Устройство для определения положения верхней мертвой точки поршня дизеля Советский патент 1987 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к диагностированию технического состояния двигателей внутреннего сгорания, в частности дизелей, и может быть использовано для определения положения верхней мертвой точки в поршневых двигателях.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности и произво-. дительности диагностирования.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства применительно к дизелю с противоположно движущимися поршнями.

Устройство содержит сдвоенный переключатель 1, второй и третий неподвижные контакты которого соединены между собой и с первой неподвижно установленной в камере сгорания и изолированной от цилиндра 2 токо- проводящей пластиной 3. Первый и третий неподвижные контакты переключателя 1 соединены между собой и со второй неподвижно установленной в камере сгорания и изолированной от цилиндра 2 токопроводящей пластиной 4. Третья токопроводящая пластина 5 неподвижно установлена между пластинами 3 и 4, изолирована от них диэлектриком 6 и подключена к цилиндру 2. Подвижные контакты переключателя 1 соединены между собой, с вычитающим входом блока 7 вычитания и первым зажимом первого резистора 8. Выход блока 7 вычитания подключен к входу усилителя-ограничителя 9, а выход последнего соединен с вторым зажимом первого резистора 8, входом одновиб- ратора 10 и через второй резистор 11 связан с вычитающим входом блока 7 вычитания и первым зажимом третьего резистора 12. Выход одновибратора 10 через четвертьй резистор 13 связан с первой обкладкой конденсатора 14 и входом усилителя 15 напряжения. Вторая обкладка конденсатора 14 соединена с вторым зажимом резистора 12 и цилиндром 2 дизеля. Инверсный выход усилителя 15 напряжения подключен к входу схемы 16 регистрации максимума, выход которой объединен с выходом устройства. Токопроводящие пластины 3, 4 и 5 могут быть выполнены из металла, например стали, меди, латуни, бронзы и т.д. В качестве диэлектрика 6 может быть использован фторопласт, слюда, керамика и др.

.

283584

Переключатель

fO

f5

может быть галетного типа на три положения или трехклавиш- ный типа П2-К. Резисторы 8, 11, 12 и 13 могут быть любого типа, например МИТ, УЛИ, УЛМ и др. В качестве конденсатора 14 может быть взят конденсатор типа МБМ, БМ, МБГП, КСГ и т.д. Блок 7 вычитания, усилитель-ограничитель 9, одновибратор 10, усилитель 15 напряжения и схема 16 регистрации максимума могут быть реализованы на микросхемах К140 УДб, К140 УД12, 153 УД1, 153 УД5, 553 УД1 и др. или . транзисторах серий КТ или ГТ. I

Переключатель 1 служит для переключения режима работы устройства: при установке его в верхнее (по схеме) положение устройство определяет

20 положение ВМТ (верхней мертвой точки) нижнего поршня; при установке, в среднее положение - ВМТ верхнего поршня, при установке в нижнее положение - общую для обоих поршней ВМТ.

25 Пластины 3 и 4 являются одними обкладками переменных конденсаторов, другими обкладками которых являются поршни. Пластина 5 служит для устранения влияния положения верхнего .

30 (нижнего) поршня на емкость конденсатора, образованного пластиной 4(3) и нижним (верхним) поршнем.

Блок 7 вычитания, усилитель-ограничитель 9, первый резистор 8, рой резистор 11, третий резистор 12, связанные между собой, образуют автоколебательный мультивибратор, частота выходных импульсов которого зависит от емкости, включенной, между

40 вычитающим входом указанного блока и вторым зажимом третьего резистора 12. Одновибратор 10 предназначен для формирования из выходного сигнала мультивибратора однополярных импульсов

45 (положительных или отрицательных в зависимости от выбранной элементной базы), нормированных длительности и амплитуды. Усилитель 15 напряжения усиливает и инвертирует подаваемый

50 на него сигнал, благодаря чему при положительных приращениях сигнала на его входе выходное напряжение получает усиленные отрицательные приращения, а при отрицательных прира55 щениях - усиленные положительные приращения. Четвертьй резистор 13 и конденсатор 14 образуют фильтр нижних частот, который формирует постоянное (по знаку) напряжение.

