Устройство для определения положения верхней мертвой точки поршня дизеля Советский патент 1986 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания, в частности дизелей, и может быть использовано для определения положения верхней мертвой точки (ВМТ) поршневых двигателей. Цель изобретения - повышение точности и производительности диагностирования и расширение функциональных возможностей устройства. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит сдвоенный переключатель I, первые неподвижные контакты первой и второй секции которого подключены к цилиндру 2 и первому зажиму второго резистора 3. Вторые неподвижные контакты первой и второй секции переключателя 1 соединены с одним из зажимов катушки 4 индуктивности, а подвижные контакты первой и второй секции переключателя подключены соответственно к первой 5 и второй 6 токопроводящим пластинам. Последние неподвижно установлены в камере сгорания цилиндра, изолированы друг от друга диэлектриком 7, изолированы от цилиндра 2 и от верхнего 8 и нижнего 9 поршней. Второй зажим катушки 4 индуктивности соединен с вторым зажимом генератора 10 высокочастотного гармонического сигнала и через первый резистор 11 связан с вторым входным зажимом первого датчика 12 тока. Первые входные зажимы первого 12 и вгорб о 3 датчиков тока соединены с первым зажимом генератора 10 вырокочастотного га|эмонического сигнала, а второй входной зажим второго датчика 13 тока подключен к второму заж1йиу второго резистора 3. Выход первого датчика 12 тока соединен с вычитающим входом элемента 14 сравнения, а выход второго датчика 13 тока подключен к суммирующему входу элемента 14 сравнения и входу усилителя-ограничителя 15. Выход элемента 14 сравнения через последовательно соединенные усилитель 16 и схему 17 регистрации максимума связан с единичным входом триггера 18, нулевой вход которого соединен с выходом усилителя ограничителя 15 и входом инвертора 19. Инверсный выход триггера 18 и выход инвертора 19 подключены к входам схемы И 20, выход схемы И 20 соединен с блоком 21 индикации. В качестве сдвоенного переключателя , с помощью которого устройство переводится в режим определения положения ВМТ нижнего или верхнего поршней, может быть использован переключатель галетный и др. Резисторы 3 и 1 h имеют одинаковые сопротивления и служат для задания токов в соответствующих целях. Датичики 12 и 13 тока вырабатывают положительные переменные по величине сигналы, соответствующие мгновенным значениям токов, протекающих через резисторы 3 и 11. В качестве этих датчиков могут быть использованы шунты, соединенные с одно или двухполупериодными выпрямителями без фильтров. Катушка 4 служит для компенсации емкостного сопротивления цепи, созданного образованным пластинами 5 и 6 и поршнями 8 и 9 конденсатором. Эта катушка может быть намотана низкоомным, например медным, проводом. Генератор 10 служит для формирования высокочастотного гармонического сигнала и может быть выполнен на транзисторах или микросхемах ла любой из известных схем. Элемент 14 сравнения служит для сравнения двух положительных сигналов и может быть реализован на транзисторах или микросхемах. В частности, он может быть выполнен в виде дифференциального усилителя. Усилитель 16 служит для усиления выходного сигнала элемента сравнения и может быть выполнен по схеме неинвертирующего усилителя на транзисторах или аналогичных микросхемах любой серии. Усилитель-ограничитель 15 может быть выполнен на транзисторах или аналогичных микросхемах и включать в себя, например, диодный параллельный или последовательный ограничитель. Схема 17 регистрации максимума служит для формирования прямоугольного импульса в момент достижения выходным сигналом усилителя 16 максимального значения и может быть выполнена на транзисторах или микросхемах. Триггер 18 представляет собой триггер с установочными входами и может быть выполнен на транзисторах или микросхемах. Инвертор 19 и схема И 20 также могут быть выполнены на указанной элементной базе. Блок 21 служит для индифицирования нахождения поршня дизеля в ВМТ и в простейшем случае может представлять собой лампочку или светоизлучающий диод. Устройство работает следующим образом. Рассмотрим вначале случай определения верхней мертвой точки нижнего поршня 9. Для этого сдвоенный переключатель 1 устанавливается в положение а, в результате чего верхняя токопрэводящая пластина 5 подключается к цилиндру 2 дизеля, а нижняя токопроводящая пластина 6 - к одному из зажимов катушки 4 индуктивности. В этом случае между этим зажимом и цилиндром 2 дизеля оказывается подключенной емкость, состоящая из двух компонентов: емкость конденсатора, образованного двумя пластинами 5 и 6, заключенным между ними диэлектриком 7, я также емкость конденсатора, образованного