Устройство для определения верхней мертвой точки поршня двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК G01M15/00 

.

112

Изобретение относится к диагностированию технического состояния двигателей внутгеннего сгорания, в частности дизелей,и может быть использовано для определения верхней мертвой точки (ВМТ) поршневого двигателя.

Цель изобретения - расширение области применения, повышение точности и производительности диагностирова- ни.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения ВМТ,

Устройство содержит генератор 1 высокочастотного гармонического сигнала, один зажим которого подключен к первому входному зажиму датчика 2 тока, а другой соединен с цилиндром 3 дизеля и первым подвижньм контактом сдвоенного переключателя 4, Второй выходной зажим датчика 2 тока через резистор 5 связан с вторым подвижным контактом сдвоенного переключателя 4 Первый неподвижный контакт первой секции сдвоенного переключателя 4 подключал к второму неподвижному кон такту второй секции этого переключателя и первой токопроводящей пластине 6. Второй неподвижный контакт первой секции сдвоенного переключателя 4 соединен с первым неподвиж- ным контактом этого переключателя и второй токопроводящей пластиной 7, Пластины 6 и 7 отделены друг от дру- гв диэлектриком 8, изолированы от цилиндра 3 и первого 9 и второго 10 поршней дизеля и неподвижно установлены в кймере сгорания цилиндра. Выход датчика 2 тока соединен с входом усилителя 11, выход усилителя 11 подключен к входу детектора ,12, вы- ход детектора 12 - к входу фильтра 13 низкой частоты, а выход фильтра

13через разделительный конденсатор

14связан с входом схемы 15 регистрации максимума. Выходной зажим послед ней объединен с выходом устройства,

В качестве сдвоенного переключателя 4 могут быть использованы сдвоенный тумблер, переключатель типа

П2К, галетный переключатель и т,д, Генератор высокочастотного гармонического сигнала может быть выполнен на любой элементной базе по любой известной схеме, например по схеме ин- дуктивной или емкостной трехточки. Резистор 5 может быть любого типа, например НПТ, ВС, УЛИ, ПЭВ, а в качестве датчика 2 тока может быть ис25

477

5

О

5 20 . 30 35 40

45

50

55

141

пользован шунт или любой из указанных типов резисторов. Усилитель 11 представляет собой усилитель переменного напряжения и может быть реализован на транзисторах или микросхемах. Детектор 12 может быть выполнен в виде одно- или двухполупериодного выпрямителя, например, на диодах серии Д2, Д9 и др. Фильтр 13 может быть реализован на транзисторах или интегральных микросхемах. На такой же элементной базе может быть выполнена и схема 15 регистрации максимума. Разделительный конденсатор 14 может быть выбран любого типа, например МБМ, КСО, ККГ, МБПП,

Устройство работает следующим образом.

Диагностирование дизеля со встречно движущимися поршнями. Для определения положения верхней мертвой точки нижнего поршня 9 в цилиндре дизеля сдвоенный переключатель 4 устанавливается в положение, в котором резистор 5 одним зажимом оказывается подключенным к второй пластине 7, а второй зажим генератора 1 высокочастотного гармонического сигнала, подключенный к цилиндру 3, оказывается соединенным с первой пластиной 6, В результате этого подвижные контакты сдвоенного переключателя 4 оказываются подключенными к конденсатору, которьй состоит из двух параллельно включенных конденсаторов. Один из этих конденсаторов образован пластинами 6 и 7 и заключенным между ними диэлектриком 8, а второй - пластиной 7 и нижним поршнем 9, Суммарная емкость этих конденсаторов падает с увеличением расстояния между нижним поршнем и нижней пластиной 7, а с уменьшением этого расстояния увеличивается. Под действием выходного напряжения генератора 1 через датчик 2 тока, резистор 5 и вьшхеупомянутый конденсатор протекает переменньй гармонический ток высокой частоты.

На выходе датчика 2 тока в этом случае действует сигнал, определяющийся выражением

и„, К I К и Л

2т 2 w

,.

Lcos(e,)-/

где г -сопротивление резистора в последовательной пассивной электрической- цепи;

d - толщина изоляции между токо- проводяп;ими пластинами

d. - расстояние между нижней пластиной и поршнем; К - коэффициент преобразования датчика тока, т.е. отношение его выходного сигнала к входному i

S - площадь пластин;, - . круговая частота высокочастотного гармонического сигнала;

- электрическая проницаемость изоляции между токопроводя- щими пластинами и средой; - то же, между нижней пластиной и поршнем.