пропорциональное частоте выходных импульсов одновибратора. Схема 16 регистрации максимума вырабатывает единичный импульс калиброванных амплитуды и длительности, при достижении сигналом на ее входе максимального значения.

Устройство работает следующим образом.

Пусть переключатель 1 установлен в верхнее по схеме положение, В этом случае вторая токопроводящая пластина 4 через замкнутые неподвижные и подвижный контакты второй секции указанного переключателя соединена с вычитающим входом блока 7 вычитания и первым зажимом первого резистора 8 При этом между входом блока 7 вычитания и вторым зажимом третьего резистора 12 оказывается подключенным конденсатор, образованный пластинами 4, 5 и нижним порщнем. Емкость этого конденсатора увеличивается при уменьшении расстояния между пластиной 4 и указанным порщнем. Поэтому при расположении нижнего поршня в ВМТ величина указанной емкости максимальна. Мультивибратор, образованный блоком 7 вычитания, усилителем-ограничителем 9, первым резистором 8, вторым резистором 11 и третьим резистором 12, генерирует импульсы, частота следования которых определяется выражением

1

f

2Rg.C4-ej1+2R,, /R,,)

(1)

8

с где Кц - сопротивление резистора 8; емкость конденсатора, образованного пластинами 4, 5 и нижним поршнемj сопротивление резистора 11; сопротивление резистора 12. Поскольку, пластины 4 и 5 имеют одинаковые размеры и форму, а площадь их меньше поверхности цилиндра, образующей камеру сгорания, то емкость равна

RI R

п

4

е, s ,. S

(2)

45

де

е,

е,

4,.

абсолютная электрическая проницаемость диэлектрика 6; абсолютная электрическая проницаемость среды между пластиной 4 и порйнем; расстояние между пластинами 4 и 5;

d - расстояние между пластиной

4 и нижним поршнем. После подстановки формулы (2) в (1) получают выражение

d,,

2Rg.S(e, ,,)

E,(1+2R,,/R, (3)

W

.

ь

40

45

50

;

55

IS

20

25

30

из которого следует, что прИ минимальном d, т.е. при расположении нижнего поршня в БМТ, частота импульсов на выходе усилителя-ограничителя 9 минимальна, а при расположении этого поршня в нижней мертвой точке - максимальна. В соответствии с этим частота выходных импуЛьсов одновибратора 10 и величина постоянной составляющей на конденсаторе 14 минимальны при расположении поршня в ВМТ и максимальны - при расположении его в НМТ. На инвертирующем вы- усилителя 15 напряжения в связи с этим сигнал максимален при расположении нижнего поршня в ВМТ и минимален при расположении нижнего поршня в НМТ. При действии максимального сигнала на выходе усилителя 15 напряжения схема 16 регистрации максимума вырабатывает единичный импульс, который соответствует моменту захода нижнего поршня в ВМТ.- Следовательно, при установке переключателя 1 в верх- 35 нее (по схеме) положение устройство обеспечивает определение положения ВМТ нижнего поршня.

Пусть переключатель 1 установлен в средее (по схеме) положение. При этом первая токопроводящая пластина 3 через замкнутую первую секцию этого переключателя оказывается подключенной к вычитающему входу блока 7 вычитания и первому зажиму первого резистора 8, благодаря чему между этим зажимом и вторым зажимом третьего резистора 12 включается конденсатор, образованный пластинами 3 и 5 и верхним поршнем. Так как пластины 3 и 5 имеют одинаковые размеры и форму, а площадь их меньше поверхности верхнего цилиндра, образующей камеру сгорания, то емкость указанного конденсатора равна

S

d,,5

ъ(4)

где - абсолютная электрическая проницаемость среды между

5 3

1

и верхним ,5d.пластиной

нем;

расстояние между пластинам

3 и 5;

