Устройство для определения положения внутренней мертвой точки поршня дизеля Советский патент 1989 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области диагностики технического состояния двигателей внутреннего сгорания, в частности, дизелей и может быть использовано для определения положения внутренней мертвой точки (ВМТ) поршневых двигателей.

Цель изобретения - повышение точности диагностирования.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит емкостную пластину 1, на которой с помощью косольных балок 2 и 3 закреплены перва 4 и вторая 5 катушки индуктивности, индуктивно связанные между собой. Катушки намотаны на ферритовых сердечниках и расположены в плоскости, параллельной емкостной пластине 1, симмметричио относительно этой пластины. Последняя подключена к одному из входнь1х зажимов генератора 6 высокой частоты. Емкостная пластина 1 вместе с консольными балками 2 и 3 и катушками Д и 5 расположены в камере сгорания цилиндра 7 дизеля, к которому подключен второй входной зажим генератора 6. Первая катушка 4 соединена с выходными зажимами генератора 6. Первый зажим второй катушки 5 соединен с первыми зажимами Ттервого 8 и третьего 9 сопротивлений неравновесного моста 10 переменного тока. Второй зажим второй катушки Ь соединен с первыми зажимами второго II и четвертого 12 сопротивлений. Первая входная клемма амплитудного детектора 13 подключена к вторым зажимам первого 8 и второго 11 сопротивлений. Второй зажим третего сопротивления 9 через последовательно соединенные дополнительную катушку lA индуктивности и конденсатор 15 связан с вторым входом амплитудного детектора 13, подключенным к второму зажиму четвертого сопротивления 12. Выход амплитудного детектора 13 соединен с регистратором 1б.

Емкостная пластина 1 выполнена из металла, например стали, и укреплена на трубчатой штанге, вводимой в цилиндр через форсуночное отверстие. Эта пластина электрически изолирована от штанги и упругих консол ных балок 2 и 3, установленных на этой пластине. Генератор 6 вырабатывает высокочастотный гармонически

5

0

5

.

0 5

0

5

0

5

сигнал, частота которого уменьшается с ростом емкости между входными его зажимами. Этот генератор реализован по типовой схеме на высокочастотных транзисторах серий КТ, ГТ. Сопротивления 8,9,11 и 12 выбраны типов УЛИ или СС-23 и имеют порядок нескольких килоом. Конденсатор 15 может быть, например, типа МБ ГП, КМ и др. Амплитудный детектор предназначен для выделения из подаваемого на него сигнала напряжения, соответствующего амплитуде этого сигнала, и реализован по типовой схеме на базе микросхем серии 157, и др. Регистратор 16 служит для регистрации выходного сигнала детектора 13 и может быть выполнен, например, в виде осциллографа.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что поршень начинает движение из наружной мертвой точки (НМТ) к ВМТ. Поскольку в этом случае расстояние между этим поршнем, например нижним, и емкостной пластиной 1 максимально, то емкость конденсатора, образованного этими пластиной и поршнем, минимальна, а частота вь1ход- ного сигнала генератора 6 максимальна. Этот сигнал подается на первую катушку и благодаря ее индуктивной связи с катушкой 5 вызывает присутствие переменного высокочастотного напряжения на зажимах катушки 5. Это напряжение имеет неизменную амплитуду до тех пор, пока расстояние между катушками k и 5 постоянно, и прикладывается к входным зажимам моста 10 переменного тока. В случае максимального значения частоты генератора 6 (что соответствует минимуму емкости между входными клеммами генератора 6) абсолютные значения реактивных сопротивлений конденсатора 15 и дополнительной катушки И индуктивности совпадают, но имеют противоположные знаки. В результате этого указанные сопротивления компенсируют одно другое и полное сопротивление цепи: третье сопротивление 9, дополнительная катушка И, конденсатор 15, совпадает с величиной сопротивления, мост 10 сбалансирован. При этом напряжение между первым и вторым входными зажимами амплитудного детектора 13 равно нулю, на его выходе и входе регистратора 1б также нулевое.

1

25

По мере приближения поршня к пластине 1 емкость, подключенная к входным зажимам генератора 6, увеличивается, а частота его выходного сигнала уменьшается, т.е. уменьшается частота напряжения, питающего мост 10 В связи с этим реактивное сопротивление конденсатора 15 становится больше реактивного сопротивления катушки И, компенсация этих реактив- ностей места не имеет, полное сопротивление цепи из сопротивления 9, катушки и конденсатора 15 получается больше, чем величина сопротивления 9- Сопротивления 12,8 и 11 остаются неизменными, баланс моста 10 нарушается и между входными зажимами детектора 13 прикладывается ненулевое напряжение. Величина последнего растет по мере Q приближения поршня к емкостной пластине 1 .

