Устройство для измерения мощности и герметичности цилиндров двигателля внутреннего сгорания Советский патент 1989 года по МПК G01L23/08 

1

(21)4243949/24-10j

(22)26.03.87

(46) 15.07.89.БЮЛ. № 26 .

(71)Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяГютва

(72)В.М.Лившиц, И.П.Добролюбов и В.Ф.Синийс

(53)531.787 (038.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № П83846, кл. G 01 L 23/08, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ MOIUHOC- ТЙ И ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57)Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания в условиях эксплуатации. Для

1

этого устройство для измерения мощности и герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания дополнительно сЪдержит датчик 18 верхней мертвой тoчкиJ формирователь 19-импульсов, блок 20 выделения, схему 8 блокировки, ключ 7, интегратор 12, сумматор 31, схему 32 формирования конца строба, функциональный преобразователь 33, задатчик 34 констант и двухпозиционный четырехканальный переключатель моиность-герметичность 29. Электрическая схема устройства позволяет при измерениях в условиях эксплуатации исключить из измеряемого ускорения составляющую, которая характеризует суммарный момент трения, и тем самым повысить точность измерений. I ил.

С

Ф

(Л

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения мощности и герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение точности измерения герметичности цилиндров двигателя внутренне о сгорания в условиях эксплуатации.

На г ертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 частоты вращения, выкод которого соединен с входом преобразователя 2 час- тоты следования импульсов в напряжение и счетным входом самообнуляющегося счетчика 3 с регулируемой емкостью, дифференциатор 4, вход которого соединен с выходом преобразо- вателя 2 и входом первого сглаживающего фильтра 5. Выход дифференциатора 4 связан с сигнальными входами ключей выделения рабочего хода 6 и хода джатия 7. Управляющие входы ключей 6 и 7 соединены соответственно с первым и вторым выходами схемы 8 блокировки ключей, выход ключа 6 - с входом инвертора 9 и через переключатель разгон-выбег 10 - с сиг- нальным входом первого управляющего i интегратора 11, а выход ключа 7 - с сигнальным входом второго управляющего интегратора 12. Устройство также содержит второй сглаживающий фильтр 13, ключ 14 памяти, запоминающее устройство 15, датчик 16 синхронизации, блок 17 формирования начала отсчета угловых меток, датчик 18 мертвой точвыход которого соединен с сигнальным входом блока 21 синхронизации начала отсчета угловых меток, выход которого соединен с установочным входом счетчика 3. Управляющий -вход счетч.и- ка 3 соединен с задатчиком 22 угловы меток цикла, его первый выход - с управляющими входами управляющих интеграторов И и 12, а второй вы- . ход - с сигнальным входом блока 23 формирования угловых меток, управляющий вход которого подключен к задат- чику 24 номера угловой метки. Выход блока 23 соединен с входом формирователя 25 строба.

Индексом 26 на чертеже обозначен управляющий вход селектора 27 уровня на который .подается опорное напряжение, а индексом 28 - управляющий вход блока 21 синхронизации начала отсчета угловых меток, который соединен с третьим входом схемы 8 блокировки ключей; на него подается сигнал логического О или импульсной 1. Двухпозиционный четырехка- нальный переключатель мощность-герметичность 29 соединяет в первом положении выход первого интегратора 11 с входом второго сглаживающего фильтра 13, выход селектора 27 уровня - с управляющими входами ключа 14 памяти и вольтметра 30, выход запоминающего устройства 15 - с сигнальным входом вольтметра 30. Во втором положении переключатель 29 соединяет выход аналогового сумматора ЗГ с входом второго сглаживающего

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания в условиях эксплуатации. Для этого устройство для измерения мощности и герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания дополнительно содержит датчик верхней мертвой точки 18, формирователь импульсов 19, блок выделения 20, схему блокировки 8, ключ 7, интегратор 12, сумматор 31, схему формирования конца строба 32, функциональный преобразователь 33, задатчик констант 34 и двухпозиционный четырехканальный переключатель мощность-герметичность 29. Электрическая схема устройства позволяет при измерениях в условиях эксплуатации исключить из измеряемого ускорения составляющую, которая характеризует суммарный момент трения, и тем самым повысить точность измерений. 1 ил.

