Устройство для диагностирования судового двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

(Л

С

Использование: контроль удельного эффективного расхода топлива двигателей внутреннего сгорания, преимущественно главных судовых дизелей. Сущность изобретения: устройство содержит импульсный датчик расхода топлива (1), пять схем - И- НЕ (2, 3, 15, 16, 19), два счетчика импульсов

XI XI XJ

О

ю а

Фиг.1

Предлагаемое изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания, преимущественно главных судовых дизелей.

Известно устройство для диагностирования главных судовых дизелей по удельному расходу топлива, содержащее расходомер, датчик частоты прощения, тахометр (см. кн. Конаков ГА, Васильев В.В, Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. - М.: 1 ранспорт, 1980, с. 396). Недостатком устройства являются узкие функциональные возможности, большая трудоемкость. Это обусловлено тем, что в процессе испытаний на судне измеряют расход топлива GT и частоту врз- щения п, определяют отношение GT/П, с помощью графика определяют величину среднего эффективного давления Ре, подсчитывают эффективную мощность Ne nn формуле Ne APen, где А - постоянная двигателя, а удельный эффективный расход топлива де ( определяют по формуле де От/Ne (см. кн. Конаков Г.А., Васильев Б В.... с, 398-399). Вследствие большой трудоемкости, резко снижаются функциональные возможности по определению экономической характеристики - минимальному удельному эффективному расходу топлива gemin при фактических осадках судна, условиях плавания, глубинах и техническом состоянии судовой энергетической установки в режиме реальною времени.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемого изобретения является устройство для диагностирования главных судовых дизелей, содержащее импульсный датчик расхода топлива, импульсный датчик оборотов вала, датчик крутящего момента на валу, два регистра, шмистмельное устройство, индикатор (см. например, кн. Васильев Б.В., Кофман Д.И., Эренбург С.Г. Диагностирование технического состояния судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1982, с. 46-47), выпускаемое фирмой Сименс для диагностирования малооборотных мощных дизелей, используемых на морских судах. В указанном устройстве измеряется крутп- щий момент на валу Мкр, вычисляется эффективная мощность дизеля Ne MKp n, a

удельный эффективный расход топлива вы/

числяется по формуле де . НодостатМкр П

ком этого устройства (система Mediag 22) является большая сложность, трудоемкость установки датчика крутящего момента на валу и обслуживания данно й системы, узкие функциональные возможности. Последние обусловлены тем, что для установки датчика

крутящего момента на гребном валу требуется большая измерительная база, т.е. свободный участок вала должен иметь длину около одного метра. На судах речного флота

широко распространены двигательные установки, у которых валопровод имеет небольшую длину, а свободные участки гребного вала имеет длину всего 200-300 мм, что неприемлемо для установки датчика

0 крутящего момента.

Цель изобретения - снижение трудоемкости, повышение функциональных возможностей диагностирования за счет расширения класса диагностируемых судо5 вых энергетических установок.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для диагностирования судового двигателя внутреннего сгорания, включающее импульсные датчик расхода топлива и

0 датчик оборотов вала, nepst и и второй счетчики импульсов, первый, второй и третий регистры, индикатор, подключенный к выходу третьего регистра, цифровой умножитель, тактовый генератор, дополнительно

5 введены пять схем И-НЕ, два формирователя импульсов, четыре одновибратора, инвертор, делитель частоты, триггер, блок возведения в степень, причем выход датчика расхода топлива соединен с первым вхо0 дом первой схемы И-НЕ, выход которой соединен с первым входом четвертой схемы И-НЕ и сходом первого одновибратора, выход которого соединен с вторыми входами третьей схемы И-НЕ, четвертой схемы И5 НЕ, первого регистра, входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с входами третьего и четвертого одновибрато0 ров, вторыми входами первого, второго счетчиков и блока возведения в степень, первый вход которого соединен с выходом второго регистра, а выход - с третьим входом цифрового умножителя, выход им пул ь5 сного датчика оборотов соединен с первым входом второй схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с вторым входом первой схемы И-НЕ и выходом инвертора, а выход - с первым входом третьей схемы И-НЕ,

0 выход которой соединен с первым входом триггера и входом делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с вторым входом второго регистра, первым входом пятой

