Способ определения верхней мертвой точки поршневого двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1989 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к испытаниям двигателей, в частности к способам определения положения верхней мертвой точки (в.м.т.) двигателя внутреннего сгорания. Целью изобретения является снижение трудоемкости определения в.м.т. двигателя.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая способ определения в.м.т. двигателя.

Устройство содержит датчик I положения коленчатого вала двигателя (к.в.д.), выход которого подключен к входу преобразователя 2 частоты следования импульсов в напряжение и первым входам схемы И 3 и счетчика 4. Выход преобразователя 2 связан с входом тахометра 5, а через дифференциатор 6, фильтр 7 и нуль-орган 8 с вторым входом схемы 3, выход которой подключен к первому входу триггера 9. Выход датчика 10 впрыска через формирователь 11 импульсов, триггер 9 и схему 12 фронта связан с вторым входом счетчика 4.

Результирующий крутящий момент двигателя образуется суммированием крутящих моментов отдельных цилиндров. Индикаторный момент в одном цилиндре в пределах цикла работы изменяется в широких пределах. При этом максимальное значение индикаторный момент М, в зависимости от степени сжатия принимает в пределах 20-40° после в.м.т. В указанных пределах зависимость М, от угла поворота может быть аппроксимирована синусоидой с частотой в три или четыре раза (в зависимости от степени сжатия) большей частоты вращения вала.

При постоянной величине инерционных масс, приведенных к валу двигателя между индикаторным моментом М, и ускорением е, коленчатого вала, существует прямая связь (в соответствии с уравнением динамики двигателя). Момент М, является суммой составляющих газовой компрессионной и инерционной. Исследованиями установлено, что внутри цикловое ускорение е, к.в.д.

NI со сд

О5

сд

также можно представить суммой составляющих: газовой, компрессионной и инерционной.

При этом инерционная составляющая у четырехтактных двигателей представляет собой вторую неуравновешенную гармонику частоты вращения у четырехцилиндрового двигателя и близка к нулю у многоцилиндровых двигателей. Частота изменения нагрузки на двигатель всегда ниже частоты вращения вала двигателя.10

У многоцилиндровых двигателей моменты отдельных цилиндров на рабочем цикле, а, следовательно, и ускорения t, частично перекрываются. Однако независимо от числа цилиндров в результирующем сигнале при- сутствует составляющая, кратная третьей или четвертой гармонике частоты вращения. При заданном скоростном режиме составляющая углового ускорения, кратная третьей или четвертой гармоникам частоты вращения при переходе ее с отрицатель- 20 угловых меток с датчика 1 и импульсы ной на положительную полуволну, соответ- с нуль-органа 8 поступают на схему 3, с

ные с коленчатым валом. С выхода датчика 1 импульсы - угловые метки - поступают через преобразователь 2 частоты следования импульсов в напряжение на вход дифференциатора 6, а с его выхода - на сигнальный вход перестраиваемого узкополосного фильтра 7. Последний настраивается на третью или четвертую гармонику частоты вращения {в зависимости от степени сжатия). Настройка фильтра 7 может проводиться вручную в зависимости от частоты вращения, измеренной тахометром 5, или автоматически, при этом фильтр 7 перестраивается напряжением, поступающим с выхода тахометра 5.

Выделенный фильтром 7 сигнал ускорения, кратный третьей или четвертой гармонике частоты вращения, поступает на нуль-орган 8, который формирует импульсы, равные по длине положительной полуволне сигнала на его входе. Импульсы

угловых меток с датчика 1 и импульсы с нуль-органа 8 поступают на схему 3, с

ные с коленчатым валом. С выхода датчика 1 импульсы - угловые метки - поступают через преобразователь 2 частоты следования импульсов в напряжение на вход дифференциатора 6, а с его выхода - на сигнальный вход перестраиваемого узкополосного фильтра 7. Последний настраивается на третью или четвертую гармонику частоты вращения {в зависимости от степени сжатия). Настройка фильтра 7 может проводиться вручную в зависимости от частоты вращения, измеренной тахометром 5, или автоматически, при этом фильтр 7 перестраивается напряжением, поступающим с выхода тахометра 5.