ки (ВМТ), формирователь 19 импульсов,Q фильтра 13, выход селектора 27 уровблок 20 выделения ВМТ первого цилиндра, блок 21 синхронизации начала от- C4eta угловь с меток задатчик 22 угловых мето к Цикла, блок 23 формирования угловых меток, задатчик 24 номера угловой метки, формирователь 25 строба, выходы которого подключены к :соответствующим входам схемы 8 блокировки ключей. Выход второго сглаживающего фильтра 13 соединен с сигнальным входом ключа 14 памяти, выход которого подключен к входу запоминающего устройства 15. Датчик 16 синхронизации через блок 17 формирования начала отсчета угловых меток, а датчик 18 ВМТ через формирователь

19импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока

20выделения ВМТ первого цилиндра.

45

50

55

ня - с четвертым входом схемы 8 блокировки ключей, выход схемы 32 формирования конца строба - с управляющими входами линейного ключа 14 памяти и вольтметра 30, выход функционального преобразователя 33 - с сиг- нальньпч входом вольтметра 30. Вход схемы 32 формирования конца строба соединен с вторым выходом схемы 8 блокировки ключей и управляющим входом ключа 7. Функциональный преобразователь 33 первым входом соединен с выходом запоминающего устройства 15, вторым входом - с выходом первого сглажий ающего фильтра 5 и. входом селектора 27 уровня, третьим входом - с задатчиком 34 констант. Аналоговый сумматор 31 первым и вторым входами соединен соответственQ фильтра 13, выход селектора 27 уров5

0

5

ня - с четвертым входом схемы 8 блокировки ключей, выход схемы 32 формирования конца строба - с управляющими входами линейного ключа 14 памяти и вольтметра 30, выход функционального преобразователя 33 - с сиг- нальньпч входом вольтметра 30. Вход схемы 32 формирования конца строба соединен с вторым выходом схемы 8 блокировки ключей и управляющим входом ключа 7. Функциональный преобразователь 33 первым входом соединен с выходом запоминающего устройства 15, вторым входом - с выходом первого сглажий ающего фильтра 5 и. входом селектора 27 уровня, третьим входом - с задатчиком 34 констант. Аналоговый сумматор 31 первым и вторым входами соединен соответствен5 1493897

но с выходами управляющих интегратоyi B

и 12.

При нахождении переключателя 29 в позиции 1 устройство контролирует мопшость двигателя и отдельных цилиндров аналогично известному, В позиции 2 переключателя 29 устройство измеряет герметичность отдельных цилиндров. При этом устройство работает следующим образом. Датчик 1 частоты вращения формирует стандартные импульсы. Ключи 6 и 7 пропускают сигнал на свои выходы только в течение стробов на их управляющих входах. На выхпде фильтра 5 формируется сигнал средней угловой скорости двигателя. Селектор 27 уровня фиксирует момент достижения двигателем заданного значения частоты вращения и подает импульс на схему 8 блокировки ключей в режиме контроля герметичности. Инвертор 9 вклича тся переключателем 10 только на выбеге и преобразует знак ускорения. Управляющие интеграторы II и 12 (со сбросом) осур;ествляют усреднение сигнала в течение времени между импульсами, .поступающими на их управляющие вх.оды. Второй сглаживающий фильтр 13 дополнительно усредняет сигнал, поступающий с выхода интегратора 11 или аналогового сумматора 31, в том числе сглаживает участ-ки действия управляющих импульсов. Ключ 14 памяти служит для прекращения подачи на запоминаю1чее устройство 15 сигнала после момента поступления на его управляющий вход импульса с выхода селектора 27 уровня в режиме из- мерения мощности или с выхода схемы 32 в режиме измерения герметичности. Запоминаюп1ее устройство 15 запоминает среднее значение напряг рния, поступающего с выхода ключа 14. Тем же управляющим импульсом с выхода селектора 27 уровня или схемы 32 формирования конца строба включается в работу вольтметр 30, который измеряет в режиме контроля мощности напряжение на выходе устройства J5, которое характеризует ускорение и мощность, а в режиме контроля герметичности - напряжение на выходе фуикцио- gg ды О или импульсной 1, которые нального преобразователя 33, характе- подаются по команде или оператором ризующее герметичность цилиндра. с помощью кнопки. Обнуление счетчика Функциональный преобразователь 33 з производится при накоплении опреде- реализует функциюленного числа импульсов, установлен6и (а6- Ьп + c)/(q-n).