5 схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с выходом тактового генератора, а выход - с первым входом второго счетчика, выход которого соединен с первым входом второго регистра, причем, выход четвертой схемы И-НЕ соединен с первым входом первого

счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединен с первым входом цифрового умножителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого одно- вибратора и вторым входом третьего регистра, а выход - с первым входом третьего регистра, выход которого соединен с индикатором, а выход третьего одновибра- тора соединен с входом инвертора.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 даны диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для диагностирования судового двигателя внутреннего сгорания содержит импульсный датчик расхода топлива 1, первую схему И-НЕ 2, четвертую схему И-НЕ 3, первый счетчик 4, первый регистр 5, цифровой умножитель 6, третий регистр 7, индикатор 8, первый одновибратор 9, первый формирователь импульсов 1Q, второй одновибратор 11, второй формирователь импульсов 12, четвертый одновибратор 13: импульсный датчик оборотов 14, вторую схему И-НЕ 15, третью схему И-НЕ 16, делитель частоты 17, триггер 18, пятую схему И-НЕ 19, тактовый генератор 20, второй счетчик 21. третий одновибратор 22, инвертор 23, второй регистр 24, блок возведения в степень 25. Выход импульсного датчика расхода топлива 1 соединен с первым входом первой схемы И-НЕ 2, выход которой соединен с первым входом четвертой схемы И-НЕ -3 и входом первого одновибратора 9, выход которого соединен с вторыми входами третьей схемы И-НЕ 16, четвертой схемы И-НЕ 4, первого регистра 5., входом первого формирователя импульсов 10, выход которого соединея с входом второго одновибратора 11, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов 12, выход которого соединен с входами третьего и четвертого одновибрато- ров 22 и 13, вторыми входами первого.счетчика 4, второго счетчика 21 и блока возведения в степень 25. Первый вход блока 25 соединен с выходом второго регистра 24, а выход - с третьим входом цифрового умножителя 6. Выход импульсного датчика оборотов 14 соединен с первым входом второй схемы И-НЕ 15, второй вход которой соединен с вторым входом первой схемы И-НЕ 2 и выходом инвертора 23, а выход - с первым входом третьей схемы И-НЕ, 16, выход которой соединен с первым входом триггера 18 и входом делителя частоты 17, выход которого соединен с вторым входом триггера 18. Выход триггера 18 соединен с вторым входом второго регистра 24, первым входом пятой схемы И-HFf 19. второй вход

которой соединен с выходом тактового генератора 20, а выход - с первым входом второго регистра 24. Выход четвертой схемы И-НЕ 3 соединен с первым входом первого 5 счетчика импульсов 4, выход которого соединен с первым входом первого регистра 5, выход которого соединен с первым входом цифрового умножителя 6, второй вход которого соединен с выходом четвертого одно- 0 вибратора 13 и вторым входом третьего регистра 7. Выход цифрового умножителя 6 соединен с первым входом третьего регистра 7,выход которого соединен с индикатором 8. Выход третьего одновибратора 22 соеди5 нен с входом инвертора 23.

Устройство работает следующим образом. Известно, что при работе двигателя внутреннего сгорания на гребной винт эффективная мощность двигателя Ne и часто0 та вращения п связаны зависимостью вида Ne en , где с - постоянная величина при постоянной плотности воды, зависящая от размеров винта и корпуса судна (см. например кн. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые

5 энергетические установки и техническая эксплуатация флота. - М.: Транспорт, 1980, с. 57). Удельный эффективный расход топлива Qe через расход топлива в единицу времени можно определить в виде де Gr/Ne

0 6т/сп3.

С выхода импульсного датчика расхода топлива (например, ролико-лопастного типа) сигнал в виде импульсной последовательности поступает на первый вход первой

5 схемы И-НЕ 2 (фиг. 2,а). При этом частота следования импульсов fg датчика расхода топлива будет пропорциональна расходу топлива в единицу времени, например, количеству топлива, потребляемому двигате0 лем за 1 сек. Одновременно с импульсного датчика оборотов на первый вход второй схемы И-НЕ 15 поступает импульсная последовательность, в которой период следования импульсов Т равен периоду вращения

5 коленвала двигателя (фиг. 2,6). В исходный момент времени на вторых входах схем И- Н Е 2, И-Н Е 15 присутствуют уровни сигнала логической единицы, вследствие чего разрешается прохождение сигналов с датчиков 1

