Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к способам и устройствам диагностирования дви.гателей внутреннего сгорания.

Известны способы оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заклйочающиеся в том, что на заданном скоростном режиме двигателя при положении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) подают на свечу зажигания импульсы высокого напряжения, измеряют напряжение пробоя искрового промежутка свечи и результаты измерения сравнивают с эталонными значениями {1}.

В таких способах результат диагностики отягощен ошибкой, связанной с тем, что результат не связан с внешними атмосферными давлениями.

Известны также устройства для осуществления известного способа, содержащие усилитель и индикатор }.

Такие устройства не позволяют повысить точность оценки состояния двигателя, в связи с отсутствием измерителя атмосферных условий.

Цель изобретения - повышение точности оценки технического состояния двигателя.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно подают импульсы

высокого напряжения и измеряют напряжение пробоя при положении поршня вблизи нижней мертвой точки (НМТ), причем импульсы подают многократно с заданной частотой, а заданный скоростной режим обеспечивают, прокручивая вал двигателя. В качестве результатов измерений принимают отношения напряжений пробоя.

10

В устройстве указанная цель достигается тем,.что в него введены амплитудно-временной преобразователь, время-импульсный преобразователь, блок памяти, схема деления, соеди15ненные лоследовательно и включенные между усилителем и индикатором, а также датчик нгшряжения пробоя, схема управления, генератор-высокого напряжения и датчик синхронизации,

20 причем первый выход схемы управления связан с амплитудно-временным преобразователем, второй выход - с блоком памяти, а третий - с генератором высокого напряжения, датчик напряжения

25 пробоя соединен с усилителем и первым входом схемы управления, второй вход которой связан с датчиком синхронизации.