Выходной сигнал датчика 2 тока после усиления с помощью усилителя 11 поступает на детектор 12 и на выходе последнего в результате детектирования действует переменный по величине сигнал положительной полярности, который представляет собой амплитудно-модулированное напряжение. Причем частота последнего равна частоте генератора 1, а амплитуда изменяется в соответствии с изменением расстояния между нижней пластиной 7 и нижним поршнем 9. Амплитудное значение указанного напряжения определяется по формуле

KjKj4Kj,lJj,

d.d,,,

Y (d,,+d,,)l

(2)

где Кл - коэффициент усиления усилителя 11J К - коэффициент передачи детек-

2,

тора 12,

, к.

Выходной сигнал детектора 12 поступает на фильтр 13 низкой частоты, который не пропускает высокочастотную переменную составляющую сигнала, а пропускает его постоянную составляющую и низкочастотную переменную составляющую, обусловленную изменением расстояния между второй пластиной 7 и нижним поршнем 9. Выходное напряжение детектора При минимальной величине этого расстояния и при мак- симальнрй его величине соответственно

««,

«и

Л г2 2

| .ГЧ,).1

Г24d da

(М.ЕЛмиц)

(4)

Постоянная составлякмцая сигнала и,з не пропускается разделительным конденсатором 1А, благодаря чему на вход схемы 15 регистрации максимума поступает только низкочастотная переменная составляющая, размах которой равен

,.4 К.4 (и. ..«

(5)

5

S

где К - коэффициент переда и конденсатора 14.

При достижении сигналом на входе схемы 15 регистрации максимума макQ симальнсхго значения указанная схема вырабатывает прямоугольный импульс, причем момент начала этого импульса совпадает с моментом достижения максимального значения выходными сигна5 лами фильтра 13, детектора 12, усилителя 11, датчика тока, а также с моментом достижения амплитудного значения током резистора 5. Поскольку последнее происходит при минимальном

Q расстоянии между нижней пластиной и нижним поршнем, то момент формирования прямоугольного импульса на выходе схемы 15 соответствует моменту пребьшания этого поршня в верхней . мертвой точке.

Для определения ВМТ верхнего поршня 10 сдвоенный переключатель 4 устанавливается в положение, в котором резистор 5 оказьшается подключенным

- к верхней токопроводящей пластине 6, а нижняя пластина 7 - к второму выходному зажиму генератора 1 и цилиндру 3 дизеля. В этом случае между левым (по-схеме) зажимом резистора 5

и вторым выходным зажимом генератора 1 включается конденсатор, образованный пластинами 6 и 7 и поршнями 9 и 10 и имеющий емкость С, равную

(6)

С + M.)

L где - электрическая проницаемость изоляции между токопроводя- щими пластинами;

электрическая проницаемость среды между верхней токопроводящей пластиной и верхним поршнем;

- толщина изоляции между токо- проводящими пластинами,

- расстояние между верхней

пластиной 6 и верхним поршнем 10,

Под действием сигнала генератора 1 череэ емкость, резистор 5 и датчик 2 протекает переменный ток высокой частоты, который измеряется датчиком 2 тока. Выходной сигнал последнего определяется по формуле (1), в которой переменные d и представляют собой соответственно расстояние между пластиной 6 и поршнем 10 и электрическую проницаемость среды между ними. Далее указанный сигнал усиливается усилителем 11, детектируется детектором 12, фильтруется с помощью фильтра 13, очищается от постоянной составляющей конденсатором

14и поступает на схему 15 регистрации максимума. Выходные сигналы соответствующих элементов устройства определяются по формулам (2)-(5),

но параметры f и dj в данном случае отражают соответственно диэлектрическую характеристику среды, заключенной между верхним поршнем и верхней пластиной 6, и расстояние между ними В моменты достижения максимального значения сигналом на входе схемы

15регистрации максимума, что происходит при достижении максимального значения током конденсатора, схема 15 вьфабатьтает импульсы ВМТ,

При диагностировании дизеля, в каждом цилиндре которого имеется один поршень, с цилиндром соединяют (путем установки в соответствующее положение переключателя 4) более отдаленную от поршня токопроводящую пластину.

Поскольку предлагаемое устройство обеспечивает определение верхних мертвых точек дизелей со встречно движущимися, поршнями и однопоршневых дизелей, то область его применения шире, чем устройства-прототипа, поскольку последнее пригодно только для определения ВМТ однопоршневых двигателей.