0 и 14 на первый вход четвертой схемы И-НЕ 3, вход первого одновибратора 9 и первый вход третьей схемы И-НЕ 16 соответственно (фиг. 2,о.г.д). В исходном1 состоянии на выходе первого одновибратора присутствует

5 сигнал логического нуля (фиг.2.Ь); Первый импульс из импульсной последовательности на выходе первой схемы И-НЕ 2, поступая на вход одновибратора 9,вызывает его срабатывание. На выходе одновибратора вырабатывается импульсный сигнал длительностью to, много больше, чем период следования .импульсов с датчика расхода топлива и датчика оборотов. Сигнал уровня логической единицы, поступающий на вторые входы схем И-НЕ 3, И-НЕ 16, разрешает прохождение импульсных сигналов соответствующих датчиков на выходы этих схем (фиг. 2,е.ж). Первый из серии импульсов на выходе схемы И-НЕ 3 запускает первый счетчик импульсов 4. За время равное длительности импульса to первого одновиб- ратора 9 в счетчике 4 сформируется код М to/Tg. где Тд- период следования импульсов с датчика расхода топлива. Первый импульс из импульсной последовательности на выходе схемы И-НЕ 16 запускает триггер 18 и делитель частоты 17, коэффициент деления которого равен К. При поступлении на вход делителя частоты К-го импульса датчика оборотов, на выходе делителя частоты вырабатывается импульс, который сбрасывает триггер 18 в нулевое состояние. Таким образом на выходе триггера 18 имеем импульс длительностью К х Т (фиг. 2,з). С выхода триггера 18 импульсный сигнал поступает на первый вход схемы И-НЕ 19, разрешая прохождение импульсов тактового генератора 20 с частотой следования fr с второго входа схемы И-НЕ 19 на ее выход (фиг. 2,и,к). С выхода схемы И-НЕ 19 импульсная последовательность поступает на первый вход второго счетчика 21, на выходе которого через промежуток КТ формируется код N: КТ fr. С выхода второго счетчика 21 код поступает на первый вход второго регистра 24. Запись кода в регистр 24 происходит по заднему фронту импульса, поступающего на второй вход регистра 24 с выхода триггера 18. По заднему фронту импульса, поступающего с выхода первого одновибратора 9 на вход первого формирователя импульса 10, на выходе последнего формируется импульс короткой длительности (фиг. 2,л). С выхода первого счетчика 4 код N поступает на первый вход первого регистра 5. Запись кода в регистр 5 производится по заднему фронту импульса , поступающего с выхода первого одновибратора 9 на второй вход первого регистра 5. Сигнал с выхода первого формирователя 10 поступает на вход второго одновибратора 11 для запуска. На выходе одновибратора 11 формируется импульс заданной длительности (фиг. 2,м), который поступает на в.ход второго формирователя импульсов 12. Формирователь 12 предназначен для формирования импульса короткой длительности по заднему фронту сигнала, поступающего на его бход (фиг. 2,н). Импульс с выхода формирователе 12 поступает одновременно на вторые входы счетчиков 4, 21 для сброса после записи кодов в регистры 5, 24, а также запускает четвертый одновибратор 13 и блок 25 возведения в степень, По сигналу с выхода

формирователя в блоке 25 возведения в степень код N, поступающий с регистра 24, возводится в степень, равную трем. Тем самым на выходе блока 25 имеем код N3. По переднему фронту одновибратора произво0 дится запуск цифрового умножителя 6. В результате код М, поступающий на первый вход умножителя 6 перемножается с кодом N3, поступающим на третий вход умножителя 6. На входе умножителя 6 имеем код R

5 MN3. По заднему фронту импульса одновибратора 13, поступающего на второй вход регистра 7 производится запись кода R в регистр 7. Импульс с выхода формирователя 12 запускает одновибратор 22. Сигнал с вы0 хода одновибратора 22 инвертируется с по- мощью инвертора 23 и с выхода инвертора 23 сигнал запрещает прохождение импульсных сигналов на выходы схем И-НЕ 2, 15 в течение промежутка времени, необходимо5 го для выполнения операций блоков 25, 6, 7, 8. С выхода регистра 7 цифровой код поступает на индикатор для визуальной регистраt К Т3 f3 ции кода R MN . Так как период

Q

0. 19

вращения Т - , где п - частота вращения

коленвала двигателя, отсюда имеем: R-eGlTa- I- -fla

Здесь а - постоянный коэффициент, определяемый приборной реализацией устройст- ва.

