Устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК G01M15/00 

Фиг2

ции излучения выхлопа, С усилителей 5 сигналы подаются на измеритель отношения 6, выход которого соединен с одним входом двухканального осциллографа 7 и выпрямителем 8. Напряжение на выходе выпрямителя, измеряемое вольтметром 9 характеризует среднее значение задымленности для всего двигателя, а импульсы, регистрируемые осциллографом, - для каждого цилиндра. Кроме того, на второй вход осциллографа подается сигнал с выхода уси. 1

Изобретение относится к технической физике и предназначено для обнаружения и индикации равномерности работы цилиндров две и определения степени задымленности выхлопных газов.

Цель изобретения - неконтактный дистанционный контроль равномерности работы цилиндров двигателя.

На фиг,1 показана спектральная плотность излучения при твердого тела (а) и продуктов сгорания уг леводородного топлива (б); на фиг.2 функциональная схема устройства для диагностики ДВС; на фиг.З - осциллограммы напряжений с выходов усилителей макета двухканального приемника, полученные фотографированием Экрана двухлучевого осциллографа при наблюдении выхлопа: при малом содержании сажи во всех цилиндрах (а) и при увеличении содержания сажи в выхлопе одного цилиндра (б).

Устройство для диагностики ДВС состоит из обьектива 1, принимакяце- го излучение выхлопных газов (зеркального или линзового), делительного зеркала 2, которое пропускает излучение с длиной волны 2-4,5 мкм на фотоприемник 3 и отражает излучение с длиной волны 8-10 мкм на фотоприемник 4. Фотоприемники преобразуют принятое излучение в электрическое напряжение, которое усиливается усилителями 5 низкой частоты, что позволяет селектировать фоновое излучение и принимать только пульсации излучения выхлопа.

лителя фотоприемника 3, чувствительного к излучению газов, что позволяе определять равномерность работы всех цилиндров по амплитуде пульсаций излучения. При выявлении отклонений номер неисправного цилиндра может быть установлен путем подключения датчика синхронизации 10 к первому цилиндру. Для карбюраторных двигателей синхронизация берется от системы зажигания, для дизельных - от датчика давления, 3 ил.

С усилителей 5 сигналы подаются на измеритель 6 отношения, выход которого соединен с одним входом двухканального осциллографа 7 (самопис- ца) и с выпрямителем 8, Напряжение на выходе выпрямителя, измеряемое вольтметром 9, характеризует среднее значение задымпенности для всего двигателя, а импульсь, регистрируемые осциллографом - для каждого цилиндра. Кроме того, на второй вход осциллографа подается сигнаЛ с выхода усилителя фотоприемника 3, чувствительного к излучению газов, что

позволяет определять равномерность работы всех цилиндров по амплитуде пульсаций излучения. При выявлении отклонений номер неисправного цилиндра может быть установлен путем

подключения датчика 10 синхронизации к первому цилиндру. Для карбюраторных двигателей.синхронизация берётся от системы зажигания, для дизельных - от датчиков давления,

Таким образом, контроль осуществляется дистанционно по тепловому излучению без подключения синхронизации, которая необходима только при обнаружении неисправности отдельных

цилиндров,

Объектив должен удовлетворять двум требованиям. Во-первых, он должен обеспечить прием ИК-излучения в диапазоне от 2 до 10 мкм, а, во-вто- рых, поле зрения его должно обеспечить регистрацию пульсаций излучения отдельных выхлопов. Результаты проведенных экспериментальных исследова5

НИИ показывают, что размер области выхлопа (I) от отдельного цилиндра соизмерим с диаметром выхлопной трубы. Наиболее оптимальным линейным размером поля зрения объектива в плоскости объекта является размер, равный диаметру выхлопной трубы. Если размер поля зрения будет больше, то будет происходить интегрирование пульсаций излучения нескольких выхло- пов, что приведет к существенному уменьшению сигнала. Если же поле зрения сделать меньше, то сигнал будет искажен помехами, обусловленными турбулентностью потока газа даже в вы- хпопе одного цилиндра. Плотность излучения любого объекта определяется выражением

6 т

I

ё Т

плотность излучения; излучательная способность; постоянная Стефана-Больцмана; абсолютная температура. 25

Распределение излучения по спектру зависит от характера излучающего объекта. Так, твердые тела имеют непрерывный спектр излучения, газы, наоборот, резко выраженный селектив- ный спектр. Таким образом, если в объеме, с которого производится прием излучения, будут присутствовать газы и твердые частицы, то спектр 1ль ный состав излучения позволит опре- делить относительный вклад отдельных источников излучения, т.е. относительную концентрацию газа и твердых частиц, Дпя этого необходимо использовать как минимум два фотоприемни- ка: один в диапазоне излучения газа, а другой в более длинноволновом диапазоне, где излучение твердых частиц существенно больше, чем излучение газа.

Суммарное излучение каждого объекта будет определяться количеством излучающих частиц в данном объеме. Так как число твердых частиц в выхлопе незначительно, то и доля их излучения мала, несмотря на высокое значение излучательной способности.

Таким образом, если используется два фотоприемника с диапазонами чувствительности 2-4,5 и 8-10 мкм, то отношение сигналов с обеих фотоприемников при малом содержании твердых частиц будет мало, т.е.

70

/а-10

т

o 5

0

5

5 0 5

0

5

А а-,6

При появлении в выхлопе твердых частиц будет происходить увеличение энергии излученияв диапазоне 8- 10 мкм, в результате чего величина отношения увеличится. Таким образом, величина отношения может служить критерием относительного количества твердых частиц в выхлопных газах.

Сущность изобретения сводится-к регистрации пульсаций теппового излучения в двух спектральных каналах и к определению величины отношения полученных сигналов для определения содержания твердых частиц в выхлопе. Причем величина отношения определяется и для каждого цилиндра, и интегрально для всего двигателя.

