Устройство для измерения скорости нарастания давления в цилиндре поршневого двигателя Советский патент 1983 года по МПК G01L23/08 

Изобретение относится к контроль-, но-измерительной технике и предназначено для измерения скорости нарастания давления .в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (ДВС), скорости нарастания давления в топливном трубопроводе дизеля, скорости перемещения иглы форсунки.

Известны устройства прямого измерения скорости нарастания давления или жесткости работы двигателя, содержащие датчик давления, контактное устройство с неподвижными контактами и одним подвижным,соединенным с ва лом ДВС, двух диодных детекторов с емкостной памятью и стрелочный указатель . Для повышения точности измерителя входы детекторов подключены к датчику давления через контактное устройство, а выходы - к стрелочному прибору по схеме вычитания Cl3.

Недостатками измерителей являются ограниченные функциональные возможности ( только для приближенной оценки скорости нарастания давления), так как измеритель выдает информацию о среднем значении скорости нарастания давления между моментами замыкаНия контактов на один и другой дегектор. Измеритель не пригоден для

измерения мгновенной скорости нарастания давления; низкая точность измерения, обусловленная принципом дей-ствия измерителя, т.е. осреднением скорости нарастания за некоторый период времени, наличием диодных детекторов с принципиально нелинейны ми характеристиками и включением стрелочного прибора к выходам детекто10ров ; ограниченный срок службы, определяемый ,контактным устройством.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство

15 для измерения скорости нарастания давления в цилиндре поршневого двигателя , содержащее датчик давления в цилиндре двигателя,подсоединённый через усилитель к входу аналого-циф20рового преобразователя, управляющий вход которого :;оединен с выходом отмет ика углового положения коленчатого вала двигателя, выполненного в виде датчика угловых отметок Г2.

25

Известное устройство не обеспе чивает высокой точности измерения.