Выделенный фильтром 7 сигнал ускорения, кратный третьей или четвертой гармонике частоты вращения, поступает на нуль-орган 8, который формирует импульсы, равные по длине положительной полуволне сигнала на его входе. Импульсы

Целью изобретения является снижение трудоемкости испытаний. Цель достигается тем, что в процессе испытания контролируют частоту вращения коленчатого вала и измеряют угловое ускорение в пределах рабочего цикла испытуемого цилиндра. Выделяют составляющую,кратную третьей или четвертой гармонике частоты вращения, и при переходе ее с отрицательной полуволны на положительную фиксируют положение верхней мертвой точки испытуемого цилиндра. Дополнительно контролируют момент впрыска топлива в испытуемом цилиндре и определяют угловую метку, следующую после появления импульса впрыска непосредственно за моментом равенства нулю составляющей углового ускорения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

стиует моменту достижения в.м.т. цилиндром.

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают на двигателе датчик 1 положения к.в.д. угловых меток поворота к.в.д. На трубопровод высокого давления первого (или любого другого) цилиндра устанавливают виброизмерительный преобразователь (датчик впрыска топлива). Устанавливают двигателю режим минимальной частоты холостого хода. Путем обработки сигнала с датчика измеряют внутрицикловое ускорение коленчатого вала, выделяют из него составляющую, кратную третьей или четвертой гармонике частоты вращения. Номер выделяемой гармоники устанавливают предварительно в соответствии со степенью сжатия двигателя, которая зависит от конструктивных данных конкретной марки двигателя (например, при степени сжатия боль- ще десяти-двенадцати, что присуще всем тракторным двигателям, необходимо выделить четвертую гармонику). По команде блока начальной установки устройство подготавливается к работе. Прищедщий вслед за этим импульс впрыска первого цилиндра позволяет определить период составляющей ускорения, кратной четвертой гармонике частоты вращения, приходящийся на момент прохождения порщнем первого цилиндра в.м.т. При переходе этой составляющей в этом периоде с отрицательной на положительную полуволну выделяется угловая метка, которая в дальнейшем принимается за в.м.т. первого цилиндра. Далее устройство выделяет эту угловую метку в автономном режиме независимо от режима работы двигателя и наличия впрысков топлива.

Датчик 1 формирует импульсы, соответствующие угловым меткам, жестко связан

о 0 5

выхода которой пачки кмпульсов-угловых меток - подаются на первый вход триггера 9, на второй вход которого через

, формирователь 11 импульсов впрыска подается сигнал с датчика 10.

Импульс впрыска с выхода формирователя 11 устанавливает триггер 9 в одно устойчивое состояние. С приходом вслед за этим импульсом первого импульса из пачки импульсов, поступивших со схемы 3, триггер 9 устанавливается в другое устойчивое состояние. При этом появившийся в этот момент на выходе триггера фронт импульса выделяется схемой 12. Сформированный импульс фронта запускает самообнуляющийся счетчик 4 с фиксированной емкостью, равной удвоенному числу угловых меток на валу двигателя. Счетчик 4 в автономном режиме непрерывно считает импульсы - угловые метки, поступающие на первый (счетный) вход с датчика 1 независимо от поступления сигнала на второй вход, так как этот вход после поступления импульса с формирователя 12 заблокирован и может быть разблокирован только после поступления сигнала на тре5 тий управляющий вход счетчика.

После накопления счетчиком числа импульсов, равного удвоенному числу угловых меток на валу двигателя, счетчик самообнуляется и с приходом следующего импульса с датчика 1 счет возобновляется. При этом первый импульс, сосчитанный счетчиком 4, подается на его выход и служит меткой в.м.т. цилиндра, на котором установлен датчик 10 впрыска.

Формула изобретения

5

0

измеряют сигнал, характеризующий перемещение порщня, и путем обработки результата измереиия определяют положение верхней мертвой точки, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, контролируют частоту вращения коленчатого вала двигателя, а в качестве сигнала перемещения порщня принимают угловое ускорение коленчатого вала двигателя в пределах рабочего цикла испытуемого цилиндра, выделяют из измеренного снгнала составляющую, кратную третьей или четвертой гармонике частоты вращения, и в качестве результата измерения принимают моменты равенства нулю этой составляющей при переходе ее с отрицательной на положительную полуволну.

ю

п

устанавливают режим минимальной частоты вращения холостого хода.

определения верхией мертвой точки для многоцилиндровых двигателей, при получении результатов измерения формируют импульсы - угловые метки поворота коленчатого вала, а также импульс впрыска топр лива в цилиндр, определяют угловую метку, следующую после появления импульса впрыска непосредственно за моментом равенства нулю составляющей внутрициклово- го углового ускорения коленчатого вала, кратной третьей или четвертой гармонике

частоты вращения при переходе ее с отрицательной на положительную полуволну, и эту метку принимают в качестве верхней мертвой точки контролируемого цилиндра.

От блока ной установки