По величине амплитуд импульсов излучения в первом канале, принимающем излучение газов, относительно среднего уровня проводится оценка качества работы каждого цилиндра, а по величине отношения относительного количества твердых частиц в выхлопе как для каждого цилиндра, так и для двигателя в целом.

Чувствительность современных фотоприемников позволяет проводить дистанционный прием излучения даже низкотемпературных источников, какими являются выхлопные газы. Температурное разрешение 0,1-0,05 является уже обычным показателем для ии- фракрасных радиометров и тепловизоров , что доказывает возможность реализации устройства.

Обычно размер поля зрения объектива определяют углом поля зрения (Q) . В данном случае этот угол должен выбираться таким образом, чтобы обеспечить необходимый линейный размер в плоскости объекта наблюдения, т.е. определяться из условия

d Q - arctg --,

где R - расстояние от объектива до объекта.

Таким образом, угол поля зрения определяется диаметром выхлопной трубы и расстоянием.

В предпагаемом устройстве диагностики используется двухканальное фотоприемное устройство.

Отличием предлагаемого двухка- нального фртоприемного устройства от известных является выбор спектральных

диапазонов каналов, которьй определяется назначением каждого канала и всего устройства в целом.

Выбор спектрального диапазона вто рого канала продиктован необходимостью обеспечения приема максимума излучения газов, которые входят в состав продуктов сгорания ДВС, и в частности тех газов, количество кото рых в меньшей степени зависит от режима работы двигателя. Характерной особенностью излучения газов является то, что с изменением температуры длина волны излучения газа меняется незначительно.. Кроме того, газы излучают на нескольких линиях. именно данной области (2-4,5 мкм) обусловлен необходимостью уменьшить долю принимаемого излучения твердых частиц. При диагностике конкретного типа двигателя диапазон газового, канала может быть сделан еще уже, т.е. ориентирован на излучение конкретного газа.

Усилитель низкой частоты предназначен для усиления электрических сигналов с фотоприемника, соответствующих пульсациям излучения отдельных выхлопов. Назначение непосредственно определяет и конструктивные особенности усилителя, в частности полосу пропускания. Частота пульсаций определяется числом цилиндров в двигателе и числом оборотов f nN --.

с

Это будет частота основной гармоники ЕСЛИ в двигателе будут неисправные цилиндры, то это приведет к появлению гармоник f. iN, где i - число неисправных цилиндров. Таким образом усилитель должен обеспечить пропускание всех рабочих гармоник, несущих информацию о состоянии двигателя. С другой стороны, для повышения чувствительности и подавления помех фона и внутренних шумов фотоприемника целесообразно полосу уменьшать. Известно , что помехи фонового излучения и основные внутренние шуьш фотоприем

НИКОВ низкочастотны со спектром вида

U(f) с Таким образом, полоса

пропускания усилителя с учетом изложенного определяется границами iN nNr, где г - коэффициент разрешения, который 3aBHCHt от требований к разрешению временной структуры отю 15 20 5

0 5

0

5

0

5

дельного импульса. В простейшем случае при определении только факта и количества исправных и неисправных цилиндров г 1.

Перечисленные конструктивные параметры элементов устройства являются существенно необходимыми для функционирования всего устройства и непосредственно связаны с характеристиками ДВС.

Предлагаемое устройство для диагностики является неконтактными, что не требует подключения датчиков к двигателю и существенно уменьшает трудоемкость и длительность контроля, позволяет проводить дистанционный контроль (с расстояний от 0,5 до 50 м в зависимости от параметров фотоприемников), пригоден для контроля ДВС любых типов (карбюраторных, дизельных, роторных), кроме того, является более информативным, так Как определяет не компрессию, а характер протекания рабочего процесса и степень задымленности газов, причем независимо от уровня общей за- дымпенности около выхлопной трубы.

В предлагаемом устройстве используются серийные приборы и элементы, что делает возможным его реализацию.

Формула изобретения

Устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания по параметрам выхлопных газов, содержащее Датчик, усилители, блок синхронизации, осциллограф и индикатор, причем датчик через усилители связан с индикатором и осциллографом, подключенным к блоку синхронизации, отличающееся тем, что, с целью неконтактного дистанционного контроля равномерности работы цилиндров и определения дымности, устройство дополнительно содержит измеритель отношения и выпрямитель, включенные последовательно на выходах усилителей в связь последних с индикатором, а измеритель отношения включен в связь усилителей с осциллографом, датчик выполнен в виде инфракрасного объектива, делительного зеркала с двумя выходами и двух фотоприемников с диапазоном чувствительности 2,0-4,5 и 8-10 мкм, а усилители выполнены в виде усилителей низкой частоты.

/..

0.5

О 1 2 3 f 5 6 7 8 3 ion 12 aФиг.1

JijMKM

fpuz.3

Составитель Н.Патрахальцев. Редакторши.Данкулич Техред В.Кадар Корректо) М.Максимишинец

Заказ 2116/34Тираж 778Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к технической физике и предназначено для обнаружения и индикации равномерности работы цилиндров ДВС и определения степени задымпенности выхлопных газов. Цель изобретения - неконтактный дистанционный контроль равномерности работы цилиндров двигателя. Устройство состоит из объектива 1, принимающего излучение выхлопных газов, делительного зеркала 2, которое пропускает излучение с длиной волны 2-4,5 мкм на фотоприемник 3 и отражает излучение с длиной волны 8-10 мкм на фотоприемник 4. Фотоприемники преобразуют принятое излучение в электрическое напряжение, которое усиливается усилителями низкой частоты 5, что позволяет селё1стировать фоновое излучение и принимать только пульсас € (Л KJ И 5