Цель измерения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается

30 тем, что в устройство для измерения скорости нарастания давления в цилиндре поршневого двигателя, содержащее датчик давления в цилиндре двигателя, подсоединенный через усилитель к входу аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом датчика углового положения коленчатого вала выполненного в виде датчика угловых отметок, введен фильтр нижних частот включенный между дифференцирующим блоком и аналого-цифровым преобразователем, модуль оперативной памяти с адресным устройством, формирователь импульсов, делитель частоты с произвольным коэффициентом деления/ запоминающее устройство, счетчик импульсов, дешифратор, логический элемент, линия задержки, компаратор датчик мертвой точки, RS -триггер и D-триггер и два клапана, при этом датчик угловых отметок через формиро ватель связан с первым входом делителя частоты, информационный которого подключен к выходным шингии матрицы перестраиваемого постоянного запоминающего устройства, адресные шины которого через дешифратор связаны с выходом счетчика импульсов, при этом установрчный вход счетчика импульсов соединен с одним входом логического элемента и С-входомВтриггера и выходом первого клапана, к одному входу которого подключен отметчик мертвых точек, а к другому - через ключ присоединен выход компаратора, вход которого соединен с выходом усилителя, а к D -входу D-триггера подключен выход RS -триг гера, причем выходD-триггера подключен к одному входу второго клапа второй вход которого связан с выходом делителя частоты, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, счетным входом адресного устройства и управляющим входом ана лого-цифрового преобразователя и вт рым входом логического элемента, вы ход .которого через линию задержки подключен к синхронизирующему входу делителя частоты. На фиг. 1 приведена схема индика тора скорости нарастания давления на фиг. f2 - диаграмма, поясняющая его работу. Индикатор содержит датчик 1 давл ния, соединенный -через усилитель 2, дифференцирующий блок 3, фильтр 4 нижних частот и аналого-цифровой преобразователь 5 с модулем операти ной памяти б, снабженным адресным устройством 7, и отметчик 8 углового положения коленчатого вала, выполненный в виде датчика 9 угловых отметок, соединенного через формиро ватель 10 со счетным входом делител 11 частоты с произвольным коэффициентом деления, к стробирующему вход оторого через линию 12 задержки одключен логический элемент 13, а к нформационным входам подключены выодные шины матрицы перестраиваемого остоянного запоминающего устройста 14, к адресным шинам которой чеез дешифратор 15 подключен счетчик 6, при этом счетный вход счетчика 6 и один вход логического элемента 3 связаны с управляющим входом анаого-цифрового преобразователя 5, четным входом адресного устройства 7 с выходом клапана 17, один вход коорого подключен к выходу делителя 11 астоты с . произвольнЕлм коэффициеном деления, а другой - к выходу -триггера 18. Кроме того, С-вход -триггера 18 соединен с установочным входом счетчика 16, вторым входом логического элемента 13 и выходом клапана 19, к одному входу которого подключен датчик 20 мертвых точек, а к другому через ключ 21 компаратор 22, вход которого подключен к выходу усилителя 2, причем к D-входу D -триггера подключен R5 -триггер 23, входы которого служат для внешнего управления. Работа индикатора скорости нарастания давления заключается в следующем . Сигнал датчика 1 давления через усилитель 2 поступает на вход дифференцирующего блока 3, на выходе,которого воспроизводится первая производная входного сигнала, пропорциональная скорости нарастания давления. Далее электрический сигнал с выхода дифференцирующего блока 3 проходит через фильтр 4 нижних частот, в котором срезаются высокочастотные помехи, возникающие в результате дифференцирования, и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя5, на управляющий вход которого поступают импульсы с выхода отметчика 8 УГЛОВОГО положения коленчатого вала. По приходу этих импульсов в аналогоцифровом преобразователе происходит преобразователь мгновенных значений электрических сигналов, поступающих на его вход с фильтра 4, в цифровой код, значения которого накапливаются в модуле оперативной памяти 6. Причем сигналы, поступающие с отметчика 8 на управляющий вход аналогоцифрового преобразователя 5, одновременно поступают и на формирователь 7 адреса, в результате чего после каждого импульса изменяется адрес на единицу. В связи с тем, что скорость нарастания давления на участке газообмена в начале сжатия и в конце расширения близка к нулю и записывать эти значения не имеет смысла,кроме того, на участках с малой крутизной регистрируемой функции шаг дискретизации можно применять больше, чем на участках интенсивного роста, возникает необходимость организоват переменный шаг дискретизации, изменяемый прогргцимными средствами в зависимости .от типа двигателя или режима работы. Эту задачу выполняет делитель 11 частоты с произвольным коэффициентом деления, на счетный вход которого поступают электрические импульсы с датчика 9 угловых отметок, прошедшие через формирователь 10. Импульсы следуют равномерно. В зависимости от программы, записанной в матрицу перестраиваемого постоянного запоминающего устройств 14, делитель 11 частоты делит импул сы угловых отметок датчика 9 с коэф фициентом, установленным -программой С выхода делителя 11 частоты через клапан 17 разреженные импульсы пост пают на управляющий вход аналогоцифрового преобразователя 5, формирователь 7 адреса, на один вход логического элемента 13 и на счетный вход счетчика 16. В счетчике 16 эти импульсы считываются и получаемая на его выходе информация через дешифратор 15 поступает на адресные шины матрицы 14, в результате чего изменяется адрес ячеек и изменяется информация, поступающая на вход делителя 11 частоты. Кроме того,, импульс ,.поступивший на вход логического элемента 13, через линию задержки 12 поступает на стробирующий вход делителя 11 частоты, в результате чего в нем происходит запись числа, которое записано в ячейке памяти матрицы 14 по данному адресу т.е. устанавливается новый коэффициент деления в делителе 11 частоты Синхронизация работы всего устро ства осуществляется с помощью Rs-тр гера 23 и В-триггера 18. Воздействи управляющих сигналов, подаваемых на установочные входы КЗ-триггера 23, переводит его в состояние, когда на его прямом выходе устанавливается логический нуль или логическая единица. Если на выходе RS-триггера 23 логический нуль, который поступает на l5-вход D-триггера 18, то пРи поступлении на его С-вход импульса с датчика верхней мертвой точки 20 через клапан 19 на выходеВ -триггер 18 также устанавливается логи 1еский нуль, который воздействуя на второй вход клапана 17 запрещает прохождение с первого его входа на выход импульсов с выхода делителя 11 част ты.Если на выходе R5-триггера 23 логическая единица, то по приходу стробирующего импульса от. датчика, верхней мертвой точки 20 на выходе Эгтриггера 18 устанавливается логическая единица, в результате чего через клапан 17 проходят импульсы с делителя 11 частоты. Таким образом, RS-триггер 23 обеспечивает внешнее уравнение работой индикатора, aD -триггер18 и датчик мертвой точки синхронизируют работу индикатора с рабочим циклом двигателя. Начало и окончание цикла измерения всегда происходит при достижении поршнем двигателя мертвой точки. Компаратор 22 и ключ 21 обеспечивают привязку цикла измерения к отметке верхней мертвой точки, соот ветствующей началу наполнения четырехтактного двигателя. Сигнал с вы-., хода усилителя 2 поступает на компа-. ратор 22 и преобразуется в нем в прямоугольный импульс (фиг. 2, вых. 22 ) с уровнем логического нуля в момент рабочего хода. Поэтому,если ключ 21 замкнут, то сигнал отметкиверхней мертвой точки с датчика 20, проходящий на рабочий ход, на выход клапана 19 не проходит. Следовательно, проходят только импульсы верхней мертвой точки, соответствующие началу наполнения. При работе с двухтактным двигателем ключ 21 должен быть разомкнут, а в качестве датчика 20.должен использоваться датчик нижней мертвой точки (НМТ. Синхронизация осуществляется по каждому импульсу нмт.с выхода клапана 19 синхронизирующие импульсы также поступают на установочный вход счетчика 16 и каждый раз при достижении требуемой мертвой точки устанавливают счетчик в нуль, т.е. обеспечивают возврат к началу программы, кроме того, эти же импульсы поступают на вход логического элемента 13 и ч.ерез линию 12 задержки на стробирующий вход делителя 11 час-. тоты, обеспечивая тем сакклм запись информации в делитель частоты в начале цикла, когда клапан 17 закрыт потенциалом логического нуля на выходе D-триггера 18, а коэффициент деления в делителе уже должен быаь записан. Формула изобретения Устройство для измерения скорости нарастания давления в цилиндре поршневого двигателя, содержащее датчик давления в цилиндре двигателя, подсоединенный через усилитель к входу аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом отметчика углового положения коленчатого вала двигателя, выполненного в виде датчика угловых отметок, отличающееся:, тем, что, с целью повышения точности измерения за счет изменения шага дискретизации в течение цикла измерения.

