Устройство диагностирования двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G01M15/00 

W/ сигнал бд

° иикя 2 oSo/oma Вала °

(Л

с

сл -ч|.

подупирующая срункиия

..

Изобретение относится к испытаниям многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания.

Известны устройства для диагностирования двигателя внутреннего сгорания, содержащие датчик колебаний давления, дифференциальный усилитель, автоматический регулятор усиления, лолосно-пропускающий фильтр и регистратор, соединенные последовательно, причем полосно-пропускающий фильтр выполнен с настройкой на выделение основной гармоники 1 .

Устройства позволяют измерять отношение амплитуд двух спектральных составляющих (гармоник) , выделенных из спектра колебания давления во впускном, выпускном трубопроводе и в картере. Частоты гармоник f и f- пропорциональны частоте вращения вала двигателя п и равны

г . г -

-1 17С

120 f20

где i - число цилиндров двигателя.

По величине отнсяаения амплитуд судят о наличии или отсутствии дефек тов в двигателе. Устройство состоит из последовательно соединенных датчика давления, воспринимающего сигнал от двигателя, дифференциального усилителя, автоматического регулятоpa усиления. К выходу автоматического регулятора усиления подключены входы полосно-пропускающих фильтров, выделяющие гармоники с частотами f и . С выходом полосно-пропускающих фильтров соединены входы амплитудных детекторов, а выходы амплитудных детекторов соединены с входами аналогового делителя, к выходу которого подключен указатель амплитуд гармоник.

Сигнал колебания давления, преобразованный датчиком давления, усили вается дифференциальным усилителем, автоматическим регулятором усиления и подается на вход полосно-пропускающих фильтров. На выходе фильтров выделяются синусоидальные напряжения гармоник, которые подаются на амплитудные детекторы, где детектируются их амплитуды. Далее продетектированные амплитуды поступают на входы аналогового делителя, в котором вычисляется их отношение, индицируемое указателем отношения амплитуд.

Указанное устройство характеризуется неполным использованием возможностей, предоставляемых частотным анализом колебаний давления. Оно не мож быть использовано для измерения еще одного диагностического параметранеравномерности частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Цель изобретения - расширение фунциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для диагностирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик колебаний давления, дифференциальный усилитель, автоматический регулятор усиления, полоснопропускающий фильтр и регистратор, соединенные последовательно, причем полосно-пропускающий фильтр выполнен с настройкой на выделение основной гармоники, дополнительно содержит частотный дискриминатор и амплитудный детектор, включенные последовательно в соединение полосно-пропускающего фильтра с регистратором, а последний выполнен в виде измерителя неравномерности частоты.

На фиг. 1 изображены частотно-модулированный сигнал колебания давления (А ) и модулирующая функция (Б ) i на фиг. 2 - блок-схема устройства на фиг. 3 - форма частотной характеристики дискриминатора.

При работе двигателя, например 8-цилиндрового, за два оборота коленчатого вала в его выпускную трубу (, впускной трубопровод, картер ) поступает восемь импульсов давления в последовательности, определяемой порядком работы цилиндров. Эта последовательность импульсов преобразуется датчиком давления в комплексный электрический сигнал. Если мощность всех цилиндров одинакова, то временные интервалы между одноименными фазами импульсов от смежных по рабочему циклу цилиндров будут равны. Это соответствует равномерному вращению вала двигателя. Однако в эксплуатации вследствие неравномерности цикловых подач топлива у карбюраторных и дизельных двигателей эта ситуация практически не встречается. Обычны случаи когда мощность, отдаваемая отдельными цилиндрами, различна.. Тогда временные интервалы между одноименными фазами импульсов от смежных по рабочему циклу цилиндров не будут равны. В этом случае имеет место сложное периодическое колебание с периодом, изменяющимся по определенному закону, ракое колебание является модулированным по частоте.

Частотно-модулированный сигнал колебания давления, вьаделенный полосно-пропускающиМ фильтром с определенной шириной полосы пропускания, настроенным на основную гармонику, представлен на фиг. 1 А.

