Устройство для регистрации параметров в цилиндре двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к испытания двигателей внутреннего сгорания (ДВС в частности к устройствам измерения я регистрации параметров процесса, и может быть использовано для диагнос- тики и испытаний ДВС.

Целью изобретения является повышение точности измерения параметров рабочего процесса ДВС.

1 На фиг. 1 представлена схема |устройства; на .фиг. 2 - схема функци Ьального генератора положения порш- ня; на фиг. 3 - схема электронного ключа,

1 Устройство содержит датчик 1 давления, установленный в цилиндре 2 ДВС, усилитель 3, первый автомати- че.ский потенциометр 4, первое 5 и ;второе 6 перемножающие устройства, регистратор 7, функциональный гене- |ратор 8 положения поршня, второй автоматический потенциометр 9, дат- :Чик 10 положения впускного клапана 11, первый 12, второй 13 и третий

14 электронные ключи, датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе, управляемый фильтр 16 низких частот, датчик 17 начала воспламенения смеси, RS-триггер 18, генера- тор 19 функции скорости звука, схему 20 деления и задатчик 21 величины диаметра цилиндра. .

Датчик 1 давления, установленный в цилиндре 2 ДВС, через усилитель 3 связан с первым входом управляемого фильтра 16 низких частот и вторым входом третьего электронного ключа 14, первый вход которого подключен к выходу управляемого фильтра 16

низких частот. Выход третьего электронного ключа 14 через первый автоматический потенциометр 4 и последовательно включенные первое 5 и вто- рое 6 перемножающие устройства свя- зан с регистратором 7 и генератором 19 функции скорости звука. Выход ключа 14 также соединен с сигнальным входом первого электронного ключа 12 Сигнальный вход второго электронного ключа 13 соединен с выходом функционального генератора 8 положения поршня в цилиндре. Выход функционального генератора 8 подключен также к первому входу второго автоматического потенциометра 9, второй вход которого соединен с выходом электронного ключа 13. Выход автоматического потенциометра 9 соединен с вторым вход.ом

с

0

5

0 5

О

.Q

дг

5

0

5

первого перемножающего устройства 5. Управляющее входы электронных ключей 12 и 13 связаны с-выходом датчика 10 положения впускного клапана, а управляющий вход третьего электронного, ключа 14 соединен с выходом триггера tS, R- и S-входы которого подключены соответственно к выходам датчика Ш положения впускного клапана и датчика 17 начала воспламенения смеси. Датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе подключен к второму входу второго перемножающего устройства 6, Генератор 19 функции скорости звука и задатчик 21 величины диаметра цилиндра соединены с соответствующими входами схемы 20 деления, выход которой подключен к второму входу управляемого фильтра 16.

Функциональный генератор 8 положения поршня в цилиндре содержит связан- ньй с валом двигателя генератор 22 функции sinod, схему 23 возведения в квадрат, схему 24 дифференцирования, схему 25 Умножения на постоянный коэффициент, задатчик 26 постоянной величины, сумматор 27 с тремя входами. К первому входу сумматора 27 подключен задатчик 26, к второму - схема 24 дифференцирования, вход которой соединен с выходом генератора 22 функции sin (Si, третий вход сумматора 27 через схемы умножения 25 и дифференцирования 23 связан с выходом генератора 22. Выход сумматора 27 совмещен с выходом функционального генератора .8,

Первый 4 и второй 9 автоматические потенциометры содержат резистор 28, компаратор 29 напряжения, схему 30 выборки-хранения и схему 31 деления. Первый вход автоматического потенциометра совмещен с первым входом схемы 31 деления, а второй вход - с первым входом схемы 30 выборки- хранения и первым входом компаратора 29 напряжения, а также через резистор 28 связан с корпусом потенциометра. Выход компаратора 29 соединен с вторым входом схемы 30 выборки-хранения, выход которой подключен к второму входу схемы 31 деления. Выход последней совмещен с выходом автоматического потенциометра.

Работа устройства основывается на определении температуры газа в цилиндре две косвенным.образом, а именно по-измеренным параметрам давления газа

в цтиндре и .температуры во впускном коллекторе с учетом положения впусклого клапана (начала сжатия) и угла поворота коленчатого вала . При этом давле1-ше газа в цилиндре измеряется с учетом возникающих в процессе сгорания звуковых колебаний газа путем уоцпенсагщи вызываемых ими искажений„ Корректировка вьшол- няется по частоте колебаний сигнала датчика давления газа постановкой управляемого фильтра низких частот.

