Способ определения угла опережения впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F02M65/00 

vi о ч

(Л

ю

Изобретение относится к измерительной технике и используется для испытания двигателей внутреннего сгорания. Цель - повышение точности и снижение трудоемкости измерения. Способ заключается в том, что осуществляют свободный разгон и измеряют частоту вращения коленчатого вала двигателя, а в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска топлива, используют величину частоты вращения двигателя в момент смены знака производной углового ускорения по частоте вращения, сравнивают полученное значение с эталонным и по результатам сравнения определяют угол опережения впрыска топлива. Устройство содержит датчик 1 частоты вращения, соединенный с формирователем 2 импульсов, сравнивающее устройство 5, преобразователь 3 частоты следования импульсов в напряжение, дифференциатор 7 по частоте вращения, нуль- орган 8, источник 9 опорного напряжения и индикатор 10. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. сл С

1

Фи.г

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения угла опережения впрыска топлива двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях.

Известны способы оценки угла опережения впрыска топлива на работающем дизеле по фазовому сдвигу между верхней мертвой точкой (ВМТ) поршня и моментом повышения давления в трубопроводе высокого давления с помощью тензометриче- ских датчиков, установленных на этом трубопроводе, и сопоставления получаемого при этом сигнала с сигналом прохождения поршнем соответствующего цилиндра ВМТ. Сигнал от тензодатчиков усиливается, преобразуется в прямоугольный импульс с крутым нарастанием напряжения и подается в электронный анализатор. Одновременно к анализатору подводится сигнал, соответствующий ВМТ поршня. На выходе анализатора формируется импульс напряжения, величина которого пропорциональна углу опережения впрыскивания топлива.

Недостатком известного способа является повышенная трудоемкость, связанная с необходимостью установки датчика ВМТ цилиндра и датчика давления топлива.

Известен также способ оценки угла опережения впрыскивания топлива двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что измеряют косвенный параметр, характеризующий угол опережения впрыскивания - уровень дымления при номинальной нагрузке, сравнивают измеренное значение с допустимым и по величине отклонения оценивают угол опережения.

Недостатком указанного способа является низкая точность, вызванная тем, что уровень дымления зависит не только от угла опережения впрыска, но и от других параметров технического состояния топливной аппаратуры.

Известно устройство для определения угла опережения впрыскивания топлива, содержащее датчик частоты вращения, датчик сигнала, соответствующего положению коленчатого вала при ВМТ первого цилиндра, датчик начала подъема иглы распылителя форсунки и электронный измерительный блок, состоящий из формирователей импульсов датчиков частоты, начала подъема иглы распылителя форсунки и ВМТ, формирователя импульса строба, умножителя частоты следования импульсов, счетчика, цифроаналогового преобразователя и индикатора (дисплея). При этом датчик начала подъема иглы распылителя форсунки через формирователь импульсов соединен с первым входом формирователя импульса строба, второй вход которого через формирователь импульсов соединен с датчиком ВМТ, а выход - с первым (управляющим) входом счетчике импульсов, второй вход (счетный)

которого через умножитель и формирователь импульсов соединен с датчиком частоты вращения, снимающим сигнал с зубчатого венца маховика двигателя, выход счетчика через цифроаналоговый преобра0 зователь соединен с индикатором.

Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и сложность измерения, вызванная необходимостью установки трех датчиков обработки сигнала.

5 Цель изобретения - повышение точности, снижение трудоемкости и упрощение определения угла опережения впрыскивания топлива.

Поставленная цель в способе достигает0 ся тем, что измеряют текущую величину, ха- рактеризующую работу двигателя, определяют параметр, характеризующий угол от режения впрыска топлива, сравнивают полученное значение с эталонным и по

5 результатам сравнения определяют угол опережения впрыска топлива, в качестве текущей величины измеряют частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме свободного разгона, а в качестве парамет0 ра, характеризующего угол опережения впрыска, используют величину частоты вращения двигателя в момент смены знака производной углового ускорения по частоте вращения.