(1)

где - нормированное значение ускорения коленчатого вала,

приведенное к определенной фиксированной частоте вращения ; а,Ь,с,q - константы, определяемые конструктивными данными двигателя;

5| п - измеренные текущие значения углового ускорения и частоты вращения двигателя;

. Датчик 16 синхронизации формирует один импульс за цикл работы двигателя. Блок 17 формирования начала отсчета угловых меток выделяет передний ФРОНТ импульса датчика 16 cHiixpoнизации. Сформированный в формирователе 19 импульс ВМТ поступает на второй вход блока 20 выделения ВМТ первого цилиндра.

Если на управляю1чем входе 28 действует сигнал О, блок 21 синхрони- зации пропускает непрерывно импульсы, сформированные в блчке 20, на установочный вход счетчика. 3 и устанавливает этими импульсами счетчик 3 в нулевое положение. При поступлении на вход 28 импульсного сигнала 1 блок 21 выделяет передний фронт этого сигнала, который проходит на установоч- 1ЫЙ вход счетчика 3 для его обнуления.

Поступивгаий вслед за этим импульс с выхода блока 20 проходит через блок 21 синхронизации для обнуления счет-i чика 3. Последующие импульсы с выхода блока 20 на счетчик не проходят,

так как вход блока 21 синхронизации заблокирован.

Блок 17 формирования начала отсвета включает ъ сеоя последовательно соединенные пиковый детектор, дифференциатор и триггер 11 митта. Такая схема блока 17 позволяет устранить помехи от впрысков топлива в другие цилиндры и от соударения деталей. Блок 21 синхронизации начала отсче-Та угловых меток представляет собой статический триггер и схему выделения переднего фронта. На один вход триггера поступают импульсы с выхода блока 20, иа второй вход 28 - сигнаного предварительно с помощью за- датчика 22. Этд число (емкость счетчика) устанавливается в соответствии с удвоенным числом зубьев (угловых меток) на венце маховика контролируемого двигателя. Независимо от числа подс читанных счетчиком 3 импульсов его обнуление может проводиться поступившим на установочный вход импульсом с выхода блока 21.

Блок 23 формирования угловых ме ток представляет собой дешифратор, с выхода которого поступают на фор- ;МИрователь 25 стробов импульсы, подсчитанные счетчиком 3, которые при измерении мощности соответствуют началу и концу рабочего такта контролируемого цилиндра (или части этого такта), а при измерении герметичности - началу такта сжатия, ВМТ цилиндра и концу рабочего такта (или части этих тактов).

Задатчик 24 номера угловой метки цилиндра представляет собой коммутатор (переключатель), управляющий работой дешифратора (блока 23).

Блок. 20 вьделения ВМТ первого цилиндра представляет собой статический триггер, на один вход которого поступают импульсы через формирователь 17 от датчика 16 синхронизации, на второй вход - импульсы через формирователь 19 от датчика 18 ВМТ. На выходе статического триггера включен формирователь импульсов, формирующий импульс в момент переброски триггера после поступления сигнала с датчика 18.

Схема 8 блокировки ключа состоит из статического триггера и двух схем совпадения. На один из входов триггера подается сигнал 28, подготавливающий схему к работе, а на второй через переключатель 29 - сигнал с выхода селектора 27 уровня. Один вход каждой схемы совпадения соединен с соответствующим выходом формирователя 25 стробов, а вторые входы - с одним из выходов триггера. При положении переключателя 29 в fioложении 1 триггер блокируется и е- рез первую схему беспрепятственно в каждом цикле проходит строб с формирователя 25. При нахождении переключателя в позиции 2 сигналы через обе схемы совпадения проходят только после поступления на вход триггера импульса с селектора 27 уровня.

Функциональный преобразователь 33 содержит два операционных усилителя - один с perynHpyeN M козффициентом усиления, равным а, для ускорения, поступающего с выхода сглаживающего фильтра 13, второй - с регулируемым коэффициентом усиления, равным Ь, для сигнала скорости,

поступающего с выхода сглаживающего фильтра 5, а также два аналоговых сумматора и аналоговый делитель. Результирующее напряжение, сформированное согласно выражению (1), lioдается для измерения на вольтметр 30. Значения коэффициентов, входящих в указанное выражение, устанавливаются перед измерением, в зависимости -от конструктивного исполнения двигателя, задатчиком констант. Аналоговый сумматор 31 реализует полусумму ускорений, поступающих на его вход.

