Устройство для измерения мощности цилиндров двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01L23/08 

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения мощности двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение точности измерения в условиях эксплуатации.

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения мощности цилиндров.

Устройство содержит датчик 1 частоты вращения, выход которого соединен с входом преобразователя 2 частоты следования импульсов в напряжение и счетным входом счетчика 3 угловых меток цикла, дифференциатор 4, вход которого соединен с выходом преобразователя 2 и входом сглпживающего фильтра 5, а выход связан с сигнальным входом линейного ключа 6 выделения ускорения цилиндров, управляющий вход ключа 6 соединен с выходом формирователя 7 строба, а выход - с входом инвертора 8 и через переключатель 9 разгона-выбега - с сигнальным входом интегратора 10 со сбросом, сглаживаю ций фильтр 11 , вход которого соединен с выходом интегратора 10, а выход - с сигнальным входом линейного ключа 12 памяти, селектор 13, сигнальный вход которого связан с выходом фильтра 5, а выход - с упра ляющими входами ключа 12 и вольтметра 14, запоминающее устройство 15, вход которого соединен с выходом ключа 12, а выход - с сигнальным входом измерителя ускорений (вольтметром 14), датчик 16 синхронизации выход которого соединен с входом блока 17 формирования начала отсчета угловых меток, выход блока 17 соединен с сигнальным входом блока 18 синхронизации налача отсчета угловых меток, выход блока 18 соединен с установочным входом счетчика 3, управляющий вход счетчика 3 соед нен с выходом задатчика 19 угловых меток цикла, первьй выход счетчика 3 связан с сигнальным входом блока 20формирования угловых меток (контролируемого цилиндра), а второй выход - с управляющим входом интегратора 10 со сбросом, задатчик

21номера угловых меток (контролируемого цилиндра) соединен с; управляющим входом блока 20, формирователь 7 строба соединен с вьпсо838462

дом блока 20. Селектор 13 уровня содержит управляющий вход 22, а управляющий блок 18 синхронизации начала отсчета угловых меток - управ5 ляющий вход 23.

Датчик 1 частоты вращения формирует стандартные импульсы, частота появления которых пропорциональна угловой скорости вращения вала U) , а количество Ntp- углу поворота Ч коленчатого вала двигателя. Последовательность этих импульсов преобразуется в преобразователе 2 частоты следования импульсов в напряжение. Это напряжение дифференцируется дифференциатором 4 и поступает на сигнальный вход линейного ключа 6. Линейный ключ 6 пропускает сигнал на свой выход только в течение действия строба, поступивщего на его управляющий вход.