в него введены фильтр нижних частот, включенный между дифференцирующим блоком и аналого-цифровым преобразователем, модуль оперативной памяти с адресным устройством, формировател импульсов, делитель частоты с проиэвольным коэффициентом деления, запоминающее устройство, счетчик импульсов, дешифратор, логический элемент ИЛИ, линия задержки; компаратор датчик мертвой точки, RS -триггер. и р-триггер и два клапана, при этом датчик угловых отметок через формирователь связан с первым вхог.ом делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходным шинам матрицы перестраиваемого постоянного запоминающего устройства, адресные шины которого через дешифратор связаны с выходом счетчика импульсов, при этом установочный вход счетчика импульсов соединен с одним входом логического элемента ИЛИ и с вхрдом 15-триггера и выходом первого клапана к одному входу которого подключен

отметчик мертвых точек, а к другому через ключ присоединен выход компаратора, вход которого соединен с выходом усилителя, а кD-входу)-триггера подключен выход R5 -триггера, причем выход D-триггера подключен к одному входу второго клапана, второй вход которого связан с выходом делителя частоты, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов , счетным входом адресного устройства, управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом логического элемента ИЛИ, выход которого через линию задержки подключен к синхрони§ирующему входу дели теля частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 584213, .кл..й 01 U 23/12, 1-977.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке. 2752569/18-10,

кл. G, 01 U 23/08, 1979 (прототип).

Вш.20

Sm.idi

8ш.ш

т

Sm.i7i

Фиг.2

пи