расстояние между пластиной

3 и верхним поршнем. Благодаря изменению емкости С в зависимости от расстояния изменяется частота импульсов, генерируемы мультивибратором, образованным блоком 7 вычитания, усилителем-огранич телем 9, резисторами 8, 11 и 12. Дл получения аналитического выражения этой частоты подставляют выражение (4) в формулу (1)

f

d3 d

эл

2Rg. S(e7d, -+e,d,5) e,(1+2R,/R,,)

(5)

Из полученного .соотношения следует, что при расположении верхнего поршня в ВМТ, т.е. при минимальной величине dj, частота импульсов на выходе усилителя-ограничителя 9 минимальна. Эти импульсы поступают на вход одновибратора 10, которьй формирует из них импульсы калиброванной длительности и амплитуды. Частота следования этих импульсов также определяется выражением (5). Фильтр низкой частоты, образованный четвертым резистором 13 и конденсатором 14, из импульсной серии одновибратора формирует постоянное (по знаку) напряжение, величина которого пропорциональна частоте 1. В связи с этим при расположении верхнего поршня в ВМТ сигнал на выходе усилителя 15 напряжения минимален, а при удалении поршня от ВМТ растет. На инвертирующем же входе усилителя 15 напряжение изменяется в противофазе по отношению и достигает максимума при расположении верхнего поршня в ВМТ. Выходной сигнал указанного усилителя поступает на вход схемы 16 регистрации максимума, которая в соответствии с изложенным формирует единичный импульс при заходе верхнего поршня в ВМТ. Следовательно, при установке переключателя 1 в среднее (по схеме) положение предлагаемое устройство обеспечивает опред,е- ление положения ВМТ верхнего поршня

При переводе переключателя 1 в, нижнее (по схеме) положение к входу

блока 7 вычитания через этот переклю- - чатель подключаются параллельно соединенные пластины 3 и 4. Суммарная емкость конденсатора, образованного пластинами 3, 4, 5 и поршнями, определяется суммой , слагаемые которой определяются формулами (2) и (4). Поэтому максимальное значе- ние Су имеет место при минимальном расстоянии между нижним и верхним поршнями, т.е. при минимальном объеме камеры сгорания, образованной этими поршнями, что соответствует положению обоих поршней в обш;ей ВМТ. Частота следования импульсов на выходе усилителя-ограничителя 9 в этом случае определяется по формуле

20

f

1

2Rg-(C,+C4)H,(1+2R,/R,,)

Далее выходной сигнал усилителя- ограничителя, проходя по остальным звеньям устройства, преобразуется

аналогично вышеизложенному и на выходе устройства формируется импульс при расположении поршней в о5ш;ей ля них ВМТ.

Предлагаемое устройство обеспечивает определение положения ВМТ каждого поршня в дизелях с противоположно движущимися поршнями ВМТ - общую для обоих поршней, когде объем камеры сгорания минимален. При использовании предлагаемого устройства для диагностирования двигателя, в цилиндрах которого имеется по одному поршню, переключатель 1 необходимо установить в такое положение, при котором его подвижные контакты соединены с той пластиной, которая ближе остальных пластин расположена к поршню. Например, если поршень в таком дизеле расположен также, как нижний поршень на прилагемом чертеже, то переключатель 1 следует установить в верхнее (по схеме) положение. Поскольку предлагаемое устройство обеспечивает определение ВМТ

в обычных дизелях и в агрегатах с противоположно движущимися поршнями, то его функциональные возможности шире, чем у известного устройства, которое не позволяет определить положение каждого поршня в цилиндрах двигателя со встречно движущимися поршнями.

