Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателей внуреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК G01L23/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

I

Изобретение относится к измери- тельной технике, в частности к приборам и системам для испытания двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известны устройства для измерения среднего индикаторного давления

в цилиндрах двигателей внутреннего

сгорания tn

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения .среднего индикаторного давления (СИД), содержащее датчик давления, выход которого соединен с одним из входов цифроаналогового преобразователя (ЦАП), второй вход ЦА11 соединен с выходом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), вход ПЗУ подключен к выходу преобразователя угла поворота вала в код, выход ЦАП соединен с входом анлого-цифрового преобразователя (А1ДП), выход которого подключен к входу сумматора-накопителя 2}.

Недостатком этого устройства является то, что в нем не обеспечивается возможность измерения СВД без изменения положения преобразователей угла поворота вала в код относительно вала в цилиндрах ДВС с .различными углами между пространственным расположением кривошипов, что замедляет процесс измерений, при этом измерение среднего индикаторного дав10ления в цилиндрах две с различными значениями отношения радиуса кривошипа к длине шатуна сопряжено с увеличением числа ПЗУ.

Целью изобретения является ускореtsние процесса измерения среднего индикаторного давления в цилиндрах ДВС с различными углами между кривошипами и с различными отношениями радиуса кривошипа к длине шатуна.

20

Указанная цель достигается тем, что в устройство,содержащее датчик давления, цифроаналоговый преобразователь, постоянное запоминающее устройство, аналого-1дифровой преобразователь, сумматор-накопитель, индикатор, блок управления, причем выход датчика давления соединен с первым входом цифроанапогового преобразователя, второй вход которого под ключен к вьпсоду постоянного запомина ющего устройства,, выход сумматоранакопителя соединен с первым входом индикатора, первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответственно к первым входам аналого-цифрового преобразователя и сум матора-накопителя и ко второму входу индикатора, введены датчик угловых меток, датчик верхней мертвой точки, два дополнительных цифроаналоговых преобразователя, два программных переключателя, дополнительное постоянное запоминающее устройство, суммирующий усилитель, преобразователь кода, реверсивный счетчик, пвреключатель входов, дешифратор, два триггера, схема совпадения, два дешифратора нуля, вычитающий счетчик и груп па вентилей, а блок управления снабжен двумя входами, причем выход датчика угловых меток соединен с первыми входами вычитающего счетчика и схемы совпадения выход схемы совпа дения подключен к первым входам блока управления и переключателя вхо дов, два выхода которого соединены с двумя входами реверсивного счетчик второй вход блока подклю чен к выходу датчика верхней мертвой точки, к первому входу первого триггера и к первому входу группы ве тилей,, второй вход которой соединен с выходом первого программного переключателя, а выход соединен с вт рым входом вычитающего счетчика, выход вычитающего счетчика через первый де1Т1ифратор нуля подключен к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом второго дерлифратора нуля, а вьгх.о со вторым входом схемы совпадения, выход реверсивного счетчика подключен ко входам второго дешифратора ну ля, двух постоянных запоминающих устройств и дешифратора, выход которого соединен со вторым входом пер вого триггера, вькод которого подключен ко второму входу переключателя входов и к первому входу преобразователя кодов, второй вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - со вторым входом сумматоранакопителя, выход дополнительного постоянного запоминающего устройства подключен к первому входу первого дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом датчика давления, а выход - с первым входом второго дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго программного переключателя, а выход к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход которого подключен к третьим входам преобразователя кода и сумматора-накопителя. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит датчик I давления, датчик 2 угловых меток, отметчик 3 верхней мертвой точки (ВМТ поршня одного из цилиндров, принятого за опорный, вычитающий счетчик4, группу вентилей 5, программный переключатель 6, два блока 7 и 8 постоянных запоминающих устройств (ПЗУ дешифратор 9 нуля, триггер 10,цифроаналоговые преобразователи (ЦАН) II и 12, реверсивный счетчик 13, пе реключатель 14 входов, схему 15 совпадения , ЦА11 16, суммирующий усили- тель 17, дешифратор 18 нуля, программный переключатель 19, аналого-цифровой преобразователь (АТЩ.) 20, дешифратор 21, триггер 22, преобразователь 23 кода, сумматор-накопитель 24, блок 25 управления и индикатор 26, причем выход датчика 1 давления соединен с входами ЦАП 11 и 12, другие входы которьрс подключены к выходам блоков ПЗУ 7 и 8 соответственно, выход ЦАП 11 соединен с входом ЦАП 16, другой вход которого подключен к программному переключателю 19, а выход - к входу суммирующего усилителя i 7, другой вход которого со.единен с выходом ЦАП 12, а выход - с входом АЦП 20, другой вход АЦП 20 подключен к первому выходу блока 25 управления, выход датчика 2 угловых меток соединен с первыми входами вычитающего счетчика 4 и схемы 15 совпадения, выход схемы 15 совпадения подключен к первым входам блока 25 управления и переключателя 14 входов, два выхода которого соединены с двумя входами реверсивного счетчика 13, второй вход блока 25 управления подключен к выходу датчика ВМТ 3, к первому .входу триггера 22 и к первому входу группы вентилей 5, второй вход которой соединен с выходом программного переключателя 6, а выход - со вторым входом счетчика 4, выход счетчика 4 через дешифратор 9 нуля подключен к входу триггера 0, второй вход которого соединен с выходом дешифратора 18 нуля, а выход - со вторым входом схемы 15 совпадения, выход счетчика 13 подключен к входам дешифратора 18 нуля, двух блоков ПЗУ 7, 8 и дешифратора 21, вьпсод которого соединен со вторым входом триггера 22, выход триггера 22 подключен к второму входу переключателя 14 входов и к первому входу преоб.раэователя 23 кода, второй вход которого соединен с первым выходом АЦП 20, первый вход сзмматора-накопителя 24 подключен к второму выходу блока 25 управления, второй вход к выходу преобразователя 23 кодов, третий вход - к второму выходу А1Щ 20 и третьему входу преобразователя 23 кодов, а выход - к входу индикатора 26, другой вход которого соединен с третьим выходом блока 25 управления.. Устройство при измерении СИД реализует следующий алгоритм обработки сигнала давления