5 Поставленная цель в устройстве достигается тем, что оно содержит датчик частоты вращения, последовательно связанный с ним формирователь и последовательно связанные сравнивающее устройство и индика0 тор и снабжено источником опорного напряжения и последовательно связанными преобразователем частоты в напряжение, дифференциатором по времени, фильтром нижних частот, дифференциато5 ром по частоте и нуль-органом, причем выход формирователя связан с входом преобразователя частоты в напряжение, выход нуль-органа связан с управляющим входом сравнивающего устройства, один из

0 входов сравнения которого связан с источником опорного напряжения, а другой вход сравнения - с входом дифференциатора по времени.

Предложенный способ отличается от из5 вестного тем, что осуществляют разгон двигателя от минимальной частоты вращения холостого хода до максимальной при полной подаче топлива, непрерывно измеряют производную углового ускорения по частоте вращения, в момент смены знака этой производной с плюса на минус измеряют частоту вращения двигателя, сравнивают ее с за- данной, например номинальной, и по разности этих частот определяют искомый угол, используя предварительно полученную зависимость угла опережения впрыскивания топлива от разности частот.

Предложенное устройство отличается от известного тем, что оно дополнительно содержит источник опорного напряжения, преобразователь частоты следования импульсов в напряжение, дифференциатор по времени, сглаживающий фильтр нижних частот, дифференциатор по частоте вращения, нуль-орган и связями между функциональными блоками.

На фиг. 1 приведены диаграммы рабочих процессов ( е - угловое ускорение коленчатого вала двигателя, п - частота вращения); на фиг. 2 - функциональная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 3 - тарировочная зависимость для определения угла опережения впрыска топлива для дизельного двигателя СМЛ-15.

Способ можно осуществлять в следующей последовательности.

У работающего на максимальной частоте вращения холостого хода двигателя отключают подачу топлива и в момент достижения минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала мгновенно увеличивают подачу топлива до максимального значения, при этом непрерывно измеряют производную углового ускорения вала по частоте вращения, в момент смены знака этой производной с плюса на минус измеряют частоту вращения, сравнивают ее с номинальной, определяют разность этих частот. По предварительно полученной для данной конструкции двигателя тарировоч- ной зависимости угла опережения впрыска топлива от разности частот роп f(nHoM - пм), где Пном и пм - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя и частота, соответствующая моменту перехода производной углового ускорения по частоте вращения с плюса на минус, определяют значение искомого угла. На фиг. 3 представлен градуировочный график для дизеля СМЛ-15 (пунктиром показано оптимальное значение угла).

Устройство для определения угла опережения впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания (фиг. 2) содержит датчик 3 угловых меток, формирователь 2 импульсов, преобразователь 3 частоты следования импульсов в напряжение, дифференциатор 4 по времени, сравнивающее устройство 5, фильтр 6 нижних частот, дифференциатор 7

по частоте вращения, нуль-орган 8, источник 9 опорного напряжения, индикатор 10 (вольтметр).

Датчик угловых 1 меток соединен последовательно через формирователь 2 импульсов и преобразователь 3 частоты следования импульсов в напряжение с входом дифференциатора 4 по времени и одним из входов сравнения сравнивающего

устройства 5. Дифференциатор 4 по времени своим выходом соединен последовательно через сглаживающий фильтр нижних частот (ФНЧ) 6, дифференциатор 7 по частоте вращения и нуль-орган 8 с управляющим

входом сравнивающего устройства 5. Источник 9 опорного напряжения связан с другим входом сравнения сравнивающего устройства 5.

В качестве датчика 1 угловых меток может использоваться индукционный датчик, устанавливаемый напротив зубчатого венца маховика двигателя. В качестве формирователя 2 импульсов могут служить последова- тельно включенные триггер Шмитта,

формирующий импульсы, длительность которых определяется временем превышения входным сигналом нулевого уровня, и ждущий мультивибратор, формирующий импульсы стандартной амплитуды и

длительности. Преобразователь 3 частоты следования импульсов в напряжение может быть выполнен как фильтр нижних частот (пассивный или активный), который одновременно служит для сглаживания пульсаций напряжения в режиме разгона, вызванных неравномерностью вращения коленчатого вала. Дифференциатор 4 по времени может быть выполнен по типовой схеме на базе операционного усилителя.

