Устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1983 года по МПК G01L23/00 

1

Изобретение относится к средствам контроля параметров поршневых машин и может быть использовано на транспорте или в других отраслях народного хозяйства, где используются двигатели внутреннего сгорания.

Известны устройства для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя, содержащие датчики угла поворота коленчатого вала верхней мертвой точки и нижней мертвой точки (ВМТ) и (НМТ) с формирователями импульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубку с переменным р&зистором и генератором развертки, счетчик к цепь измерения, выполненную в виде датчика давления, усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтра нижних частот и индикатора, соединенных последовательно, причем, выход формирователя импульсов датчика угла поворюта коленчатого вала связан через широтноимпульсный модулятор с амплитудным

модуляггором, выходы формирователей импульсов датчиков BMf и НМТ связаны с входами электронного, переключателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена на выходе усилителя Ci а

Недостатком этого устройства являет10ся отсутствие возможности крупномасштабного просмотра отдельных участков индикаторной диаграммы, что снижает функциональные возможности устройства.

Целью изоб ретения является расширение

15 функциональных возможностей устройства крупномасштабного просмотра отдельных участков индикаторной диаграммы.

Поставленная цель достигается тем,

20 что в устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчики угла поворота коленчатого вала, верхней мертвой точки и нижней мертвой точки с формирователями импульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубку с переменным резистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, выполненную в виде датчика давления, усжлителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтра нижних частот и индикатора, соединен- |0 ных последовательно, причем выход формирователя импульсов датчика утла поворота коленчатого вала связан через широтно-импульсный модулятор с амплитудным модуляторе, выходы формирова телей импульсов датчиков ВМТ и НМТ связаны с входами электронного переклю чателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переклк чателем параллельно инвертору, а элект роннолучевая трубка В;ключена на выходе усилителя, дополнительно включены формирователь синхроимпульсов, задатчик, схема И и триггер, а счетчик выполнен в виде делителя частоты с п&семенным коэффициентом счета, причем задатчик через делитель частоты и фо| мирователь синхроимпульсов связан с генератором развертки, выход делителя частоты соединен с его входом сброс ноль и входом триггера, соединенного другим входом с выходом формироват&ля импульсов, датчика НМТ, а выходом с входом схемы И, подключенной другими входом и выходом соответственно к формирователю импульсов датчика угла поворота коленчатого вала и счетному входу делителя частоты. На фиг. 1 представлена функцнонал1х, ная схема устройства для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя; на фиг. 2 - диаграммы, иоясняюише работу устройства до воздействия импульса мертвой точки; на фиг. 3 - то же, после воздействия импульса мертвой точки. Устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя содержит датчик 1 давления , подсоединенный К усилителю, 2, датчик 3 угла поворота коленчатого вала двигателя, датчик 4 ВМТ и датчик 5 НМТ. Выходы датчиков 3, 4 и 5 подсоединены соответственно к формирователям импульсов 6, 7 и 8. Выход усилителя 2 подключен к амплитудному модулятору 9 и к пластинам вертикального отклонения электроннолучевой трубки 10. Выход модулятора 9

подсоединен непосредственно и через инвертор 11 к электронному переключателю 12, выход которого через фильтр нижних частот 13 соединен с Индикатором 14. Выход формирователя 6 подсоединен к одному из входов элемента И 15 и через широтно-импульсный модулятор 16 к управляющему входу модулятора 9. К второму входу элемента И 15 подключен выход триггера 17, один вход которого С управляющим входом электронного переключателя 12, второй управляющий „ вход которого соединен с формирователем 1. Выход элемента.И 15 подсоединен к счетному входу счетчика 18, выполненного в виде делителя частоты с переменным коэффициентом счета, который устанавливается с. помощью последовательно соедине1шого со счетчиком задатчика 19. Выход счетчика 18 подсоединен к входу сброса в ноль этого же счетчика, к второму входу триггера 17 и через формирователь синхроимпульсов 2О - к входу генератора 21 развертки, выход которого подсоединен к пластинам горизонтального отклонения электроннолучевой трубки Ю через переменный резистор 22, выполняюишй функцию регулятора усиления по горизонтали. Датчики 3, 4 и 5 могут быть выполнены, например, в виде жестко закрепленного на валу двигателя диска с прорезями и установленных по разньве стороны диска осветителя (электрическая лампочка, светодиод и др.) и фотодиодов. Счетчик 18 предназначен для деления входных импугеьсов в заданное число раз и может быть выполнен, например, на интегральных микросхемах типа К155ИЕ8. Задатчик 19 предназначен для установки требуемого коэффициента пересчета сче1 чика 18 и может быть выполнен, например, в виде переключателя, коммутирующего обратные связи Счетчика 18. В основу вычисления среднего индикаторного давления Р- положена известная рабочая формула (4)(34, где PiM) текущее давление газов в ци. линдре двигателя; /(4)Sinif-fA. функция, связывающая смещение порщня от верхней мертвой точки с углом Ч поворота коленчатого вала двигателя.