Цифры 1-8 над импульсами давлении соответствуют номерам цилиндров, откуда данные импульсы пришли. В левой части рисунка период колебаний меньше (частота выше ), в правой части наоборот - период колебаний больше (частота ниже) .ельно среднего значения, представленного периодом

импульсов 1-6. Символом ig обозначена средняя частота, соответствующая частоте немодулированного колебания (как для случая равномерного вращения ), символом д{ обозначено отклонение (девиация ) частоты от среднего значения fu , В нижней части фиг. 1Б изображена модулирующая функция. В даннем случае для простоты она принята синусоидальной. Это соответствует синусоидально изменяющейся частоте вращения коленчатого вала относительно среднего значения.

Частотно-модулированное колебание характеризуется индексом модуляции, равным отношению максимальной девиации fi частот-е модулирующего сигнала. Поскольку для двигателей внутреннего сгорания реальный индекс модуляции не достигает единицы, полоса пропуекания фильтра может быть не более , т.е. удвоенной частоте девиации.

Устройство (фиг. 2) состоит из последовательно соединенных датчика

9давления, дифференциального усилителя 10, автоматического регулятора усиления 11, полосно-пропускающего фильтра 12, выделяющего основную гармонику частотного дискриминатора 13, амплитудного детектора 14, указателя 15 неравномерности частоты вращения двигателя.

Полосно-пропускающий фильтр 12, выделяющий основную гармонику, предназначен для выделения основной гарМОНИКИ из комплексного сигнала колебания давления. Ширина полосы пропускания фильтра равна , (на режиме минимальной частоты вращения холостого хода ширина полосы приблизительно она равна 15 Гц, на режиме максимальной частоты вращения 10Гц ).

Частотный дискриминатор 13 предназначен для выделения модулирующей функции (фиг. II. Он имеет 9-образную частотную характеристику (фиг.З) поэтому на его выходе может присутствовать как положительное, так и отрицательное напряжение в зависимости от того, какой знак имеет девиация Л{ (в какую сторону от среднего значения f изменилась частота).

Амплитудный детектор 14 предназначен для детектирования амплитуды модулируюцей функции.

Указатель Ij неравномерности час,готы вращения вала двигателя предназначен для индикации амплитуды модулирующей функции, т.е. в конечном счете неравномерности частоты вращения вала двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Частотно-модулированный сигнал с выхода полосно-пропускающего фильтра 12, выделяющего основную гармонику, поступает на вход частотного дискриминатора. В зависимости от отклонения частоты коленчатого вала от среднего значения в данный момент времени на выходе частотного дискриминатора формируется напряжение того или иного знака. Амплитуда зтого напряжения выделяется детектором 14 и выводится указателем неравномерности частоты вращения вала, которая индуцируется при помощи стрелочного прибора, предварительно отградуированног на эталонном двигателе.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с известными повышение точности диагностирования, уменьшение стоимости и повышение оперативности диагностирования.

Повышение точности достигается за счет осреднения результатов измерения по сотням циклов, которое осуществляется автоматически. Время осреднения определяется параметрами (постоянной времени) амплитудного детектора. Рациональным выбором принципиальной схемы амплитудного детектора можно изменять время осреднения.

Уменьшение стоимости и оперативности диагностирования достигается за счет более полного использования имещегося оборудования, меньшей трудоемкости диагностирования.

Экономический эффект от применени устройства складывается из уменьшени затрат на топливо, снижения эксплуатационных затрат и капительных вложений.

$

ю

11

12

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯг содержащее датчик колебаний давления, дифференциальный усилитель, автоматический регулятор усиления, полосно-пропускающий фильтр и регистратор, соединенные последовательно, причем полосно-пропускающий фильтр выполнен с настройкой на выделение основной гармоники, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, устройство дополнительно содержит частотный дискриминатор и амплитудный детектор, включенные последовательно в соединение полосно-пропуекающего фильтра с регистратором, а пост ледний выполнен в виде измерителя неравномерности частоты.

иа.2

fptfz.d