Сравнивающее устройство 5 представляет собой дифференциальный (разностный) операционный усилител,ь, на один из выходов его непрерывно подается опорное напряжение с источника 9, значение которого

соответствует номинальной частоте вращения Второй вход этого усилителя через последовательно соединенные аналоговое запоминающее устройства и аналоговый ключ соединен с выходом преобразовз еля

3 частоты следования импульсов в напряжение Аналоговый ключ управляется импульсом, поступающим с выхода нуль-органа 8 Сглаживающий фильтр б нижних частот выполнен по типовой схеме активного RCфильтра на операционном усилителе. Дифференциатор 7 по частоте вращения представляет собой последовательно соединенные дифференциатор ускорения по времени и аналоговый делитель, один вход

которого непосредственно, второй через

указанный дифференциатор ускорения по времени, соединены с выходом сглаживающего ФНЧ 6. Выход делителя соединен с входом нуль-органа 8. Нуль-орган 8 может быть выполнен по типовой схеме триггера Шмитта, формирующего импульс при изменении входным сигналом знака с плюса на минус.

Работа устройства осуществляется в следующей последовательности.

При разгоне двигателя от минимальной частоты холостого хода, вызванного резким перемещением органа топливоподачи до максимальной подачи, сформированные формирователем 2 из сигнала датчика 1 импульсы стандартной амплитуды и длительности преобразуются в преобразователе 3 в напряжение, сглаживаются в нем. Это напряжение дифференцируется дифференциатором 4 по времени, сглаживается фильтром 6 нижних частот. Дифференциатор 7 непрерывно определяет производную углового ускорения по частоте вращения и в момент смены знака ее с плюса на минус нуль-орган 8 выдает импульс. Одновременно в течение разгона напряжение, пропорциональное частоте вращения, поступает с выхода преобразователя 3 на один из входов сравнения сравнивающего устройства 5, в котором оно проходит через аналоговый ключ и аналоговое запоминающее устройство на вход дифференциального усилителя, на второй вход сравнения которого подается напряжение с источника 9 опорного напряжения, характеризующее номинальную частоту вращения для испытуемого двигателя. В момент поступления импульса с нуль- органа 8 ключ закрывается и блокирует вход запоминающего устройства. Хранящееся в нем напряжение сравнивается с опорным в дифференциальном усилителе. Индикатор (вольтметр) 10 измеряет напряжения на выходе сравнивающего устройства 5, которое

пропорционально углу опережения впрыскивания топлива.

Формула изобретения

сгорания, заключающийся в том, что измеряют текущую величину, характеризующую работу двигателя, определяют параметр, характеризующий угол опережения впрыска

топлива, сравнивают полученное значение с эталонным и по результатам сравнения определяют угол опережения впрыска топлива, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, в качестве те кущей величины измеряют частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме свободного разгона и в качестве параметра, характеризующего угол опережения впрыска, используют величину частоты вращения двигателя

в момент смены знака производной углового ускорения по частоте вращения.

частоты вращения, последовательно связанный с ним формирователь и последовательно связанные сравнивающее устройство и индикатор, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости

измерения, устройство снабжено источником опорного напряжения и последовательно связанными преобразователем частоты в напряжение, дифференциатором по времени, фильтром нижних частот, дифференциатор по частоте и нуль-органом, причем выход формирователя связан с входом преобразователя частоты в напряжение, выход нуль-органа связан с управляющим входом сравнивающего устройства, один из входов

сравнения которого связан с источником опорного напряжения, а другой вход сравнения - с входом дифференциатора по времени.

200 60(0 1000

°

0

П i f | Jj I юм --r T --4-1

Пном Ъ

h

ъ $

п,

mtnxx

mo

Vort

18DO л,о5/мин

Щ1

И

t,

Pl/Zf

Г

on

21 4

21

18 15

11 9

i i i i i i i i

200 400 600 800 An, 06/MM ФигЗ