выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Патент Франции 9 2266226, Ькл. G 01 L 23/08, 1975.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик давления, датчик угловых 5 положений и датчик опорного положе" ния, постоянное запоминающее устройство, первый блок умножения, блок суммированияи регистратор,.причем датчик давления связан с одним из 10 входов первого блока умножения, к другому входу которого подключен выход постоянного запоминающего устройства, а выход блока суммирования соединен с входом регистратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области его при1 менения, оно снабжено вторым блоком умножения, переключателем сигналов, управляемым Формирователем импульсов, реверсивным счетчиком и делителем частотые причем выход первого блока умножения соединен непосредственно и через второй блок умножения с соответствующими входами переключателя сигналов, выход которого подключен к блоку суммирования, выход датчика угловых положений соединен с входом управляемого формирователя импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока суммирования, второй и третий выходы соединены соответственно с суммируюIQHM и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу постоянного запоминаю- 35 щего устройства и к первому управляющему входу управляемого формирователя импульсов, выход датчика опорного положения соединен с вторым управляющим входом упраЪляемого формирова-40 теля импульсов и с управляющим входом переключателя сигналов через делитель чатсоты и непосредственно

Заказ 934б/30 Тираж 887

ВНИИПИ 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

Составиталь Н. Патрахальцев

Редактор О. Юрковецкая Техред М.Надь Корректор В. Бутяга