Измерение герме гичности проводится в режиме выбега двигателя (переключатель 29 - в положении 2). С помощью датчика 1 угловой скорости, датчика 16 синхронизации, датчика 18 ВМТ, счетчика 3 угловых меток,

блоков 23, 25 формирования, схемы 8 блокировки и задатчиков 22, 24 формируются стробы, длительность которых соответствует участкам работы контролируемого цилиндра до ВМТ и после

нее. Эти стробы управляют ключами 6 и 7, которые пропускают на выход, в течение действия указанных стробов, напряжение, соответствующее мгновенным значениям ускорения, Сигнал ускорения формируется в дифференциаторе 4 . С помощью интегратора II осуществляется выделение среднего значения ускорения контролнруемого цилиндра в течение действия первого

строба, а с помощью интегратора - в течение действия второго строба.

Для оценки герметичности цилиндров при заданном скоростном режиме осу1 1ествляется скользящее усреднение выходного напряжения преобразователя 2 с помощью фильтра 5. Сглаженное фильтром напряжение поступает на сигнальный вход селектора 27, на управляющий вход 26 которого подается напряжение, соответствуюР1ее требуемому скоростному режиму оценки герметичности цилиндров (например, 450 мин (для тракторных дизельных двигателей).

Измерение герметичности контролируемого цилиндра происходит следующим образом. Перед началом измерения вручную или по команде оператора за- датчиком 22 устанавливается требумая емкость счетчика 3. Двигателю устанавливается режим минимальной частоты вращения холостого хода. Нажатием кнопки или по команде управляющего устройства диагностической системы - на вход 28 блока 21 синхронизации на чала отсчета угловых меток и схемы 8 блокировки ключей подается импульсный сигнал I, передний фронт кото- рого обнуляет счетчик 3. С приходом импульса синхронизации с датчика 16, а затем с датчика 18 формируется импульс ВМТ первого цилиндра, которым блокируется вход блока 21. Передним фронтом этого импульса вновь обнуляется счетчик 3, а затем начинается накопление этим счетчиком импульсов - угловых меток датчика 1, После накопления числа импульсов, равного удвоенному числу угловых меток маховика, счетчик задним фронтом по-- следнего импульса самообнуляется и с приходом следующего импульса вновь начинается их накопление. Затем резко убирают подачу топлива. При достижении двигателем в выбеге частоты вращения, при которой начинается измерение герметичности, схема 8 блокировки разрешает прохождение стробов с формир ователя 25 на ключи 6 и 7. Прошедшая через ключ 7 положительная полуполна ускорения усредняется вторым интегратором 12 и подается на один из входов аналогового сумматора 31 , на второй вход которого подается напряжение, соответствующее усредненной отрицательной полуволне ускорения, прошедшей через инвертор 9, переключатель 10 и интегратор 11. Результирующее напряжение с выхода сумматора проходит через переключатель 29, сглаживается фильтром 13 и поступает на сигнальный вход ключа 1А памяти. До момента окончания второго строба (после ВМТ) поступаюР1его с формирователя 25, ключ 14 открыт и запоминаюи1ее устройство 15 запоминает напряжение, подаваемое на его вход. По окончании строба импульс, сформированный схемой 32 формирования конца строба, воздействует на управляющий вход ключа 14 памяти и блокирует его сиг

o

0

5

0

s

5

0

5

0

нальный вход. Одновременно этим же импульсом включается в работу вольтметр 30, измеряющий напряжение на выходе функционального преобразователя 33, в котором осуществляется умножение, суммирование и деление согласно выражению (1),

Таким образом, электрическая схе-К ма устройства позволяет исключить из измеряемого на части контролируемого участка ускорения составляющую, которая характеризует суммарный момент трения, что повышает точность измерений герметичности камер сгорания двигателей.