Фильтр 5 осуществляет сглаживание (скользящее усреднение) изменяющейся в разгоне угловой скорости. Время усреднения выбирается примерно равным одному или двум поворотам вала . на 360 в окрестности той частоты вращения, где необходимо оценить мощности цилиндров о Селектор 13 уровня непрерывно следит за изменяющейся в разгоне частотой вращения (усредненной угловой скоростью) и фиксирует момент достгокения двигателем заданного значения частоты вращения судр , т.е. формирует импульс для управления ключом 12 памяти и вольтметром 14. Инвертор 8 включается переключателем 9 только на выбеге и преобразует отрицательное ускорение в положительное. Интегратор 10 со сбросом осуществляет усреднение (интегрирование) сигнала в течение времени между импульсами, поступающими на его управляющий вход. С поступлением импульса на управляющий вход интегратор обнуляется. Сглаживающий фильтр 11 производит дополнительное усреднение сигнала, в том числе сглаживает участки действия управляющих импульсов, Ключ 12 памяти служит для прекращения подачи на запоминающее устройство 15 сигнала после момента поступления на его управляющий вход импульса с выхода селе тора 13 уровня. Запоминающее устройство 15 запоминает среднее значение напряжения, поступающего с выхо3да ключа 12. Управляющим импульсом с выхода селектора уровня включается в работу вольтметр 14, измеряющий напряжение на выходе устройства 15, которое характеризует ускорение цилиндра и его мощность. Датчик 16 синхронизации формируе один импульс за цикл работы двигателя . Момент появления импульса синхронизации соответствует определенному моменту цикла работы. В качестве датчика 16 может быть исполь зован, например, датчик начала подачи или впрыска топлива в один из цилиндров в дизельных, датчик искры зажигания одного из цилиндров в карбюраторных двигателях. Блок 1 формирования начала отсчета угловых меток вьщеляет передний фронт импул са датчика 16 синхронизации. Если на управляющем входе 23 сто ит сигнал О, блок 18 синхронизации пропускает непрерывно импульсы, сформированные в блоке 17, на устан вочный вход счетчика 3 и устанавливает этими импульсами счетчик 3 в нулевое положение. При поступлении на вход 23 импульсного сигнала 1 блок 18 вьщеляет передний фронт это го сигнала, которьй проходит на уст новочный вход счетчика 3 для его об нуления. Поступивший вслед за зтим импульс с выхода блока 17, который соответствует переднему фронту вибр импульса впрыска, происходит через блок 18 синхронизации для обнуления счетчика 3. Последующие импульс с выхода блока 17 на счетчик rfe проходят, так как вход блока синхро низации заблокирован. Блок 17 формирования начала отсч та включает в себя последовательно соединенные пиковый детектор, дифференциатор и формирователь импульсов (триггер Шмитта). Постоянная вр мени заряда пикового детектора выби рается из условия неискаженного вьщ ления переднего фронта виброимпульс а разряда - из условия разряда емкости на 80-90% к моменту прихода следующего виброимпульса от впрыска топлива в тот цилиндр, на которо установлен вибродатчик (в области номинальной частоты вращения). Применение такой схемы блока 17 позволяет устранить помехи от впрысков топлива в другие цилиндры и от соуд рения деталей. 464 Блок 18 синхронизации начала отсчета угловых меток представляет собой статический триггер и схему ; вьщеления переднего фронта, на один вход триггера поступают импульсы с выхода блока 17, на второй вход 23 сигналы О или импульсный 1, которые подаются по команде или оператором с помощью кнопки. Счетчик 3 угловых меток цикла представляет собой самообнуляющийся счетчик. Обнуление его производится при накоплении счетчиком определенного числа импульсов, которое предварительно установлено с помощью задатчика 19 числа угловых меток цикла. Это число (емкость счетчика) устанавливается в соответствии с удвоенным числом зубьев (угловых меток) на венце маховика контролируемого двигателя . Независимо от числа подсчитанных счетчиком 3 импульсов его обнуление может проводиться поступившим на установочный вход импульсом с выхода блока 18. Блок 20 формирования угловых меток представляет собой дешифратор, с выхода которого поступают на формирователь 7 строба цилиндра импульсы, подсчитанные счетчиком 3, которые соответствуют началу и концу рабочего такта контролируемого цилиндра (или части этого такта). Задатчик 21 номера цилиндра представляет собой коммутатор (переключатель), управляющий работой дешифратора (блока 20). Принцип действия предлагаемого устройства при измерении индикаторной мощности отдельных цилиндров двигателя без их отключения заключается в измерении среднего значения ускорений на участке работы проверяемого двигателя в разгоне, затем в выбеге на этом же участке (или наоборот)и вычитании (алгебраически) второго значения из первого. Для этого с помощью датчика 1 угловой скорости, датчика 16 синхронизации, счетчика 3 угловых меток, блоков 20, 7 формирования и задатчиков 19 и 21 формируется строб, длительность которого соответствует участку работы контролируемого цилиндра. Этот строб управляет линейным ключом 6, который пропускает на свой выход в течение действия указанного строба напряжение, соответствующее мгновенным значениям ускорения. Ускорение, поступившее на сигнальный вход ключа 6, формируется путем преобразования частоты Следования импульсов (углов меток) датчика 1 в напряжение в преобразователе 2 и его дифференцированием в дифференциаторе 4. В режме разгона непосредственно, а в режме выбега через инвертор 8 напряжение с выхода ключа 6 поступает на сигнальный вход интегратора 10 со сбросом и далее через сглаживающий фильтр 11 на сигнальный вход ключа 12 памяти. С помощью интегратора 10

фильтра 11 осуществляется вьщеление I 1

среднего значения ускорения контролируемого цилиндра за цикл работы двигателя. Для оценки мощности цилиндров при заданном скоростном режиме осуществляется скользящее сглаживание (усреднение) выходного напряжения преобразователя 2 с помощью фильтра 5. Сглаженное фильтро 5 напряжение поступает на сигнальны вход селектора 13, на управляющий вход 22 которого подается напряжени соответствующее требуемому скоростному режиму Wgpоценки мощности цилиндров. При достижении двигателем угловой скорости uJ(jn с выхода селектора 13 подается на вход ключа 15 памяти импульс, который блокирует вход запоминающего устройства. Оставшееся в запоминающем устройстве 15 напряжение, соответствую щее среднему значению ускорения, создаваемого работой контролируемого цилиндра, измеряется вольтметром 14.