Определение частоты колебаний газ .в цилиндре возможно по соотношению

Id-

где а - скорость звука в газов эй

среде;

d - диаметр цилиндра, Скорость звука с достаточной точностью (1,0%) аппроксимируется функ- температуры t газа в цилиндре

а 6,00. + 274,0. .(2) Определение текущих значений тем- ператзфы газа в цилиндре основано на решении уравнения состояния газа вида,

PV IffiT,(3)где Р - давление газа в цилиндре; V - объем газа в цилиндре; М - масса газа в пдпиндре; Т - температура газа в цилиндре; R - газовая постоянная для 1 кг

газа.

Тогда уравнение (3) для газа в поршневой машины в момент начала сжатия запишется в виде

4

p , V M R Т(

Q a Q a (

fl,

где V - объем газа в цилиндре в

момент начала действительного сжатия, т.е. .в момент закрытия впускного клапана (и1щекс а .относится к условиям начала сжатия). После деления уравнения (3) на ypaBHeirae (4) можно выразить температуру газа следующим образом:

Р. V RO,- Мо( ,,,.

ГТГ

Отклонение на участке сжатие сгорание-расширение можно принять равным единице (кЛапаны закрыты).

Отклонение Кд/Р также можно при- . нять равные единице, так как оно меняется только в период сгорания и на незначительную величину +0,2%.

Объем газов в цилиндре равен V V(.+ -(1 - cosfti +l-sin oi)

+ (1 - cosfti -b I ),

V,

to

5

6.

5

0

5

0

5

где Vf. - объем камеры сгорания; V - рабочий объем хщлиндра; D - диаметр цилиндра; S - полный ход поршня; - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; об - угол поворота кривошипа;

S Л

--(1 - coscy + - ) - смещение

поршня от ВМТ при данном угле поворота кривошида. Учитывая, что Vq Vg-fa где 6а- действительная степень сжатия, и

V V - V -- а С Vc

где - геометрическая степень сжатия;

Vj, - полный объем цилиндра, отношение V/V по формуле (5) опреде(Л

ляется следующим образом:

V с+ 2 cosoi+ I ) „j ,.. .,

Vc-fc После преобразований получают

V 6-1 .,f+1, А . .,..,.

Гт1 ор cosoi+ - зшЭД.Сб)

Vq .-..

По определению действительной степени сжатия

f (1 - ) p - 2 /,

Сд-„ , u;

где об - угол начала действительного

сжатия, т.е. угол закрытия впускного клапана. После преобразований формулы (7)

получают

6 -- ( .coso/ + - ) (8)

0

Подставляя (S) в (6) имеют g-1 ( - cos 06+ I ) 6-1 (| - coso/Ч sin )

5

V

Vf . .E+J

о

+ iл

-- - cosai + sinV

|-| - coso( + - fc-i2

После подстановки (9) в (5) с учетом указанного получают

(9)

Р cIT 9

: 1 г--7 1-:т: °

р-- - cosoi + - sin(xi

На основании формулы (10) возможна регистрация температуры газа в цилиндре две.

Устройство работает следующим образом.

I Давление газа в цилиндре 2 дат- ч|1ком i преобразуется в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на второй вход третьего электронного ключа 14, а тЬкже на вход управляемого фильтра 16 низких частот, выход которого связан с: первым входом третьего электронного кЬюча 14. В момент закр-ытия впускно- гр клапана 11 сигнал с датчика 10 положения клапана проходит на вход Rj триггера 18 и устанавливает его. в состояние О. Выход триггера свя- с управляющим входом третьего электронного ключа 14. В этом состоянии второй вход третьего электронного ключа 14 замкнут на его выход, сиг- нэл с которого поступает на вход пер- BJDro автоматического потенциометра 4« Одновременно с этим функциональный генератор 8 положения поршня формирует функцию вида

cZJ cosoi+ 2 .