После выполнения одного цикла изме« рений устройство автоматически переходит к следующему циклу. При этом показания индикатора соответствуют предыдущему циклу.

Диагностический параметр де связан с

5 значением R линейной зависимостью. Измеряя текущее значение RT и сравнивая его с эталонным R3, можно судить о техническом состоянии судового дизеля.

В предлагаемом техническом решении

Q в течение заданного промежутка времени производится одновременное измерение расхода топлива и многократное, с последующим усреднением измерение периода вращения двигателя, что обеспечивает су5 щественное повышение точности измерений удельного расхода. Введение блока возведения в степень и блока умножения обеспечивает минимальное время автоматизированного измерения удельного расхода топлива, т.е. измерения в режиме реального

времени. При этом существенно снижается трудоемкость измерений удельного расхода. Незначительная трудоемкость измерений и отсутствие в предлагаемом техническом решении датчика крутящего момента расширяет функциональные возможности диагностирования по удельному расходу топлива, в частности, класса судовых среднеоборотных дизелей. Дополнительно, предлагаемое техническое решение обеспечение контроль удельного расхода топлива при работе двигателя на переменных режимах и определение экономической характеристики - минимальному удельному эффективному расходу топлива и соответствующему ему нагрузочному режиму. Формула изобретения Устройство для диагностирования судового двигателя внутреннего сгорания, содержащее импульсный датчик расхода топлива и импульсный датчик оборотов ко- ленвала, первый и второй счетчики импульсов, первый, второй и третий регистры, индикатор, подключенный к выходу третьего регистра, цифровой умножитель, тактовый генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности его работы, в него введены пять схем И-НЕ, два формирователя импульсов, четыре одно- вибратора, инвертор, делитель частоты, триггер, блок возведения в степень, причем выход импульсного датчика расхода топлива соединен с первым входом первой схемы И-НЕ, выход которой соединен с первым входом четвертой схемы И-НЕ и входом первого одновибратора, выход которого соединен с вторыми входами третьей схемы

И-НЕ, четвертой схемы И-НЕ, первого регистра, входом первого формирователя импульсов, выход которого через последовательно соединенные второй одновибратор и второй 5 формирователь импульсов, соединен с входа- ми третьего и четвертого одновибраторов, , вторыми входами первого и второго счетчиков и блока возведения в степень, первый вход которого соединен с выходом второго

0 регистра, а выход - с третьим входом цифрового умножителя, причем выход импульсного датчика оборотов соединен с первым входом второй схемы И-НЕ, второй вход которой соединен с вторым входом первой

5 схемы И-НЕ и выходом инвертора, а выход - с первым входом третьей схемы И-НЕ, выход которой соединен с первым входом триггера и входом делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом тригге0 ра, выход которого соединен с вторым вхо дом второго регистра, первым входом пятой

схемы И-НЕ, второй вход которой соединен

с выходом тактового генератора, а выход с первым входом второго счетчика, выход

5 которого соединен с первым входом второго регистра, причем выход четвертой схемы И- НЕ соединен с первым входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого регистра, выход ко0 торого соединен с первым входом цифрового умножителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого одновибратора и вторым входом третьего регистра, а выход - с первым входом третьего регистра,

5 выход которого соединен с индикатором, а выход третьего одновибратора соединен с входом инвертора.

U I I I I I I И II I I I I I I I I I I I I I I И I

S I i I i I M I I i I I и I M

- iti i 1t i i i 11 I i 11 t 111 i 11 i i i Г

I I I I I I I I I I I I I I I I Г

-i i M i i i I M LJJTJ M i iJULLJ-lT # - i i i I i I i 11L I I i t

V ---- -- --.-- --. ц .,T„r.J-Г-Г.-4-T-L--.----T - - - --..---..--n...r.---Lll.--,-.-,.-.-T-..,

U millllliniHIIMIIIIIIiliUlilHIMUNIIIIIilllil HllMlllllilillliHUЦШ1ШШ1Ц.1М.1Г

ЛIL

нaL

н-J:L

(7

/гЈ