При измерении мощности двигателя в целом работа устройства аналогична описанному за исключением того, что ключ 6 непрерывно пропускает сигнал.

Измерение мощности цилиндра, участок работы которого характеризуется моментом поступления после появления сигнала датчика 16 синхронизации N1/ и М.импульсов датчика 1 угловой скорости, происходит следующим образом. Перед началом измерения вручную или по команде оператора задатчиком 19 устанавливается требуемая емкость счетчика 3, а задатчиком 21 - номера импульсов М1..и NI , кроме того, на вход 22 подается напряжение, соответствующее требуемому значению скорости 00 .., на входе 23 устанавливается сигнал О, переключатель 9 устанавливается в положение соответствующее разгону двигателя. Нажатием кнопки или по команде управляющего устройства диагностической системы на вход 23 блока 18 синхронизации подается импульсный сигнал 1. Передний фронт этого сигнала обнуляет счетчик 3. С приходом импульса синхронизации с датчика 16 блокируется вход блока 18, а передним фронтом этого импуяьса вновь обнуляется счетчик 3, затем начинается накопление импульсов счетчиком 3 угловых меток датчика 1. После накопления числа импульсов, равного удвоенному числу зубьев (угловых меток) маховика, счетчик задним фронтом последнего импульса самообнуляется и с приходом следующего импульса вновь начинается их накопление. Таким образом, первый импульс, подсчитанный счетчиком. Соответствует одному и тому же зубу (угловой метке), следующему непосредственно за началом впрыска топлива в цилиндр, на котором установлен датчик 16. Так как вход блока 18 заблокирован, то счетчик 3 непрерывно накапливает импульсы, начиная с указанного первого импульса Далее в разгоне и выбеге указанная угловая метка будет слулсить опорной которая определяет выделение предполагаемого интервала работы Ц тиндра.

Затем устанавливают двигатель режима минимальной частоты вращения холостого хода и резкой подачей топлива двигатель разгоняется до максимальной угловой скорости.