Формула изобретения

Устройство для измерения мощности и герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, селектор уровня, блок формирования начала отсчета угловых меток, датчик синхронизации, блок формирования угловых меток, задатчик номера угловой метки, самообнуляющийся счетчик с регулируемой емкостью, блок синхронизации начала отсчета угловых меток, задатчик угловых меток цикла, формирователь строба, преобразователь частоты следования импульсов в нaпpяжe гиe, первый и второй сглаживающие фильтры, ключ вьщеления рабочего хода, дифференциатор, инвертор, переключатель разгон-выбег, первый управляющий интегратор, ключ памяти, запоминающее устройство и вольтметр, причем выход датчика частоты вращения подключен ,к входу преобразователя частоты следования импульсов в напряжение и к второму входу самообнуляющего счетчика с регулируемой емкостью, первый вход которого подключен к выходу блока синхронизации начала угловых меток, а третий вход подключен к задатчику угловых меток цикла, выход датчика синхронизации подключен к входу блока формирования начала отсчета угловых меток, выход преобразователя частоты следования им- пульсов в напряжение подключен к входам дифференциатора и первого сглаживающего фильтра, выход которого связан с входом селектора уровня, выход дифференциатора через ключ выделения рабочего хода подключен к

первому входу переключателя разгон-выбег непосредственно, а к второму его входу - через инвертор, выход переключателя разгон-выбег сое- динен с сигнальным входом первого управляющего интегратора, управляющий вход которого соединен с первым выходом самообнуляющегося счетчика с регулируемой емкостью, второй вы- Q ход которого соединен с сигнальным входом блока формирования угловых меток, управляющий вход которого связан с задатчиком номера угловой мет- ки, а выход связан с входом форми- рователя строба, выход второго сглаживающего фильтра через ключ памяти связан с входом запоминающего устройства, а управляющие входы ключа памяти и вольтметра объединены, о т л и- 20 чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения герметичности цилиндров двигателя внутреннего сгорания в условиях эксплуавым входом блока выделения верхней мертвой точки первого цилиндра, вто рой вход которого соединен с выходом блока формирования начала отсче та угловых меток, а выход - с первы входом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, выходы форми рователя строба подключены соответственно к первому и второму входам схемы блокировки ключей, третий вхо которой соединен с вторым входом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, выход псфвого управляющего интегратора через первую позицию первого канала переключателя мощность-герметичность связан с входом второго сглаживающего фильтр выходы первого и второго управляющи интеграторов соединены соответствен но с первым и вторым входами аналогового сумматора, выход которого че рез вторую позицию первого канала переключателя мощность-герметичност

тации, оно снабжено датчиком верхней 25 связан с входом второго сглаживаюмертвой точки, формирователем импульсов, блоком выделения верхней мертвой точки первого цилиндра, ключом выделения хода сжатия поршня, двухпозиционным четырехканальным переключателем мощность-герметичность, схемой блокировки ключей, схе ;мой формирования коНца строба, вторым управляющим интегратором, анало- roBbW сумматором, задатчиком констант и функциональньм преобразователен, причем выход дифференциатора через ключ выделения хода сжатия поршня связан с сигнальным входом второго управляющего интегратора, управляющие входы ключей выделения рабочего хода и хода сжатия поршня соединены соответственно с первым и вторым выходами схемы блокировки ключей, управляющий вход второго управляющего интегратора соединен с первым выходом самообнуляющегося счетчика с регулируемой емкостью, датчик верхней мертвой точки через формирователь импульсов соединен с первым входом блока выделения верхней мертвой точки первого цилиндра, второй вход которого соединен с выходом блока формирования начала отсчета угловых меток, а выход - с первым входом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, выходы формирователя строба подключены соответственно к первому и второму входам схемы блокировки ключей, третий вход которой соединен с вторым входом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, выход псфвого управляющего интегратора через первую позицию первого канала переключателя мощность-герметичность связан с входом второго сглаживающего фильтра выходы первого и второго управляющих интеграторов соединены соответственно с первым и вторым входами аналогового сумматора, выход которого через вторую позицию первого канала переключателя мощность-герметичность

связан с входом второго сглаживаю

щего фильтра, выход селектора уровня через первую позицию второго канала переключателя мощность-герметичность связан с управляющими входами ключа памяти и вольтметра, а через вторую позицию - с четвертым входом схемы блокировки ключей, вход вольтметра через первую позицию третьего канала переключателя мощность-герметичность связан с выходом запоминающего устройства и с первым входом функционального преобразователя, а через вторую позицию - с выходом функционального преобразователя, управляющие входы ключа памяти и вольтметра через вторую позицию четвертого канала переключателя мощ- ность-герметичность связаны с выходом схемы формирования конца строба, вход которой подключен к второму выходу схемы блокировки ключей, а второй и третий входы функционального преобразователя подключены соответственно к выходу первого сглаживающего фильтра и задатчику констант.