СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ЗАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02D1/00 G01M15/00 G01L3/24 

Изобретение относится к технической диагностике энергетического состояния двигателей внутреннего сгорания.

Известны способы контроля степени загрузки двигателя внутреннего сгорания, основанные на измерении частоты коленчатого вала двигателя и параметров, характеризующих расход топлива [1] и устройства для их реализации, содержащие датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчик расхода топлива в единицу времени и цепь сравнения [2,3] Данный способ выбран в качестве прототипа, как наиболее близкое техническое решение в этой области.

Недостатком известных способов контроля степени загрузки двигателя, а также устройств для их осуществления является то, что они измеряют усредненное за единицу времени значение загрузки двигателя и не обеспечивают достаточной точности измерения, так как для получения информации о загрузке используются аналоговые сигналы, при получении и преобразовании которых появляются погрешности, компенсация которых достигается усложнением датчиков и других цепей.

Цель изобретения достижение измерения текущего (мгновенного) значения загрузки двигателя и повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в способе контроля степени загрузки двигателя, основанном на измерении частоты вращения коленчатого вала двигателя и параметров, характеризующих расход топлива, замеряют расход топлива за рабочий цикл и по величине части сигнала датчика частоты вращения, пропорциональной расходу топлива за рабочий цикл, судят о степени загрузки двигателя. Причем указанный способ осуществляют устройством, содержащим датчик расхода топлива за рабочий цикл и датчик частоты вращения, представляющий собой импульсный генератор, синхронизированный посредством цепи фазовой автоподстройки импульсами расхода топлива, выход которого подсоединен через электронный ключ, управляемый датчиком расхода топлива, счетчик импульсов и дешифратор к регистрирующему устройству.

Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается тем, что в качестве параметра, характеризующего расход топлива, замеряется текущее значение циклового расхода топлива. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию изобретения "новизна". В предложенном изобретении датчик циклового расхода топлива одновременно несет информацию о частоте вращения коленчатого вала двигателя и подключен к электронной цепи сравнения, которая по разности сигналов, соответствующих текущему расходу топлива и частоте вращения, определяет степень загрузки двигателя. Это позволяет сделать вывод, что заявленное изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для контроля загрузки; на фиг. 2 диаграммы перемещения деталей и напряжений в различных точках устройства для контроля степени загрузки.

Устройство для осуществления способа контроля степени загрузки двигателя внутреннего сгорания включает в себя датчик расхода топлива, представляющий собой подкачивающую помпу 1, привод которой осуществляется с помощью эксцентрика 2 приводного вала 3, связанного с коленчатым валом двигателя 4 через редуктор 5, передаточное отношение которого для четырехтактных двигателей равно двум, для двухтактных одному. Шток 6 под действием пружины 7 прижимает толкатель 8 к эксцентрику 2. Пружина 9 прижимает поршень 10, движущийся в неэлектропроводной или металлической, но изолированной от корпуса гильзе 11, к штоку 6. Второй конец пружины 9 упирается в контакт 12, изолированный от корпуса помпы вставкой 13. На входе и выходе из полости A помпы установлены всасывающий 14 и нагнетательный 15 клапаны.

В качестве датчика частоты вращения использован генератор импульсов 16, подключенный через блок фазовой автоподстройки частоты 17 и контакту 12.

Выход генератора импульсов 16 соединен через электронный ключ 18, управляющий вход которого подсоединен к контакту 12, со входом счетчика импульсов 19, вход установки на нуль которого соединен с блоком фазовой автоподстройки частоты 17. Выход счетчика импульсов 19 подсоединен через дешифратор 20 к световым индикаторам 21, составляющим световую шкалу указателя.

Датчик расхода топлива работает следующим образом.

При вращении двигателем 4 приводного вала 3 топливо-подкачивающей помпы, толкатель 8 и шток 6 совершают возвратно-поступательное движение под действием эксцентрика 2 и пружины 7. Так как пружина 7 все время прижимает толкатель 8 к эксцентрику 2, то шток 6 движется по косинусоидальному закону, представленному на фиг. 2 диаграммой. При движении штока 6 в сторону эксцентрика 2 поршень 10 под действием пружины 9 вытесняет топливо из полости 6 в двигатель. В полости А помпы создается разрежение, под действием которого топливо через всасывающий клапан 14 поступает в полость А. Движение поршня 10 в сторону эксцентрика 2 ограничено расходом топлива через двигатель за два или один оборот коленчатого вала, поэтому поршень 10 движется медленнее, чем шток 6. Таким образом, шток 6, двигаясь в сторону эксцентрика 2, не соприкасается с поршнем 10, контакт 12 изолирован от корпуса помпы и имеет напряжение высокого уровня (диаграмма фиг. 2).