При дальнейшем перемещении поршня к ВМТ происходит его соприкосновение с катушкой 5 (если бы к ВМТ двигался верхний поршень, то было бы соприкосновение его с катушкой } и изгиб консольной балки 3. Благодаря уменьшению катушками k и S вза- возрастает и намоста 10 увеличивается. Это приводит к возрастанию выходного напряжения моста, которое поступает на вход амплитудного детекто- . ра 13. Максимальная амплитуда этого напряжения достигается при максимальной взаимоиндуктивности катушек и 5 и соответствует расположению поршня в ВМТ. Амплитудный детектор 13 выделяет максимальное значение этой амплитуды и выдает его на регистратор 1б.

При выходе поршня из ВИТ напряжение питания моста 10 снижается вследствие увеличения расстояния между катушками 4 и 5 и ослабления взаимоиндуктивности между ними. Уменьшение выходного сигнала генератора 6 происходит по мере увеличения расстояния между пластинами катушек и 5.

После выхода из соприкосновения пластины катушки 5 и нижнего поршня амплитуда напряжения питания моста 10 сохраняется, а изменяется только частота этого напряжения.

расстояния между имоиндуктивность пряжение питания

15239 3

последним и пластиной 1, то в э

случае изменяется частота и амп выходного напряжения генератора Причем увеличение амплитуды это пряжения происходит одновременно уменьшением его частоты и каждый этих факторов влечет за собой ув ние сигнала разбаланса моста 10 Уменьшение же амплитуды напряжен питания моста 10, приводящее к у шению выходного сигнала моста, п ходит одновременно с ростом част этого напряжения, которое влечет собой уменьшение сигнала разбала Следовательно, крутизна изменени сигнала на выходе моста на участ движения поршня от момента начал прикосновения поршня с пластиной тушки 5 до момента выхода из соп новения поршня и пластины больше экстремум этого сигнала острее, устройстве, где учитывается толь менение частоты высокочастотуюго нала .

При определении ВМТ верхнего ня устройство работает аналогичн ложенному, с той только разницей изменение расстояния между катуш и 5 происходит благодаря изгибу 2 под воздействием верхнего порш а катушка 5 остается неподвижной

При диагностировании двигател встречно-движущимися поршнями (н мер, типа Д100) рабочая частота ратора 6 определяется емкостью к денсатора, образованного паралле ным соединением двух конденсатор Первый конденсатор образован ниж поршнем и емкостной пластиной 1, второй - верхним поршнем и емкос пластиной 1. Максимальная величи этой суммарной емкости взаимоинд тивности катушек А и 5 имеет мест при минимальном расстоянии между ним и нижним поршнями, т.е. когда находятся во внутренней общей мер точке (ВОМТ). В этом случае часто выходного напряжения генератора 6 нимальна, а амплитуда максимальна что обуславливает максимум сигнал на входе амплитудного детектора 1 Следовательно, максимум выходного пряжения этого детектора соответс вует расположению поршней в ВОНТ.

.30

35

45

50

Поскольку при изменении расстояния Поскольку в указанных двигателях

1

25

3 Q

последним и пластиной 1, то в этом

случае изменяется частота и амплитуды выходного напряжения генератора 6. Причем увеличение амплитуды этого напряжения происходит одновременно с уменьшением его частоты и каждый из этих факторов влечет за собой увеличение сигнала разбаланса моста 10. Уменьшение же амплитуды напряжения питания моста 10, приводящее к уменьшению выходного сигнала моста, происходит одновременно с ростом частоты этого напряжения, которое влечет за собой уменьшение сигнала разбаланса. Следовательно, крутизна изменения сигнала на выходе моста на участке движения поршня от момента начала соприкосновения поршня с пластиной катушки 5 до момента выхода из соприкосновения поршня и пластины больше, а экстремум этого сигнала острее, чем в устройстве, где учитывается только изменение частоты высокочастотуюго сигнала .

При определении ВМТ верхнего поршня устройство работает аналогично изложенному, с той только разницей, что изменение расстояния между катушками k и 5 происходит благодаря изгибу бапки 2 под воздействием верхнего поршня, а катушка 5 остается неподвижной.

При диагностировании двигателя с встречно-движущимися поршнями (например, типа Д100) рабочая частота генератора 6 определяется емкостью конденсатора, образованного параллельным соединением двух конденсаторов. Первый конденсатор образован нижним поршнем и емкостной пластиной 1, а второй - верхним поршнем и емкостной пластиной 1. Максимальная величина этой суммарной емкости взаимоиндуктивности катушек А и 5 имеет место при минимальном расстоянии между верхним и нижним поршнями, т.е. когда они находятся во внутренней общей мертвЬй точке (ВОМТ). В этом случае частота выходного напряжения генератора 6 минимальна, а амплитуда максимальна, что обуславливает максимум сигнала на входе амплитудного детектора 13. Следовательно, максимум выходного напряжения этого детектора соответствует расположению поршней в ВОНТ.