нижней токопроводящей пластиной 6 и нижним поршнем 9. При этом указанные составляющие емкости суммируются, поскольку конденсаторы соединены параллельно. В связи с этим электрическая емкость С между левым (по схеме) зажимом катуижи 4 нндуктивности и первым зажимом второго резисгора 3 зависит от по.,1ожения нижнего поршня 9 в цилиндре - с приближением этого поршня к положению ВМТ величина емкости возрастает, так как расстояние между этим поршнем и нижней пластиной б уменьшается. Под действием высокочастотного переменного напряжения генератора 10, действующего между первым и вторым его зажимами, через второй резистор 3, второй датчик 13 ток, емкость С и катушку 4 индуктивности протекает переменный ток высокой частоты, амплитуда которого и сдвиг фаз между которым и выходным напряжением генератора 10 зависят от величины указанной емкости, т.е. от положения поршня 9 относительно ВМТ. Величина индуктивности, размеры пластин 5 и 6 и их расположение в цилиндре таковы, что при нахождении поршня 9 в ВМТ емкость С такая же, как и при расположении поршня 8 в ВМТ и величина ее связана с величиной указанной индуктивности L следующим соотношением:где (1) - круговая частота сигнала генератора 10 высокочастотных гармонических колебаний. Благодаря этому при заходе поршня 9 в верхнюю мертвую точку индуктивное сопротивление катушки 4 и емкостное сопротивление емкости С совпадают по абсолютной величине, и поскольку эти сопротивления имеют противоположные знаки, компенсируют друг друга. При этом в цепи наблюдается резонанс напряжений, комплексное сопротивлеиие цепи равно сопротивлению второго резистора 3, а сдвиг фаз между током этой цепи и выходным напряжением генератора 10 равен нулю. В этом случае ток в цепи определяется только сопротивлением резистора 3. Под действием выходного напряжения генератора 10 электрический ток протекает и по другой цепи, состоящей из первого резистора 11 и первого датчика 12 тока. В этой цепи сдвиг фаз между током резистора И и напряжением генератора 10 равен нулю. Поскольку резисторы 3 и 11 имеют одинаковые сопротивления, то при нахождении поршня 9 в верхней мертвой точке амплитуды протекающих по этим резисторам токов одинаковы, мгновенные значения этих токов в одни и те же моменты времени также одинаковы. Кроме того, сдвиг фаз между этими токами равен нулю, так как фаза каждого из этих токов совпадает с фазой сигнала генератора 10. В связи с этим на суммирующий и вычитающий входы элемента 14 сравнения с выходов первого 12 и второго 13 датчиков тока поступают переменные по величине положительные сигналы, фазы которых совпадают, а мгновенные значения в одни и те же моменты времени равны между собой. В результате этого на выходе элемента 14 сравнения сигнал равен нулю, на выходе усилителя 16 сигнал также равен нулю и в связи с этим схема 17 регистрации максимума импульса не вырабатывает. Под действием выходного сигнала второго датчика 13 тока усилитель-ограничитель 15 формирует близкие к прямоугольным импульсы, поступающие на нулевой вход триггера 18 и вход инвертора 19. Поскольку на единичный вход триггера 18 импульсы не поступают, то выходной сигнал усилителяограничителя 15 подтверждает нулевое состояние триггера и на его инверсном выходе сохраняется единичный, сигнал, поступающий на один из входов схемы И 20. На другой вход последней поступают импульсы с выхода инвертора 19, которые проходят через эту открытую схему на блок 21 индикации. Блок индикации сигнализирует о нахождении поршня 9 в верхней мертвой точке. При расположении поршня 9 не в верхней мертвой точке емкость С, образованная пластинами 5, 6 и этим поршнем, меньше чем при заходе его в ВМТ, в результате чего емкостное сопротивление и, следовательно, полное сопротивление цепи, состоящей из датчика 13, резистора 3, емкости С и катушки 4, во::растают. В связи с этим ток в этой цепи уменьшается и по фазе опережает напряжение генератора 10. Ток, протекающий через первый резистор 11 и первый датчик 12 также остается без изменения, В результате сигналы, поступающие на входы элемента 14 сравнения, имеют различные амплитуды и фазы и выходной сигнал этого элемента отличен от нуля. Поскольку полное сопротивление цепи, в которую включен второй датчик 13 тока, имеет характер емкостей и ток этой цепи по фазе опережает напряжение генератора 10, то сигнал на суммирующем входе элемента 14 сравнения по фазе опережает сигнал на вычитающем его входе, а по амплитуде ниже сигнала на этом входе. Поэтому сигнал на выходе элемента 14 сравнения в данном случае отличен от нуля и после усиления с помощью усилителя 16 поступает на вход схемы 17 регистрации максимума. Последняя вырабатывает импульсы в моменты достижения выходным сигналом усилителя 16 максимального значения, которые поступают