4J/

N

(CMAjj |5p()(wa4xSP( ),

о

где Ч - угол поворота коленчатого

вала две; Рг|.ч- зависимость внутрицилиндрового давления от Ч э M( функция хода поршня, X - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Перед началом работы осуществляется программирование устройства при помощи программных переключателей 6 и 19. С помощью переключателя 6 осуществляется синхронизация двух функций: сигнала давления в j -ом цилиндре и функции Н(Ц)

AlЧ) S n f+Y-S n1Ч.

Записав значения функций s i п Ч и sin 24 для конкретных значений ар922506

гументаЧ в память, модшо затем воспроизводить эти функции синхронно с процессом изменения давления в любом из цилиндров. Для этого на выходе переключателя 6 выставляется код угла меж,цу пространственным расположением кривошипов исследуемого и опорного цилиндров, что обеспечивает необходимую задержку при воспроизto ведении функции M(4j относительно ВМТ. На выходе переключателя 19, в i соответствии с типом исследуемого две, выставляется код обратной величины от /2. При поступлении им1S пульсногосигнала с выхода датчика ВМТ 3, с началом каждого цикла работы две, осуществляется установка в исходное состояние триггера 22 и запись кода с выхода переключателя 6 JQ через разблокированную группу вентилей 5 в реверсивньш счетчик 4, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода датчика 2 угловых меток. Датчик 2 угловых меток (на2$ пример, датчик частоты вращения,

устанавливаемый напротив зубьев маховика, с умножителем частоты на выходе) формирует на своем выходе импульсы через определенные значеJ0 ния угла поворота коленчатого вала две.

При поступлении на счетный вход счетчика 4 числа импульсов, равного коду предварительной установки последнего, срабатывает дешифратор 9 нуля (так как при этом на выходе счетчика 4 формируется код нуляj. Дешифратор 9 нуля формирует на своем выходе короткий импульс, который посту - пает на первый вход триггера 10, устанавливая последний в состояние 1 на его выходе. При этом разблокируется схема 15 совпадения и импульсы с выхода датчика 2 угловьпс меток начинают поступать на первые входы переключателя 14 входов и блока 25 управления.