На фиг. 1 изображена стк ктурная

30 схема устройства для осуществления способа оценки технологического со стояния ДВС; на фиг. 2 .- эпюры электрических процессов, поясклющиё прин цип работы устройства. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательн соединенные датчик 1 напряжения пробоя, усилитель 2, амплитуднр-временной преобразователь 3, время-импуль- сный преобразователь 4, блок 5 памяти, схему б деления и индикатора 7. Кроме того, устройство содержит датчик 8 синхронизации, схему 9 управления и генератор 10 высокого напряжения. При этом вторые входы амплитудно-временного преобразователя 3 и блока 5 памяти соединены с первым и BTOfaiM выходами схемы 9 управления третий выход которой подключен к генератору 10 высокого напряжения, выход которюго через высоковольтный проводник 11 соединен со свечой 12 : зажигания двигателя 13. Входусилите ля 2 и первый вход схемы 9 управле- . ния соединены с выходом датчика 1 напряжения пробоя, а второй вход схемы 9 управления соединен с выходо датчика 8 синхрюнизации. Кроме того, выход схемы б деления соединен с индикатором 7, а первый вход амплитудно-временного преобразователя 3-е .выходом усилителя 2. Устройство, реализующее предлагаемый способ оценки технического состояния, работает следующим образом, В режиме прокручивания двигателя от стартераИЛИ от другого внешнего источника вращения при достижении стабильных оборотов по электрическим сигналам, поступающим с датчика 8 синхронизации, в качестве которого в конкретном случае использован контакт прерывателя, схема 9 управления начинает формировать импульс ut, передним фронтом которого запускается генератор 10 высокого напряжения Генератор 10 высокого напряжения выдает высокое напряжение через высоковольтный проводник 11 на свечу 12 зажигания двигателя 13. В межэлектродном пространстве свечи 12 згикигания происходит искровой пробой (разряд). В основу предлагаемого-спо соба оценки технического состояния две положен известный закон Пашена, согласно которому пробивное напряжение UPP f(p-A), где величина пробивного напряжения; Р - давление Д- величина искрового промежутка. Следовательно, измерив напряжение пробоя искрового промежутка свечи зажигания в режиме прокручивания в верхней мертвой точке на такте сжатия, получаем выражение и f( где Ui - напряжение пробоя в верх ней мертвой точке на такте сжатия; - давление конца такта сжатия;& - величина искрового промежуП-ка, а в нижней мертвой точке на такте всасывания, получаем выражение f ( npg напряж:ение пробоя в нижней мертвой точке на такте всасывания; Р - давление конца такта всасывания или давления начала такта сжатия; Д- величина искрового промежутка. Разделив U пр-, на Unpa. получаем некоторый коэффициент Л(Рсж) {СРсж) о„р л4(р%с) €(рвс; Поскольку величина искрового промежутка Л в данном выражении есть величина постоянная, то ее можно вннести за знак функции f, т.е. К Рч СРсж) (Рсж) Unp/ Л€(.Рбс) НРвеУ Учитывая, что напряжение пробоя искрового промежутка изменяется линейно с некоторым коэффициентом К в зависимости от давления, можно запиилм к -k пр2 ее Коэффициент К показывает во сколько раз давление конца такта сжатия больше, чем давление начала такта сжатия. По величине К можно судить об общем техническом состоянии узлов, влияющих на герметичность камеры сгорания,т.е. по величине К можно судить о неплотности сопряженных узлов цилиндр - поршень, впускной клапан седло, выпускной клапан - седло. Применяя различные комбинации принудительн рго закрытия и от срытия впускных и выпускных окон головки блока, можно в режиме прокручивания двигателя по закону изменения напряжения пробоя в соответствующих тактах работы двигателя и его сравнения с величиной К определить неплотности отдельных узлов. Так, например, при закрытых выпускных но при открытых впускных окнах, по закону изменения напряжения пробоя на тгисте выхлопа и его сравнения с коэффициентом К, можно судить о неплотности узла, выпускной клапан - седло, так как закон изменения напряжения пробоя в этом случае зависит от неплотности узлов цилиндр поршень и впускной клапан - седло. Аналогично при закрытых впускных и открытых выпускных окнах по закону изменения напряжения пробоя-на такте всасывания и его сравнения с коэффициентом К можно судить о неплотности узла впускной клапан - седло. Наконец, зная отдельно неплотности узлов впускной клапан - седло и выпускной клапан - седло можно определить неплотность узла цилиндр - поршень. Поскольку Д остается постоянной, то г1МШ1Итуда напряжения пробоя пропорциональна давлению -Р в камере сгораНИН две. Известно, что давление Р в камере сгорания увеличивается на так те сжатия и оно достигает максимума в верхней мертвой точке. Затем давле ние Р постепенно уменьшается на такте рабочего хода, а на последукяцих тактах выпуска и всасывания достигае атмосферного давления или может быть даже ниже атмосферного. Величина дав ления, с которого начинается сжатие, соответствует давлению конца такта всасывания в области нижней мертвой точки или давлении) начала такта сжатия . Таким образом, если известна диаграмма работы двигателя, то закон изменения давления в камере сгорания можно представить в виде функции Р. Поскольку амплитуда напряжения пробоя пропорциональна давлению, то закон изменения амплитуды напряжения пробоя повторяет закон изменения дав ления в камере сгорания, т.е. огибающая амплитуда - А„, В„, Сц и - ,cJ, на.пряжения пробоя в некоторой области соответствует за кону изменения давления Р в этой же области. Датчик 1, в качестве которого применен обыкновенный емкостной шелитель напряжения, выдает напряжения А,, В, т.д.,амплитуда кото-т рык пропорциональна амплитуде напряжения пробоя промежутка, а следовательно и давлению в камере сгорания, на вход усилителя 2 и на первый вход схемы 9 управления. В усилителе 2 происходит усиление этих напряжений по мощности и далее они поступают на первый вход амплитудно-временного преобразователя 3. Схема 9 управления в каждом цикле работы двигателя по сигналам, посту пающим с датчика 8 синхронизации и с датчика 1 напряжения пробоя, формирует импульсы с временными интервалами At , at - uty в области верх ней мертвой точки на такте сжатия и bti f fikt - области нижней мерт вой точки на такте всасывания, которая поступает на второй вход амплитудно-временного преобразователя 3. Временной интервгш любого из этих им пульсов соответствует генерированию определенного числа импульсов генера тора 9 высокого напряжения а.в данно конкретном примере это число равно трем импульсам. Так например, за вре мя At| генерируются три импульса А , В , С , за itjL- Л2 Bj GZ, ,эа &tnAj,, В„, с , соответственно за Ut; - А , В, Q за ДЬ, А4. , q ,и за время - А„,В„,С„. Амплитудно-. временной преобразователь 3 выделяет и преобразовывает амплитуды импульсов А. В, С - AJ,, В„, С„ и А, В, BV,, С в пропорциональные длительности . На выходе амплитудно-временного преобразователя 3 формируются импульсы, длительность которых пропо{щирнальна соответствукицим ЗАШЛИтудам- напряжения пробоя искрового промежутка. Далее эти импульол поступают на вход время-импульсного преобразователя 4, в которсж длительность импульса преобразовывается в пропорциональное число импульсов т - ты и т - т. Эти серии импульсов поступают на первый вход блока 5 памяти , на второй вход которюго поступают сигналы со схемы 9 управления. Блок 5 памяти управляется таким образом, что сумма всех импульсов серий т - т,, поступает в одну ячейку блока 5 памяти, а суммавсех импульсов серии mj во вторую ячейку блока 5 памяти. Таким образом, в первой ячейке блока 5 памяти накапливается число импульсов, пропорциональное средней амплитуде импульсов. Напряжения пробоя АН, В, С - АИ, В, Си появляются в интервалах времени At, - it в области верхней мертвой точки за п, циклов работы двигателя. Во второй ячейке блока 5 памяти соответственно накапливается число импульсов, пропорциональное средней амплитуде импульсов напряжения пробоя A-f/ ВД, С - А Иг В, сД, которые появляются в интервалах времени &t, - &t в. области нижней мертвой точки на такте всасывания за п циклов работы двигателя, tlocne окончания п-го цикла работы двигателя содержимое первой и второй ячеек блока,5 памяти переносится в схему 6 деления, где производятся операций деления содержимого первой ячейки на содержимое второй ячейки . В результате операции деления, илл получаем некоторый V- i 4 коэффициент ь- „,..:/ где i 1-п. ; 11. . Далее результат частного вьщается на индикатор 7. . Коэффициент К показывает во сколь- ко раз средняя амплитуда напряжения пробоя в конце такта сжатия больше чем средняя амплитуда напряжения пробоя в начсше такта сжатия. Поскольку средняя амплитуда пропорциональна среднему давлению то коэффициент К показывает во сколько раз