Сигнал, пропорциональньш данной функции, поступает на вход второго автоматического потенциометра 9. В момент закрытия впускного клапана 1|1 датчик 10 положения впускного кпапана подает управляющий сигнал на цервый 12 и второй 13 электронные ключи, замыкая их. В этот момент электрический сигнал.с выхода третьего электронного ключа 14 поступает на второй вход первого автоматического потенциометра 4 через первый зшектронньш ключ 12, а сигнал с выхода генератора 8 положения поршня проходит через второй электронный ключ 13 и поступает на второй вход второго автоматического потенциомет- jfia 9. Входной сигнал делится в первом автоматическом потенциометре 4 на величину, пропорциональную сигналу PJJ, постоянную на время одного 1щкла (до начала следующего сжатия), а сигнал от генератора В положения поршня делится во втором автоматичес

. ком потен1тиометре У на величину, пропорщ-юнальную отношени;.,

е + 1 1 Л . , f g2J - - ,

также постоянную на время одного цикла. С выхода первого автоматического потенциометра 4 сигнал, пропорциональный отношению Р/Р. , поступает на первый вход первого перемножающего у;стройства 5, а с выхода второго автоматического потенциометра 9 сигнал, пропорциональньш отношению

р-т - - |з| - cos(/ +|

поступает на второй вход первого перемножающего устройства 5-. На выходе первого перемножающего устройства 5 получается сигнал, пропорциональный величине

которьй подается на первый вход второго перемножающего устройства 6. На второй вход второго перемножающего устройства 6 подается сигнал, пропорциональный температуре Т в начале сжатия, от датчика 15 температуры газа во впускном коллекторе. На выходе второго перемножающего устройства 6 получают сигнал, пропорциональньш/

величине

который подается на вход регистра 7, а также на вход генератора 19 функции а f(.T), где а - скорость звука в цилИ1щре. С выхода этого генератора сигнал, пропорциональный данной функции, поступает на первый вход схемы 20 деления. На второй вход этой схемы подается сигнал с задат- чика 21, пропордаональный величине 2d, где d - диаметр гц ливдра. Таким образом, на выходе схемы 20 .деления формируется сигнал, пропорциональньм

f --, который воздействует на вто- 2.0.

рой управляющий вход управляемого фильтра 16 нижних частот.

10

15

В момент начала сгорания сигнал с датчика 17 начала сгорания проходит на S-вход триггера 18, переводя его в состояние 1. При этом сигнал логической 1 поступает с выхода триг- гера 18 на управляющий вход третьего электронного ключа 14. При этом сигнал с выхода управляемого фильтра проходит через замкнутый с выходом первый вход третьего эл-ектронного ключа 14 на вход первого автоматического потенциометра 4. Тем самым вьшсшняется фильтрахщя сигнала датчика 1 давления.

Вал двигателя жестко связан с генератором 22 функции sinoi, определенным образом ориентирован относительно него. Генератор 22 может представлять собой синхронную машину переменного тока или дифферен- циальньй преобразователь линейных помещений. Сигнал с генератора 22, пропорциональный sin ui, поступает на вход схемы 23, а также на вход схемы

24дифференцирования. Па выходе схемы 23 получают сигнал вида ,

а на выходе схемы 24 - cos об(так как ds.h&f dd

непосредственно с одним из входов сумматора 27, выход схемы 23 - с другим входом сумматора 27 через схему

25умножения на постоянный коэффици Л

20

25

cosci) . Выход схемы 24 связан

30

ент 2

Таким образом, на выходе схемы 25 олучают сигнал вида

-2, 2 sinV,

35

40

м в ч ге сх да пр то не св ки ть вь

поступаюпщй на вход сумматора 27.

На сумматор 27 подается также сигна

е-и

ВД -Т задатчика 26 постоянной

величины. После преобразований на вы ходе сумматора 27 имеется сигнал вид

f + 1 . .

p-J - COS(X.+ - ,

который одновременно является сигналом с выхода функционального генератора 8 положения поршня.

Автоматические потенциометры 4 и 9 работают следуюи м образом.

При поступлении сигнала на второй вход срабатывает компаратор 29 напряжения и фронтом своего выходного сигнала кратковременно переводит схему 30 выборки-хранения в сос

10

5

тояние Выборка, При этом происходит запоминание электронного потенциала на информативном входе схемы 30. Резистор 28 необходим для надежного закрывания компаратора 29 в момент времени, когда источник сигнала, по- . ступающий на второй вход, имеет высокий импедакс. На выходе схемы 30, таким образом, присутствует сигнал Р (для потенциометра 4) либо V (для потенциометра 9), постоянный на время цикла. На этот сигнал в схеме 31 делится сигнал, поступающий на первый вход. Результат (Р/р или V/v|) сни- мается с вьпхода автоматического потенциометра.