В предлагаемом устройстве ршпульс на выходе вырабатывается при минимальмом расстоянии между пластиной 4(3) и нижним (верхним) поршнем цилиндра в случае установки переключателя 1 в верхнее (среднее) положени т.е. при фактическом расположении сответствующего поршня в ВМТ. При переводе переключателя 1 в нижнее положение на выходе предлагаемого устройства появляется импульс в момент достижения минимума расстояния между верхним и нижним поршнями, т.е. когда поршни находятся в общей ВМТ. Следовательно, при любом положении переключателя устройство вырабатывает импульс при расположении поршня (поршней) в ВМТ независимо от сил сопротивления, преодолеваемых поршнем (поршнями), благодаря чему наличие утечек, прогаров, задиров в ци- линдро-поршневой группе и т.д. не влияет на момент формирования выходного импульса устройства. Это означает, что по сравнению с известным устройством, в котором указанные факторы влияют на момент формирования импульса ВМТ, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность определения положения ВМТ поршня двигателя.

Для формирования импульса ВМТ предлагаемым устройством необходимо и достаточно, чтобы при движении поршней расстояние между ними и соответствующими пластинами достигало минимума независимо от того, прокручивается ли двигатель от постороннего источника энергии или сам отдает энергию в нагрузку. Благодаря этому предлагаемое устройство обеспечивает определение положения ВМТ поршне й на работающем двигателе и нет необходимости специально создавать режим прокрутки и тем самым затрачивать дополнительное время и труд. Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую производительность диагностирования двигателя по сравнению с из- , вестным.

Составитель Н. Патрахальцев Редактор Л. Повхан Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга

Заказ 7429/3 9 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ 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

O

5

0

5

0

Формула изобре тения

Устройство для определения жения верхней мертвой точки поршня дизеля, содержащее переключатель, усилитель напряжения, усилитель-ограничитель, схему регистрации максимума, конденсатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения точности и производительности диагностирования, в него дополнительно введены третья токопроводящая пластина, третий и четвертый резисторы, блок вычитания и одновибратор, усилитель напряжения снабжен инвертирующим выходом, а переключатель выполнен сдвоенным и дополнительно содержит третий неподвижный контакт, второй и третий неподвижные контакты первой секции переключателя соединены между собой и с первой токопроводящей пластиной, п ервый и третий неподвижные контакты второй секции переключателя соединены между собой и со второй токопроводящей пластиной, подвижные контакты переключателя соединены между собой и с вычитающим входом блока вычитания, подключенного к входу усилителя-ограничителя, выход которого соединен с вторым зажимом первого резистора и входом одновибратора и через второй резистор связан с сум35 мирующим входом блока вычитания и первым зажимом третьего резистора, выход одновибратора через четвертый резистор связан с первой обкладкой конденсатора и входом усилителя на40 пряжения, инвертирующий выход которого соединен с входом схемы регистрации максимума, вторая обкладка конденсатора соединена с вторым зажимом третьего резистора, цилиндром

45 дизеля и третьей токопроводящей

пластиной, неподвижно установленной в камере сгорания между первой и второй пластинами и изолированной от них.

Изобретение относится к области диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности и производительности диагностирования. Устройство содержит сдвоенный переключатель с тремя неподвижными контактами, усилитель напряжения с инвертирующим вьпсодом, усилитель-ограничитель, схему регистрации максимума, I конденсатор, три токопроводящие пластины, являющиеся обкладками переменSeanHutj поршень Цилиндр HUIKHUU поршень ных конденсаторов, и четыре резистора. Устройство обеспечивает определение положения верхней мертвой точки (ВМТ) каждого поршня в дизелях с противоположно движущимися поршня- М1 и ВМТ, общую для обоих поршней, когда объем камеры сгорания минимален. Для диагностирования двигателя, в цилиндрах которого имеется по одному поршню, переключатель необходиг МО установить в такое положение, при котором его подвижные контакты соединены с той пластиной, которая ближе остальных расположена к поршню. Импульс на выходе вырабатывается при минимальном расстоянии между пластинами 3 и 4 и нижним или верхним поршнем цилиндра в случае установки переключателя 1 в верхнее или среднее положение, т.е. при фактическом расположении соответствующего поршня в ВМТ. При переводе переключателя 1 в нижнее положение на выходе устройства появляется импульс в момент достижения минимума расстояния между верхним и нижним поршнями, т.е. ког- да поршни находятся в общей ВМТ, 1 ил. i (О ю 00 00 ел 00 4