.30

35

45

50

Изобретение относится к системе диагностирования двигателей внутреннего сгорания и позволяет повысить точность определения ВМТ. В камере сгорания дизеля размещаются катушки 4 и 5 индуктивности, связанные с емкостной пластиной 1. Перемещение поршня дизеля смещает по меньшей мере одну из катушек 4 или 5, генерируя изменение сигнала от генератора 6 частоты. Преобразование сигнала с помощью неравновесного моста 10 переменного тока и амплитудного детектора 13 регистрируется на блоке 16, где благодаря более крутому изменению сигнала с повышенной точностью формируется сигнал ВМТ. 1 ил.

между катушками i и 5 ба консольной балки 3 ем поршня изменяется

вследствие изги- под воздействи- и емкость между

ВМТ нижнего и верхнего поршней не совпадают, то моменты начала деформации балок 2 и 3 не совпадают, равНО как и моменты окончания их деформации. Предположим, что при движении поршней к ВМТ вначале нижний поршень соприкасается с катушкой 5, изгибая балку 3. В результате этого расстояние между катушками + и 5 сокращается и напряжение на входе моста 10 растет. Кроме того, продолжает расти и емкость между нижним поршнем и пластиной 1, Далее, по мере движения поршней, верхний поршень прижимается к катушке k и приближает ее к катушке 5. При этом увеличивается емкость между верхним поршнем и пластиной 1 и, следовательно, уменьшается частота верхнего сигнала генератора. С течением времени вначале поршень выходит из соприкосновения с катушкой 5, а затем верхний поршень выходит из соприкосновения с катушкой 4 и дальнейшие изменения сигнала разбаланса моста обусловлены изменениями только частоты генератора 6.

В рассматриваемом случае при диаг- 25 дуктивно и укрепленные с помощью консольных балок на емкостной пластине, причем первое и второе плечи моста выполнены в виде первого и второго сопротивлений одинаковой величины, третье плечо выполнено в виде третьего сопротивления, дополнительной катушки индуктивности и конденсатора, соединенных последовательно, четвертое плечо выполнено в виде четвертого сопротивления, равного по величине

ностировании двигателя с противоположно-движущимися поршнями с момента подхода нижнего поршня к катушке 5 и соприкосновения с ней и до момента выхода из соприкосновения верхнего поршня и хатушки 4 изменения выходного сигнала моста 10 обусловлены изменениями частоты и амплитуды напряжения питания этого моста. При этом изменения частоты и амплитуды влекут

30

за собой появление приращений сигнала 5 третьему сопротивлению, а связь емразбаланса моста 10 одинакового знака Благодаря этому крутизна изменения выходного сигнала моста 10 при движении поршней к ВОМТ и от этой точки между указанными моментами времени больше, чем в известном устройстве, где информативный сигнал на регистрирующем блоке обусловлен изменением только частоты генератора. Экстремум сигнала на выходе детектора 13 в связи с этим более острый, а на регистратор 1б подается сигнал с более крутыми фронтами и ярко выраженным максимумом.

Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность диагностирования дизеля, так как крутизна фронтов и острота

40

45

50

костной пластины с регистратором выполнена через вторую катушку индуктивности, неравновесный мост переменного тока и амплитудный детектор, связанные последовательно, причем первая катушка индуктивности подключена t} выходу генератора высокой частоты, первый зажим второй катушки индуктивности соединен с первыми зажимами первого и третьего сопротивлений моста, второй зажим второй катушки индуктивности соединен с первыми зажимами второго и четвертого сопротивлений, первая входная клемма амплитудного детектора подключена к вторым зажимам первого и второго сопротивлений моста, а вторая - с точкой соединения второго зажима четвертого сопротивления и обкладки конденсатора.

экстремума сигнала на входе регистрирующего устройства максимальна. Это означает, что точность определения положения ВМТ поршня ДВС повыша- ется.

Формула изобретения

Устройство для определения положения внутренней мертвой точки поршня дизеля, содержащее генератор высокой частоты, регистратор и емкостную пластину, установленную в камере сгорания цилиндра дизеля и связанную с входом генератора высокой частоты и регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены амплитудный детектор, неравновесный мост переменного тока, две консольные балки и первая и вторая катушки индуктивности с первыми и вторыми зажимами, установленные в камере сгорания дизеля, связанные ин0

5

0

костной пластины с регистратором выполнена через вторую катушку индуктивности, неравновесный мост переменного тока и амплитудный детектор, связанные последовательно, причем первая катушка индуктивности подключена t} выходу генератора высокой частоты, первый зажим второй катушки индуктивности соединен с первыми зажимами первого и третьего сопротивлений моста, второй зажим второй катушки индуктивности соединен с первыми зажимами второго и четвертого сопротивлений, первая входная клемма амплитудного детектора подключена к вторым зажимам первого и второго сопротивлений моста, а вторая - с точкой соединения второго зажима четвертого сопротивления и обкладки конденсатора.