Формула изобрете

НИН

20

25

30

35

40

45

0

5

1. Устройство для регистрации параметров в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные датчик давления, усилитель, первый автоматический потенциометр, первое и второе перемножающее устройства и регистратор, последовательно соединенные функциональный генератор положения поршня и второй автоматический потенциометр, датчик положения впускного канала, связанный с управляющими входами первого и второго электронных ключей, подключенньпс соответственно к вторым входам первого и второго автоматических потенциометров, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, связанный с вторым входом второго перемножающего устройства, причем выход функционального генератора соединен с сигнальным входом второго электронного ключа,, отличающееся тем,- что, с цепью повышения точности работы, устройство дополнительно содержит управляемый фильтр, низких частот с двумя входами, третий электронный ключ с тремя входами и общим выходом, датчик начала воспламенения смеси, RS-триггер, генератор функции скорости звука, . схему деления с двумя входами и за- . датчик величины диаметра цилиндра, причем управляемый фильтр низких частот и третий электронный ключ соеди- нены последовательно и включены в связь усилителя с первым автоматическим потенциометром, второй вход третьего электронного ключа соединен с вьЕходом усилителя, а третий вход с выходом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу датчика поло- впускного клапана, а S-вход - к выходу датчика начала воспламенения смеси, выход третьего электронного кЛюча соединен также с сигнальным первого электронного ключа, первый вход схемы деления через генератор функции скорости звука подклю- 4i2H к вь1Ходу второго переключающего уЬтрой.ства, второй вхоД схемы деле- н|1я связан с выходом задатчика вели- диаметра цилиндра, а выход схе- .Mfci деления подключен к второму входу управляемого фильтра низких частот.

2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с. я тем, что функционал н|ый генератор положения поршня вы- п|олнен в виде генератора функции

in, связанного с валом двигателя, цхемы возведения в квадрат и схемы дифференцирования, подключенных к; выходу генератора функции sind, схе умножения на постоянный коэффици- 4нт, задатчика постоянной величины и сумматора -с тремя входами, подключенными соответственно к задатчи- ку постоянной величины, схеме дифференцирования и через схему умножения на постоянный коэффициент к схеме возведения в квадрат.

3. Устройство по П.1, отличающееся тем, что первый и. второй автоматические потенциометры вьшолнены в виде расположенных в корпусе резистора, компаратора напряжения с двумя входами, схемы рыбор- ки-хранения и схемы деления, причем первый вход схемы деления совмещен с первым входом автоматического потенциометра, первый вход схемы выборки-хранения совмещен с первым входом компаратора напряжения и вторым входом автоматического потенциометра а также через резистор связан с корпусом, выход схемы выборки-хранения соединен с вторым входом схемы деления, второй вход ком:паратора напряжения связан с корпусом, а вьпсод схемы деления совмещен с выходом автоматического потенциометра.

Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности, к устройствам измерения и регистрации параметров рабочего процесса ДВС. Целью изобретения является повышение точности измерения параметров рабочего процесса ДВС. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство, содержащее датчик 1 давления, установленный в цилиндре 2 двигателя, усилитель 3, автоматические потенциометры 4 и 9,перемножающие устройства 5 и 6, регистратор 7, функциональный генератор 8 положения поршня, датчик 10 положения впускного клапана 11, электронные ключи 12 и 13, датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе, дополнительно снабжено третьим электронным ключом 14, управляемым фильтром 16 низких частот, датчиком 17 начала воспламенения смеси, RS-триггером 18, генератором 19 функции скорости звука, схемой 10 деления и задатчиком 21 величины диаметра цилиндра. Работа устройства основывается на определении температуры газа в цилиндре ДВС по измеренным параметрам давления газа в цилиндре и температуры воздуха во впускном коллекторе с учетом положения впускного клапана (начала сжатия) и угла поворота коленчатого вала. При этом давление газа измеряется с учетом возникающих в процессе сгорания звуковых колебаний газа путем фильтрации сигнала датчика давления по частоте. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фае.1

//

28

30

31

III

I

Фиг.З