Предлагаемое устройство вырабатывает импульс верхней мертвой точки при максимальном токе резистора 5 (ток имеет максимальное значение при минимальном расстоянии между соот

ветствующими токопроводящей пластиной и поршнем, т,е, когда поршень в действительности находится в ВМТ), Поскольку на величину этого тока силы сопротивления, преодолеваемые поршнем, влияния не оказывают, то наличие задиров в цилиндропоршневой группе, различных неплотностей, трещин, утечек и т,д, не влияет на процесс формирования импульса верхней мертвой точки и его фазу, В результате этого точность определения положения ВМТ с помощью предлагаемого .

устройства вьш1е, чем при использовании известного устройства, поскольку в последнем случае указанные факторы влияют на ток электрической машины и, как следствие, на момент формирования сигнала ВМТ (снижая тем самым точность определения положения этой точки),

Предлагаемое устройство обеспечивает определение положения верхних мертвых точек на работающем двигателе, в результате чего нет необходимости создавать режим прокрутки двигателя с постоянной частотой вращения (в отличие от прототипа, где

эта операция необходима),

Вследствие исключения операции прокрутки предлагаемое устройство обеспечивает снижение трудоемкости диагностирования и повышение его производительности.

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности определения верхней мертвой точки, повышение производительности диагностирования и обладает более широкой областью применения.

Форму л а изобретения

Устройство для определения верхней мертвой точки поршня двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник напряжения, датчик верхней мертвой точки, датчик тока, усилитель, разделительньй конденсатор , схему регистрации максимума и переключатель, причем один зажим источника напряжения подключен к первому входному за- жиму датчика тока, выход которого

соединен с входом усилителя, а первая обкладка разделительного конденсатора подключена к входу схемы регистрации

максимума, отличаю-щееся тем, что, с целью расширения области применения и повьшения точности и производительности, в него введены резистор, детектор и фильтр низкой частоты, а переключатель выполнен двухсекционным, датчик верхней мертвой точки выполнен в виде первой и второй токопроводящих пластин, а ис- точник напряжений выполнен в виде генератора высокочастотного гармонического сигнала, причем первая и вторая токопроводящие пластины установ- лены неподвижно в камере сгорания ци- линдра двигателя и изолированы от поршня цилиндра и друг от друга, второй выходной зажим генератора соединен С цилиндром двигателя и с подвижным контактом первой секции переключателя, второй входной зажим датчика тока через резистор связан с подвижным контактом второй секции переключателя, выход усилителя, через детектор связан с входом фильтра низкой частоты, соединенного с второй обкладкой разделительного конденса- тора, первьш неподвижный контакт первой секции переключателя подключен к второму неподвижному контакту второй секции переключателя и первой токопроводящей пластине, второй неподвижный контакт первой секции переключателя соединен с первым неподвижным контактом второй секции переключателя и второй токопроводящей пластиной.

Изобретение позволяет расширить область применения и повысить точность и производительность. При работе устройства вырабатывается высокочастотный гармонический сигнал и измеряется протекающий под действием этого сигнала ток в последовательной пассивной электрической цепи, образованной резистором и измерительным конденсатором. Причем в качестве одной обкладки последнего используют одну неподвижно, установленную в камере сгорания цилиндра токопроводя- щую пластину, изолированную от поршня и цилиндр а, а в качестве другой обкладки - поршень и другую неподвижно установленную в камере сгорания и изолированную от первой токопрово- дящую пластину, которую соединяют с цилиндром дизеля. Для выделения низкочастотной составляющей перёд подавлением постоянной составляющей детектируется сигнал и из него исключается высокочастотная переменная составляющая. В устройство введены резистор, детектор и фильтр низкой частоты, переключатель содержит две секции, и источник напряжения выполнен в виде генератора высокочастотного гармонического сигнала. Второй выходной зажим генератора соединен с цилиндром дизеля и подвижным контактом первой секции переключателя.Второй выходной зажим датчика тока через резистор связан, с подвижным контактом второй секции переключателя. Выход усилителя через детектор связан с входом фильтра низкой частоты, а выход фильтра соединен с второй обкладкой разделительного конденсатора. Первьй неподвижньй контакт первой секции переключателя подключен к второму неподвижному контакту второй секции переключателя и к одной неподвижно установленной в камере сгорания цилиндра токопроводящей пластине, изолированной от поршня и цилиндра. Второй неподвижный контакт первой секции переключателя соединен с первым неподвижным контактом второй секции переключателя и другой неподвижно установленной в камере сгорания токопроводящей пластиной 1 ил. , i (Л 4 4j

12

73

lif

15

Составитель Н.Патрахальцев Редактор Л.Веселовская Техред н .Бонкало Корректор М.Шароши

4116/41

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. ПроектнаТ, 7

Подписное