на единичный вход триггера 18. На нуле- вой вход этого триггера поступают импульсы усилителя-ограничителя 15, которые по фазе опережают импульсы схемы 17 регистрации максимума. Благодаря этому при действии переходных фронтов импульсов на нулевом входе триггера 18 последний сбрасывается в ноль, а при действии передних фронтов импульсов на его единнчном пходе устанавливается в единицу. В результате этого на инверсном выходе триггера 18 вырабатываются прямоугольные импульсы, передний фронт которых соипалает с передним фронтом импульсов на 11у,левом входе этого триггера, а задний - с передним фронтом импульсов на его единичном входе. На выходе инвертора 19 также вырабатываются прямоугольнь1е импульсы, передний фронт которых совпадает с задним фронтом импульсов на нулевом входе триггера 18, а задний - с передним фронтом импульсов на выходе триггера 18. Таким образом, на входы схемы И 20 поступают сдвинутые по фазе импульсные последовательности, которые по времени друг друга не перекрывают, а именно: в момент начала сигнала на выходе триггера 18 сигнал на выходе инвертора 19 заканчивается, в момент же окончания импульса на выходе триггера 18 сигнал на выходе инвертора 19 равен нулю, а в момент действия переднего фронта выходного импульса инвертора 19 сигнал на выходе триггера 18 равен нулю. В связи с этим выходйой сигнал схемы И 20 равен нулю и блок 21 индикации не срабатывает, что свидетельствует о нахождении поршня не в ВМТ. Таким образом, по индикации блока 21 индикации видно, находится поршень 9 в верхней мертвой точке или нет. Если, нааример, в качестве этого блока используется лампочка, то при расположении этого поршня в ВМТ лампочка горит, а при другом положении поршня эта лампочка не горит. Следовательно, при установке переключателя 1 в положение а предлагаемое устройство обеспечивает определение положения ВМТ нижнего поршня 9. Для определения положения верхней мертвой точки верхнего поршня 8 переключатель 1 устанавливается в положение б. В результате этого нижняя токопроводяшая пластина 6 электрически соединяется с цилиндром 2, а верхняя токопроводящая пластина 5 - одним из зажимов катушки 4 индуктивности. При этом между этим зажимом и первым зажямом второго резистора 3 оказывается подключенным конденсатор, состоящий из параллельного соединения двух конденсаторов: конденсатора, образованного первой 5 и второй 6 токопроВОДЯЩИМИ пластинами, разделенными диэлектриком 7, а также конденсатора, образованного верхней токопроводящей пластиной 5 и верхним поршнем 8. Емкость С упомянутого конденсатора равна сумме емкостей . указанных конденсаторов и, следовательно, зависит от местоположения поршня 8 относительно пластины 5. При увеличении расстряния между поршнем 8 и пластиной 5 ем кость С падает, а при уменьшении расстояния растет, имея максимальное значение при расположении указанного поршня в ВМТ. В последнем случае реактивное сопротивление этой емкости и реактивное сопротивление катушки 4 индуктивности компенсируют друг друга, вследствие чего в цепи, состоящей из последовательно соединенных датчика 13 тока, резистора 3, указанной емкости и катушки 4, имеет место резонакс напряжений, ток в цепи является чисто активным и его величина определяется только сопротивлением резистора 3. Когда же поршень 8 расположен не в верхней мертвой точке, реактивные сопротивления катушки 4и емкости С не компенсируются, резонанс напряжений места не имеет и токи резисторов 3 и I1 имеют различные параметры (амплитуду и фазу). В рассматриваемом случае, когда переключатель 1 переведен в положение б, предлагаемое устройство работает точно так же, как в предыдущем случае (когда переключатель I находился в положении а), и блок 21 Индикации указывает, находится поршень 8 в верхней мертвой точке или нет. Емкость, образованная пластинами 5 и 6 и поршнями 8 и 9, не зависит от того, имеются или нет прогары, трещины, задиры, утечки и т.д. в цилиндро-поршневой группе в связи с чем указанные факторы не влияют на точность определения положения ВМТ поршня с помощью предлагаемого устройства. При установке переключателя 1 в положение а первая токопроводящая пластина 5подключена к цилиндру 2 и через него - к верхнему поршню 8, вследствие чего расстояние между указанной пластиной и поршнем не влияет на величину вышеупомянутой емкости и, следовательно, на точность определения положения верхней мертвой точки нижнего поршня 9. При переводе переключателя 1 в положение б положение нижнего поргиня 9 не влияет на точность определения ВМТ верхнего поршня 8. Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает определение положения ВМТ в дизелях с противоположно движущимися.