Импульсы, поступившие на вход переключателя 14, проходят на один из его выходов, подключенный к суммирующему входу счетчика 13. Код с выхода счетчика 13 поступает на адресные входы ПЗУ 7 и 8, в ячейках которых хранятся значения функции sin 24 и sin4, соответственно, для фиксированных значений угла поворота Ч коленчатого ваЛа. Поскольку функция МСЧ) симметрична относительно начала координат, с целью сокращения в два раза объема ПЗУ 7 и 8 в них записываются фиксированные значения функций sin 2 и sin4, необходимые для воспроизведения только одной ветви функции м(ч;.

При .воспроизведении второй ветви функции li(f) используются соответствующие значения функций sin 24 и sin-f, хранящиеся в ПЗУ 7 и 8, с учетом знака при последующей обработке. Содержимое ячеек ПЗУ 7 и 8 опращиваемых последовательно, в соответствии с кодом адреса, формируемым на выходе счетчика 13, считывается в ЦАП I1 и 12 соответственно. С помощью ЦАП 11 и 12 реализуется перемножение текущего значения давления в цилиндре, представленного в аналоговой форме, с фиксированными значениями функции sin 24 и sinM, представленными в цифровой форме. При этом напряжение с выхода датчика 1 используется в ЦАП П и 12 в качестве опорного, а на цифровые входы последних из ячеек ПЗУ 7 и 8 поступают коды обратных величин от значений функций sin 24 H.sinM (таким образом, в ячейках ПЗУ 7 и 8 записываются коды значений фзшкций l/sIn 24 и 1/sin4 для определенных значений V).

Напряжение с выхода ЦАП 12 поступает на один из входов суммирующего усилителя 17, а напряжение с выхода ЦАП 11 умножается в ЦАП 16 на код величины 1/i/i , который формируется на выходе переключателя 19. Напряжение с выхода ЦАП 16 поступает на второй вход усилителя 17, напряжение, на выходе которого равно сумме напряжений поступшогщх на два его входа.

С выхода усилителя 17 напряжение поступает на вход АЦП 20, который запускается импульсами с первого выхода блока 25 управления. Импульсы на первом выходе блока 25 управления формируются с задержкой по отношению к импульсам, поступающим на его первый вход. Величина задержки определяется временем считывания информации из ячеек ПЗУ 7 и 8. а также переходньми процессами в ЦАП 11, 12, 16 и усилителе 17.

По окончании преобразователя входного напряжения в код АЦП 20 формирует на своем втором выходе короткий импульс, по переднему фронту которого преобразователь 23 кода начинает преобразование кода, сформированного на первом выходе АЦП 20, а

ПО заднему - сумматор-накопитель 24 начинает операцию сложения очередного отсчета с суммой предшествующих при воспроизведении одной ветви функции Н1Ч)и операцию вычитания при воспроизведении другой ветви этой функции. Переход от операции суммирования к операции вычитания осуществляется с помощью преобразователя

23кода, управляемого триггером 22. Действительно, и операция сложения, и операция вычитания реализуются с помощью сумматора, с той лишь разницей, что при сложении оба слагаемых представляются в прямом коде, а при вычитании вычитаемое представляется в дополнительном коде.

При окончании опроса всех ячеек ПЗУ 7 и 8 (воспроизведения одной ветви функции М(Ч ) срабатывает дешифратор 21, который формирует на своем выходе импульсный сигнал, тогда, когда код адреса на выходе счетчика 13 равен числу ячеек в ПЗУ 7 и 8. Этот импульс устанавливает триггер 22 в противоположное состояние. При этом переключатель 14 входов подает импульсы, поступившие на его вход, на выход, соединенный с вычитающим входом счетчика 13, а преобразователь 23 кодов переводится в режим, при котором коды, поступившие на его вход, преобразуются в дополнительные. В результате этого ячейки ПЗУ 7 и 8 начинают опрашиваться в обратной последовательности, а сзо матор-накопитель

24начинает вычитать из суммы предыдущих отсчетов каждый текущий.