В функшюнаяыюй зависимости /(Ч). величина Д есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

При работе двигателя текущее давление газов в цилиндре двигателя Р (Ч) пр. образуется датчиком 1 в прюпорииональны давлению электирический сигнал, который поступает в усилитель 2, где усиливается до необходимой величины. Форма этого напряжения за один период показана на фиг. 2 а.

С выхода усилителя 2 напряжение вида РСЧ) поступает на вход амплитудного модулятора 9 и на пластины вертикального отклонения электроннолучевой труб- ки 1О. Одновременно, врашаясь, вал двигателя наводит:В датчике 3 серию импульсов, соответствуюших конкретным положениям вала. Эти импульсы поступают на вход формирователя 6, где приводятся к одной определенной длительности и далее поступают на вход широтноимпульсного модулятора 16. Выходные сигналы формирователя 6 и щиротно-импульсного модулятора.. 16 показаны соот- ветственно на фиг. 2 б и в. Как видно, на каждый входной импульс широтно-импульсный модулятор 16 генерирует такой выходной импульс, который по длительнести (ши:роте) отображает значение функ шш /xi.4 , показанной на фиг. 2а, в дан ный момент. Таким образом, датчик 3 в совокупности с формирователем 6 и широтно-импульсным модулятором 16 выполняют функцию функционального преобразо вания угла поворота. Импульсы широтно импульсного модулятора 16 воздействуют на амплитудный модулятор 9 - электронный ключ, который. замыкается пропорционально .их длительности. В результате на выходе амплитудного модулятора 9 сигнал Р (. f J оказывается промодулирован импульсами . Выходной сигнал модулятора 9 показан на фиг. 2е. Видно, что каждый импульс является произведением РСЧ) на /А.(Ч) в конкретный момент времени, т.е. отображает удельное значение давления PC Ч). Для нахождения величины Р необходимо разделить импульсы на такты сжатия и расширения. Это осуществляется следутощим образом. С приходом импульса нижней мертвой точки (фиг. 2г),. сформированного формирователем 8 изсигнала аатчика 5, элекг-: ронный переключатель 12 подключает к входу фильтра 13 нижних частот н.ивер тор 11, который передает сигнал Р(Ч) с обратным знаком. С приходом импуль-

са верхней мертвой точки (фиг. 2д) от датчика 4 электронный переключатель 12 отключает от фильтра 13 нижних частот инвертор 11 и непосредственно подключает выход амплитудного модулятора 9. Таким образом, инвертор 11 подключается только в период от - 37 до О, как показано на фиг. 2з, и сигнал на входе филы ра нижних частот 13 имеет вид, как покзано на фиг. 2 ж. В результате интегрирования входных импульсов фильтром 13 нижних частот напряжение на его выходе отображает .разницу работы давления за такты сжатия и расширения, т.е. среднее индикаторное давление, и может регистрироваться индикатором 14. Вььбрав посто5шную фильтра 13 нижних частот достаточно большой, можно производить усреднение по ряду последовательных циклов.