поршнями. При диагностировании дизелей, каждый цилиндр которых содержит по одному поршню, переключатель устанавливают в такое положение, при котором расположенная ближе к порШню токопроводящая пластина соединяется с катушкой 4 индуктивности, а более отдаленная токопроводящая пластина - с цилиндром 2 дизеля, т.е. предлагаемое устройство обеспечивает определение положения верхней мертвой точки как обычных дизелей, так и дизелей со встречно движущимися поршнями. При этом совершенно безразлично, движутся ли поршни из-за того, что работает дизель или из-за того, что его вал прокручивается вручную или валоповоротным механизмом. Это означает, что функциональные возможности предлагаемого устройства шире При использовании предлагаемого устройства нет необходимости прокручивать дизель электрической машиной с постоянной частотой вращения и затрачивать на это дополнительное время, можно диагностирование производить при работающем дизеле. Благодаря этому за одно и то же время выполняется большая программа исследований т.е. повышается производительность диагностирования. Кроме того, в случае диагностирования дизеля со встречно движущимися поршнями обеспечивается определение угла развала коленчатых валов. Для этого переключатель 1 устанавливают вначале в одно положение и при сигнализации блока 21 индикации о заходе поршня в ВМТ на связанном с коленчатым валом маховике наносят метку. Далее переключатель I переводят в другое положение и по сигналу блока 21 индикации на том же маховике наносят другую метку. Количество угловых делений (в минутах или градусах), заключенных между полученными метками, и представляют собой угол развала коленчатых валов. Этот факт также свидетельствует о более широких функциональных возможностях предлагаемого устройства по сравнению с известным. Формула изобретения Устройство для определения положения верхней мертвой точки поршня дизеля, содержащее источник напряжения и первый датчик тока, первый входной зажим которого соединен с первой клеммой источника напряжения, усилитель, схему регистрации максимума, усилитель-ограничитель и переключатель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности диагностирования и расширения функциональных возможностей, в него введены второй датчик тока, первый и второй резисторы, катушка индуктивности, элемент сравнения, триггер, инвертор, схема И, блок индикации и две токопроводящне пластины, помещенные в камеру сгорания цилиндра и изолированные одна от другой, от поршня и цилиндра, причем переключатель дополнительно содержит вторую секцию,а источник напряжения выполнен в виде генератора высокочастотного гармонического сигнала, подвижные контакты первой и второй секций переключателя соединены с первой и второй токопроводящими пластинами, первые неподвижные контакты первой и второй секций переключателя подключены к цилиндру дизеля и к первому зажиму второго резистора, а вторые неподвижные контакты соединены между собой и через катушку первого резистора с вторым зажимом источника напряжения, второй входной зажим и выход первого датчика тока соединены соответственно с вторым зажимом первого резистора и вычитающим входом элемента сравнения, первый и второй входные зажимы и выход второго датчика тока подключены соответственно к первому зажиму источника напряжения, второму зажиму второго резистора и суммирующему входу элемента сравнения, соединенному с входом усилителгт-ограничителя, выход элемента сравнения через последовательно соединенные усилитель и схему регистрации максимума связан с единичным входом триггера, нулевой вход триггера подключен к выходу ус-илителя-ограничителя и входу инвертора, выход которого и инверсный выход триггера соединены с входами схемы И, выход которой подключен к блоку индикации.

Изобретение относится к двигателестроению. Изобретение может быть использовано для определения положения верхней мертвой точки поршневых двигателей и позволяет повысить точность и производительность диагностирования. Устр-во содержит сдвоенный переключатель 1, первые подвижные контакты которого подключены к цилиндру дизеля. Вторые неподвижные контакты сдвоенного переключателя 1 соединены с одним из зажимов катушки 4 индуктивности, а подвижные - с токопроводящими пластинами, установленными в камере сгорания. Второй зажим катушки 4 индуктивности связан с вторым зажимом генератора 10 и через первый резистор 11 связан с вторым входным зажимом датчика 12 тока. Выходы триггера 18 и инвертора 19 через схему и 20 связаны с блоком 21 индикации. Устр-во йбеспечивает определение положения верхней мертвой точки как обь1чиых дизелей, так и дизелей со встречно-движущимися поршнями. В этом случае обеспечивается определение угла развала коi ленчатых валов. При использовании устр-ва нет необходимости прокручивать дизель элекО) трической машиной с постоянной частотой вращения. 1 ил. С 6 ю а с со со СП