Процесс измерения СИД закончен, когда вторично опрошены первые ячейки ПЗУ 7 и 8, которые имеют нулевой код адреса, при этом срабатывает дешифрат ор 18 нуля, который формирует на своем выходе импульсный сигнал в момент равенства нулю кода на его входе. Этим импульсом триггер 10 переводится в противоположное состояние и блокирует схему 15 совпадения. При этом прекращается поступление импульсов угловых меток на выход схемы 15, а на выходе сумматора-накопителя представляется в виде кода значение СИД исследуемого цилиндра.

С каждым новым циклом работы ДВС описанный вьше процесс повторяется. С началом казэдого цикла по импульсу, поступившему на его второй вход, блок 25 управления формирует на свс

ем втором выходе импульс, которым осуществляется сброс результата предьщущего измерения в регистре сумматора-накопителя 24. По окончании измерения блок 25 управления формирует на своем третьем выходе сигнал поступающий на второй вход индикатора 26 и разрешаилций индикацию резултата измерения. Переход к измерению СИД в следующих цилиндрах ДВС осуществляется просто и оперативно путем переключения устройства к соответствующему датчику давления и формирования соответствующего кода на выходе переключателя 6, Переход к исследованию ДВС с другим значением Я осуществляется также просто и опративно путем формирования соответствующего кода на выходе переключателя 19.

Таким образом, устройство обеспечивает возможность измерения СИД в цилиндрах с различными углами между пространственным расположением кривошипов (без изменения положения преобразователя угла поворота вала в (код относительно вала), а также с различным соотношением радиуса кривошипа к длине шатуна (без увеличения объема ПЗУ), что ускоряет процесс диагносцирования ДВС.

Формула изобретения

Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателей внутреннего сгорания, содержащее датчик давления, цифроаналоговый преобразователь, постоянное запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, сумматорнакопитель, индикатор, блок управления, причем выход датчика давления соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу по стоянно запоминающего устройства, выход сумматора-накопителя соединен с первьм входом индикатора, первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответств-енно к первым входам аналого-цифрового преобразователя и сумматора-накопителя и ко второму входу индикатора, отличающееся тем, что, с целью ускорения процесса измерения среднего индикаторного давления в i, цилиндрах двигателей с различными

углами между кривошипами и с различными отношениями радиуса кривошипа к длине шатуна, в него введены датчик угловых меток, датчик верхней мертвой точки, два дополнительных цифроаналоговых преобразователя, два програмных переключателя, дополнитель:ное постоянное запоминающее устройство, суммирующий усилитель, преоб0 ;разователь кода, реверсивный счетчик, переключатель входов, дешифратор, два триггера, схема совпадения, два дешифратора нуля, вычитающий счетчик и группа вентилей, а блок управления

5 снабжен двумя входами, причем выход .. датчика угловых меток соединен с первыми входами вычитающего счетчика и. схемы совпадения, выход схемы совпадения подключен к первым входам блока

0 управления и переключателя входов, два выхода которого соединены с двумя входами реверсивного счетчика, второй вход блока управления подключен к выходу датчика верхней мертвой

5 точки, к первому входу первого триггера и к первому входу группы вентилей, второй вход которой соединен с выходом первого программного переключателя, а выход соединен со втоQ рым входом вычитающего счетчика,

выход вычитающего счетчика через первый дешифратор нуля подключен к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом второго дешифратора нуля, а выход 5со вторым входом схемы совпадения, выход реверсивного счетчика подключен ко входам второго дешифратора нуля, двух постоянных запоминакщих устройств и дешифратора, вькод кото0рого соединен со вторым входом первого триггера, выход которого подключен ко второму входу переключателя входов и к первому входу преобразователя кода,, второй вход которого

5 соединен с первым выходом аналогоцифрового преобразователя, а выход со вторым входом сумматора-накопителя, выход дополнительного запоминающего устройства подключен к первому

входу первого дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом датчика давления, а выход - с первым входом второго дополнительного цифро-

5 аналогового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго программного переключателя, а выход - к первому входу суммиру 11 кяцего усилителя, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогово го преобразователя, а выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход которого подключен к третьим входам преобразователя кода и сумматора-накопителя. 0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 50592.1, кл. G 01 L 23/08, 1974. 2.Патент США № All 1041, кл. G01 М 15/00, -НК 73-115, 1978 (прототип).