СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗ ПРЯМОГО ВЫБРОСА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к исследованию процесса газообмена в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ определения фаз прямого выброса в двигателе внутреннего сгорания, основанный на определении углов поворота коленчатого вала, при которых в продуктах сгорания появляется определенная концентрация свежего заряда, определении наличия в продуктах сгорания искомых компонентов и соответствующих углов поворота коленчатого вала двигателя в реальном масштабе времени.

Недостатком этого способа является низкая точность определения фаз прямого выбpоса.

Изобретение обеспечивает повышение точности определения фаз прямого выброса в ДВС.

Это достигается тем, что в способе определения фаз прямого выброса в двигателе внутреннего сгорания, основанном на определении углов поворота коленчатого вала, при которых в продуктах сгорания появляется определенная концентрация свежего заряда, определении наличия в продуктах сгорания искомых компонентов и соответствующих углов поворота коленчатого вала в реальном масштабе времени, определение наличия в продуктах сгорания искомых компонентов осуществляют по их парциальным давлениям, при этом указанное определение проводят одновременно по трем компонентам: кислороду, углекислому газу и азоту, по результатам измерения определяют отношение парциального давления кислорода и парциального давления углекислого газа к парциальному давлению азота, по их величине судят о фазе прямого выброса.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 осциллограмма процесса изменения парциальных давлений кислорода, углекислого газа и азота в продуктах сгорания в процессе выпуска-продувки.

Устройство, реализующее способ, содержит синхронизатор 1, датчики 2, 3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа и азота, установленные на срезе выпускного органа ДВС, и регистрирующий прибор 5, соединенный с выходами датчиков 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота и выходом синхронизатора 1. Последний содержит индукционный датчик 6, взаимодействующий с меткой 7, размещенной на ободе маховика 8 в ДВС. В качестве регистрирующего прибора 5 используется электронно-лучевой осциллограф, пpичем датчики 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа и азота соединены с открытым входом усилителя вертикального отклонения луча осциллографа, а выход индукционного датчика 6 с входом внешней синхронизации осциллографа для запуска развертки осциллографа в момент времени, соответствующий заданному датчику положению вала двигателя. Индикатор соединен с регистрирующим прибором 5 с помощью вычислительного прибора 9, 10.

На фиг.2 показаны изменение выходного сигнала 11, 12 и 13 датчиков 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота, импульс 14 с индукционного датчика 6 (с приходом этого импульса на вход внешней синхронизации начинается ход луча осциллографа), разметка 15 экрана осциллографа, точки 16, 17 и 18 начала изменения выходного сигнала датчиков 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота, точки 19, 20 и 21 окончания изменения выходного сигнала датчиков 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота и скорректированная осциллограмма 22 (условно). Коррекция осциллограммы производится с учетом времени запаздывания установления выходного напряжения датчиков при изменении парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота.

Для случая срабатывания индукционного датчика 6 в момент начала открытия выпускного органа ДВС (фиг.2): τ₁ регистрируемая длительность процесса выпуска продуктов сгорания (до появления свежего заряда в продуктах сгорания); τ₂ регистрируемая длительность процесса выпуска продуктов сгорания в смеси их со свежим зарядом; τ₃ (условно для наглядности) длительность открытия выпускного органа ДВС. Длительность любой фазы процесса определяется как τ₁ I ˙ K (мс), где I расстояние по экрану осциллографа между началом и окончанием i-го процесса, см; K масштаб временной развертки, мс/см.

Действительные элементы определяются (с учетом задержки τ_o) как
τ_1∂ τ₁ τ_o τ_2∂ τ₂ τ_o
В результате имеем
действительная длительность процесса выпуска только продуктов сгорания
τ_1∂ τ₁ τ_o;
действительная длительность выпуска смеси продуктов сгорания со свежим зарядом
τ_2∂ τ_1∂ τ₂ τ₁;
действительная длительность процесса выброса свежего заряда в выпускную трубу
τ₃ τ₂ τ₃ τ_2∂ + τ_o;
для выражения длительности процессов в градусах поворота вала используется соотношение
ϕ_i 6 ˙ n ˙ τ_i где n частота вращения вала двигателя (мин^-1) на данном режиме работы;
τ_i длительность i-го процесса, с.

Устройство работает следующим образом.

В момент открытия выпускного органа ДВС синхронизатор 1 выдает сигнал, которым запускается развертка осциллографа. Выходной сигнал датчиков 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота соответствует величине этих давлений в продуктах сгорания (содержание свободного кислорода в продуктах сгорания около 10% а в свежем заряде 21% в продуктах сгорания углекислого газа 7% азот свое содержание не меняет, его величина соответствует 7,9%).

В ходе процесса выпуска при появлении свежего заряда в продуктах сгорания парциальное давление кислорода возрастает, а парциальное давление углекислого газа уменьшается. Амплитуда сигналов датчиков 2 и 3 начинает изменяться.

Изменение амплитуды сигналов датчиков 2 и 3 продолжается по мере увеличения содержания свежего заряда в продуктах сгорания. Парциальное давление азота постоянно во все время открытого положения выпускного органа ДВС. Прекращение изменения сигналов датчиков 2,3 и 4 свидетельствует о выбросе только свежего заряда. Периодически воспроизводимая осциллограмма сигналов датчиков 2,3 и 4 позволяет определить расстояние между отдельными точками процесса.

Значения парциальных давлений с регистрирующего прибора 5 передаются в вычислительный прибор, где производится расчет отношений парциального давления кислорода и парциального давления углекислого газа к парциальному давлению азота, по величине отношений судят о фазе прямого выброса.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к исследованию процесса газообмена в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). В способе определения фаз прямого выброса в ДВС определение наличия в продуктах сгорания искомых компонентов осуществляют по их парциальным давлениям, при этом указанное определение проводят одновременно по трем компонентам: кислороду, углекислому газу и азоту, по результатам измерения определяют отношение парциального давления кислорода и парциального давления углекислого газа к парциальному давлению азота, по их величине судят о фазе прямого выброса. Устройство для реализации способа содержит синхронизатор 1, датчики 2,3 и 4 парциальных давлений кислорода, углекислого газа, азота и регистрирующий прибор 5. Синхронизатор 1 имеет индукционный датчик 6, взаимодействующий с меткой 7, размещенной на ободе маховика 8. Прибор 5 соединен с вычислительным прибором 9, 10. 2 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗ ПРЯМОГО ВЫБРОСА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, основанный на определении углов поворота коленчатого вала, при которых в продуктах сгорания появляется определенная концентрация свежего заряда, определении наличия в продуктах сгорания искомых компонентов и соответствующих углов поворота коленчатого вала двигателя в реальном масштабе времени, отличающийся тем, что определение наличия в продуктах сгорания искомых компонентов осуществляют по их парциальным давлениям, при этом указанное определение проводят одновременно по трем компонентам: кислороду, углекислому газу и азоту, по результатам измерения определяют отношение парциального давления кислорода и парциального давления углекислого газа к парциальному давлению азота, по их величине судят о фазе прямого выброса.