Как уже указывалось, на пластины вертикального отклонения трубки 10 постоянно подается напряжение с выхода усилителя 2, и если начало разверт ки луча совпадает с нижней мертвой точкой, то индикаторная диаграмма наблюдается полностью. Для просмотра же какого-либо отдельного участка индикаторной диаграммы, очевидно, необходимо, чтобы начало развертки луча со&падало с началом исследуемой части индикаторной диаграммы,. В устройстве это осуществляется следующим образом При установке с помощью задатчика 19 коэффициента пересчета счетчика 18 равным единице, импульс нижней мертвой точки с формирователя 8 переклк чит тр.иггер 17 в единичное состояние, в результате чего на его выходе появится потенциал, который открывает эл©м-ент И 15 .и первый же импульс с формирователя 6 поступит в делитель чаототы и счетчик 18 и далее на его выход. Этот импульс, пройдя формирование в формирователе 20 синхроимпульсов, запускает генератор 21, развертки, а также, попадая на вход сброса, устанавливает счетчик 18-делитель частоты в нулевое состояние и переключает триггер 17. В результате потенциал на выходе триггера 17 пропадает, элемент И 15 закрывается и импульсы с датчика 3 не поступают на вход счетчика 18. В этом случае начало разверт- .ки совпадает с НМТ и индикаторная диаграмма наблюдается полностт.ю. При установке коэффицио 1та счета счетчика 18 более единицы работа устройства происходит следующим oбpa.)O, После воздействия импупьса НМТ (фиг. За) триггер 17 аналогично рассмот ренному выше процессу переключается в единичное состо5гаие и на его выходе появляется потенциал (фяг. 36), который открывает элемент И 15 и сигналы уг , ловых положений вала с датчика 3 (фиг. Зв) после формирования в формирователе 6 поступают на счетньй вход счетчика 18. После подсчета определенного количест. i ва импульсов (фиг. Зг), что устанавливается аадатчиком 19, на выходе счетчика 18 по5гоится импульс (фиг. Зд), кото рЬ1й формируется в формирователе 20 j синхроимпульсов в вице синхроимпульса (фиг. Зе) и запускает генератор 21 развертки (фиг. Зж)., Одновременно выходной импульс счетчика 18 устанешлйвает его в нулевое состояние и переклк. чает триггер 17 (фиг. 36), который закрывает элемент И 15 и импульсы с формирователя 6 не поступают на вход счетчика 18 (фиг. Зг). После спедук)щего импульса с датчика 5 описанный выше процесс повторяется. Таким образом, начало развертки луча электроннолуче; вой трубки 10 оказывается сдвинутым , коэффициентом счета счетчика 18 относительно нижней мертвой точки на угол , определяемый коэффициентом счета счетчика 18. Поскольку входные лктульсы счетчика 18 определяются углом поворота коленчатого вала, т.о начало развертки также можно устанавливать на том или ином угле поворота коленчатого вала, в зависимости от коэффициента счета счетчика 18 делителя частоты с переменным коэффициентом счета. Рассмотрим работу запуска луча электроннолучевой трубки 1О более подробно. Установим, например, с помощью задаттака 19 коэффициент счета, равный 64. Тогда при переходе триггера 17 в единичное состояние импульсы, наводзямы |при вращении вала в датчике 3, пройдя цепь формирователя 6 и элемент И 15, поступают на счетный вход счетчика 18. Если импульсяы следую например, через 2, на выходе счетчика 18 появится импульс при угле 64 128 который после формирования в формирователе 20 синхрсиямпульса осуществляет запуск луча электроннолучевой трубки 10 При установке коэффициента счета равным например, 92, запуск луча осуществляет ся уже при угле 92 184°. Таким образом, регулируя с помощью резистора 22 размах луча по горизонта 10598 ли, в первом случае, можно более детально наблюдать угол опережения подачи топлива, а во втором - процесс сгорания в районе ВМТ. Предлагаемая схема развертки луча электроннолучевой трубки Ю выгодно отличается от прототипа, поскольку позволяет при исследовании рабочего процеоса или в процессе регулировки двигателя устанавливать .начало развертки в лк |бой момент рабочего цикЛа, что дает возможность более детально изучить те или иные участки индикаторной диаграммы, т.е. как бы вырывать отдельные части кривой давления в цилиндре и рассматривать их в более крупном масштабе. Таким образом, динамические характеристики рабочего процесса, как, например, период задержки самовоспламенения, скорость нарастания давления, угол достижения максимального давления сгорания и .др. можно измерить с бояее высокой точностью, чем в прототипе за счет изм&рениЙ в более крупном масштабе необходимых участков индикаторной диаграмТехническое преимущество предлагаемого изобретения в сравнении с известиъшк закпкпается в том, что включение в схему устройства управляемого счетчика с цепями управления, которые при современном уровне развития микроэлектроники можно выполнить на 2-3 „корпусах интегральных микросхем и одном переключателе, т.е. весьма с малыми затратами, значительно расширяет функциональные возможности устройства. Это, в конечном счете, выражается в повышении качества обслуживания двигателя, улучшая его эффективность эксплуаташш. Формула изобретенич Устройство для контроля рабочего процесса в Шлиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчики угла . поворота коленчатогр. вала, верхней мерт вой точки и иижней мертвой точки с формирователями импульсов, нгнротно-импульсный модупятср, электроннолучевую трубку с переменным резистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, вьшолненную в виде датчика давления, .усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтра нижних частот и индикатора, соединенных последовательно, причем выход формирователя импульсов датчика

угла поворота коленчатого вала связан через широтно-импульсный модулятор с амплитудным модулятором, выходы формнрОБат ей импульсов датчиков верх- ней мертвой точки и нижней мертвой тсяад связаны с входами электронного переключателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена на выходе усилителя, отличающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможност ей путем opvганизашш крупномасштабного просмотра любого участка диаграммы, в устройств во дополнительно включены формирователь синхроимпульсов, задатчик, схема i И и триггер, а счетчик вьшолнен в виде

делителя частоты с переменным коэффициентом счета, причем задатчик через делитель частоты и формирователь синхроимпульсов связан с генератором раэвертки, выход делителя частоты с его. входом сброс в ноль и входом трипгера, соединенного другим вхоаом с вь ходсм формирователя импульсов датчика нвжией мертвой точки, а выходсж - с

схемы И, подключенной другими выходом и выходом i соответственно к формирователю импульсов датчика угла поворота коленчатого вала и счетнсчлу входу делителя частоты.

Источники инфо1Ж(ации ,

принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 55819О, кл. С, О1 t 23/ОО,1975

-/

flM

t/

f

/f.ff.T

liiiiiiiiiiiiiiiniiiiuiiiniiinminiii

П

г

mini

//./f.r

I-

IL- JLJ