Каждым импульсом с выхода блока 17 формирования начала отсчёта угловых меток счетчик 3 обнуляется и приходом вслед за этим первого импульса с датчика 1 угловой скорости счет возобновляется. При накоплении счетчиком числа импульсов, установленного задатчиком 19, последним импульсом счетчик самообнуляется. Независимо от этого обнуление счетчика 3 производится импульсом .с выхода блока 18. Несовпадение этих импульсов, как правило не превьппает интервала между соседними угловыми метками и при достаточном их числе (больше ста) вносимая погрешность ничтожна. Кроме того, после момента впрыска до момента начала горения газовые силы, характеризующие индикаторную мощность цилиндра, еще не формируют положительного ускорения. В соответ ствии с установленными задатчиком 2 номерами импyльcoвN f и Nt фор-мирователь 7 формирует строб, который открывает ключ 6 на время дей ствия строба. Селектор 13 уровня непрерывно следит за увеличивающейся скоростью двигателя. На сигнальный вход ключа 6 непрерывно подаетс напряжение, соответствующее ному значению ускорения коленчатого вала двигателя, а на управляющий вход этого ключа непрерывно подается строб, соответствующий угловому положению рабочего участка контролируемого цилиндра. После сглаживания интегратором 10 и фильтром 11 пропущенного ключом 6 сигнала на входе ключа 12 памяти непрерывно присутствует напряжение, которое соответствует среднему значению ускорения за каждый цикл работы двигателя, вызванного рабочими процессами контролируемого цилиндра на всем протяжении разгона. До момента достижения требуемой угловой скорости ключ 12 открыт и запоминаю щее устройство 15 непрерывно запоминает подаваемое на его вход напряжение. При достижении угловой скорости Со 5р селектор 13 уровня срабатывает и формирует на своем выходе сигнал, который, воздействуя на управляющий вход ключа 12.памяти блокирует его сигнальный вход. Одно временно этим же сигналом включается в работу вольтметр 14, который измеряет напряжение, соответствующее ускорению разгона контролируемого цилиндр а. I Затем убирают полностью подачу топлива и аналогично измеряют ускорение на том же участке в режиме вы бега, соединив предварительно с помощью переключателя 9 вход интегратора 10 с выходом инвертора 8. Вычт полученное значение ускорения из из меренного в разгоне, определяют ускорение коленчатого вала двигателя, вызванное только процессами горения и сжатия в контролируемом цилиндре, и определяют по известному значению момента инерции мощность цилиндра на частоте . При этом на выбеге в качестве опорной будет та угловая метка, которая следует непосредственно за моментом последнего впрыска топлива в цилиндр. В связи с тем, что на сигнальный вход запоминающего устройства 15 непрерывно подается напряжение, эквивалентное временной зависимости среднего значения ускорения, вызванного работой контролируемого цилиндра в процессе всего разгона или выбега, в отличие от известного в предлагаемом устройстве отсутствует необходимость многократного измерения с целью сохранения идентичных условий работы цилиндров по скоростному режиму и расходу топлива. В режиме разгона двигателя импульс впрыска топлива может расцгиряться и появляются дополнительные всплески, которые могут быть приняты за начало впрыска топлива. Так как с ростом частоты вращения впрыск топлива смещается в сторону позднего угла и, кроме того, между моментами впрыска и начала горения еще не создается положительного ускорения коленчатого вала, то с целью повышения помехоустойчивости измерений возможно выделить опорную угловую метку только один раз в стационарном режиме частоты вращения или в начале разгона. В этом случае по команде (импульсной 1 на входе 23) или нажатием кнопки первый импульс впрыска проходит через блок 18 синхронизации начала отсчета угловьпс меток и обнуляет счетчик 3. С приходом первого импульса с датчика 1 частоты вращения счетчик 3 начинает накапливать импульсы, при накоплении счетчиком 3 числа импульсов, заданных задатчиком 19 числа угловых меток цикла, последним импульсом счетчик обнуляется, с приходом следующего импульса с датчика 1 счет возобновляется . Последующие импульсы впрыска с датчика 16 не проходят на установочный вход счетчика 3, так как его вход заблокирован (по команде 1 на входе 23 статический тригrep в блоке 18 устанавливается в такое положение, что только первый импульс впрыска переворачивает триггер в другое устойчивое состояние и последующие импульсы впрыска изменить его не могут).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ тЛИЕЦРОЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, .содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, селектор уровня, датчик синхронизации, блок формирования начала отсчета угловьпс меток, блок формирования угловых меток и задатчик номера угловой метки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях эксплуатации, в него дополнительно введены самообнуляющийся счетчик с регулируемой емкостью, блок синхронизации начала отсчета угловых меток,задатчик угловых меток цикла, формирователь строба, преобразователь частоты следования импульсов в напряжение, сглаживающий фильтр, ключ выделения рабочего хода поршня цилиндра, дифференциатор, инвертор, переключатель разгона-выбега, управляющий интегратор, ключ памяти, запоминающее устройство и цифровой вольтметр , при этом вход ключа вьщеления рабочего хода поршня цилиндра соединен с выходом дифференциатора, а выход - с входом инвертора и переключателя разгона-выбега, управляющий вход ключа вьделения рабочего хода поршня цилиндра соединен с выходом формирователя строба, выход переключателя разгона-выбега соединен с сигнальным входом управляющего интегратора, выход которого соединен через сглаживающий фильтр, ключ памяти и запоминающее устройство с цифровым i вольтметром, причем управляющие входы ключа памяти и вольтметра соединены (Л с выходом селектора уровня, управляющий вход самообнуляющегося счетчика с регулируемой емкостью соединен с выходом задатчика угловых меток цикла, первый установочный вход связан с выходом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, 00 второй счетныйвход - с датчиком со частоты вращения вала двигателя, пер00 вый выход связан с входом интегратоij; ра, а второй выход - с сигнальным входом блока формирования угловых О) меток, управляющий вход которого связан с задатчиком номера угловых меток, а выход - с входом формирователя строба, вход блока синхронизации начала отсчета угловых меток связан с выходом блока формирова,ния начала отсчета, вход которого, в свою очередь,соединен с датчиком синхронизации.