При движении штока 6 в сторону, противоположную эксцентрику 2, поршень 10 продолжает под действием пружины 9 вытеснять топливо из полости B в двигатель, но наступает момент, когда поршень 6 упирается в шток 10 и возвращается в исходное положение ( верхнюю мертвую точку) за определенный угол поворота эксцентрика Q. С момента касания в точке А (фиг. 2) шток 6 и поршень 10 движутся вместе, контакт 12 соединен с корпусом помпы и имеет напряжение низкого уровня (фиг.2). Угол поворота Q эксцентрика 2 функционально связан (связь определяется профилем эксцентрика 2 или кулачка) с активным ходом поршня 10, который определяется расходом топлива за два или один оборот коленчатого вала в зависимости от тактности двигателя. Так как за два оборота коленчатого вала в четырехтактных или за один оборот в двухтактных двигателях происходит по одной цикловой подаче топлива в каждый цилиндр, то активный ход поршня 10 прямо пропорционален суммарной цикловой подаче топлива, которая однозначно связана с загрузкой двигателя. Чем больше загрузка двигателя, тем больше цикловая подача топлива и активный ход поршня 10. Это приводит и к увеличению угла Q, при котором шток 6 соприкасается с поршнем 10, а на контакте 12 имеется напряжение низкого уровня. На фиг. 2 обозначениям с индексом 1 соответствует низкий, а с индексом 2 высокий уровень загрузки двигателя.

Датчик частоты вращения работает следующим образом.

Генератор импульсов 16 вырабатывает последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя. Для выполнения этого условия управление частотой генератора 16 производится блоком фазовой автоподстройки частоты 17, управляющий сигнал которого, подведенный к генератору 16 и изменяющий его частоту, определяется разностью фаз импульса, сформированного в момент появления напряжения высокого уровня на контакте 12 (момент отхода штока 6 от поршня 10), и последнего импульса в серии импульсов К, которая вырабатывается генератором 16 за один оборот эксцентрика 2. Число импульсов K определяется исходя из требуемого уровня погрешности измерения указателя. Что больше число импульсов К, тем точнее указатель, а при большом числе K можно считать, что основным источником погрешности измерения является только механическая часть прибора. Таким образом, частота генератора импульсов 16 прямо пропорциональна частоте коленчатого вала двигателя, а число импульсов K, вырабатываемых генератором 16 за один оборот эксцентрика 2 (угол 360^o) постоянно.

В целом, устройство контроля степени загрузки двигателя работает следующим образом. Импульсы от генератора 16, частота следования которых пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя и изменяется блоком фазовой автоподстройки 17, подаются на вход электронного ключа 18, который пропускает импульсы на вход счетчика 19 только при наличии напряжения низкого уровня на контакте 12, подключенном к управляющему входу электронного ключа 19. Так как длительность импульса напряжения низкого уровня пропорциональна углу Q, определяемому суммарной цикловой подачей топлива в цилиндры двигателя, то число импульсов K, приходящих на вход счетчика 19, также пропорционально углу Q. Чем больше загрузка двигателя, тем больше число импульсов подается на вход счетчика 19 (фиг.2). Счетчик импульсов 19 действует периодически. Сброс предыдущего состояния счетчика 19 осуществляется импульсом, сформированным в момент появления напряжения низкого уровня на контакте 12 (момент касания штока 6 и поршня 10). Сразу после установки на нуль счетчика 19 начинается счет числа импульсов K, поступивших от электронного ключа 18 за период, пропорциональный углу поворота Q эксцентрика 2. Так как угол поворота Q значительно меньше 360^o, то счетчик 19 большую часть времени находится в состоянии, соответствующем числу импульсов K, поступивших на его вход. Состояние счетчика 19 анализируется дешифратором 20, после чего сигнал от дешифратора 20 подается на индикаторы 21, составляющие световую шкалу указателя.

Электронные блоки указателя могут быть выполнены на базе широко распространенных серий микросхем, например, серии 155. Генератор 16, электронный ключ 18 микросхемы К155ЛАЗ, блок фазовой автоподстройки частоты 17 -К155ЛАЗ, К155ТМ2, счетчик 19 К155ИЕ5, дешифратор 20 К155ИДЗ, индикатор АЛС317, АЛС318.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления измеряет текущее значение загрузки двигателя, что позволяет его использовать не только для визуального контроля загрузки, но и в составе систем автоматического управления загрузкой двигателей, а исключение из устройств аналоговых преобразователей и цепей позволяет существенно повысить точность измерения загрузки двигателя.

Использование: техническая диагностика энергетического состояния двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ контроля степени загрузки двигателя внутреннего сгорания заключается в измерении частоты вращения коленчатого вала двигателя и измерении параметров, характеризующих расход топлива. При этом замеряют расход топлива за рабочий цикл и по величине части сигнала датчика частоты вращения, пропорциональной расходу топлива за рабочий цикл, судят о степени загрузки двигателя. 2 ил.

Способ контроля степени загрузки двигателя внутреннего сгорания, основанный на измерении частоты вращения коленчатого вала двигателя и параметров, характеризующих расход топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, замеряют расход топлива за рабочий цикл и по величине части сигнала датчика частоты вращения, пропорциональной расходу топлива за рабочий цикл, судят о степени загрузки двигателя.