давление конца такта сжатия больше, чем давление начала так.та сжатия. Следовательно по величине Коэффициента К можно судить о техническом состоянии две, поскольку при хорошем техническом состоянии коэффициент К должен быть в пределах сжатия данного типа двигателя. Следует отметить, ,что в качестве датчика 8 синхронизации можно использовать также угловые Метки, например сигналы от зубьев маховика, при этом генератором 10 высокого напряжения следует, управлят синхронно со скоростью вращения двигателя 13 и запускать от угловых меток. При этом усреднение амплитуд напряжения пробоя прсдазводится в определенном угловом интервале п6 циклу работы двигателя 13.

Предлагаемое устройство может работать Ив другом режиме, при котором усилитель выполняет Кроме операции усиления по мощности еще следующие операции : вьвделение огибающей амплитуды напряжения пробоя-функции Р; выделение максимальной амплитуды огибающей и выд««вние минимальной амплитуды огибамвд.ей.

Далеее производится преобразование максимальной и минимальной амллмтуд. огибакнцей в пропорциональную длительность в амплитудно-временном прв«й1| азователе. В время-импульсном преобразователе 4 эти длительности импульсов преобразовываются в пропорциональное число импульсов, котогме накапливаются в блоке 5 памяти. Причем, в первой ячейке памяти накапливается число импульсов, пропорционалное средней максимальной амплитуде огибакндей, а во второй ячейке - число импульсов, пропорционсшьное.средней минимальной амплитуде огибающей за п циклов работы двигателя. По окончании п цикла в схеме б деления производится операция деления содержимого первой и второй ячеек 5 памяти Результат частного, показывающий во сколько раз среднее давление конца такта сжатия больше, чем минимальное давление такта всасывания, далее выводится на индикатор 7. Поскольку минимальное давление всегда близко давлению начала такта сжатия, то результат частного при хорошем техническом состоянии ДВС близок степени сжатия двигателя. Предлагаемое устройство может также работать в режиме-, когда: в блоке паМяти выделяется полный цикл огиба10щей в виде дискретных .значений. При

этом каждое дискретное значение получгиот путем усреднения по множеству амплитуд.напряжения пробоя в заданной фазе цикла работы двигателя за п циклов работы двигателя. Блок б вычисления по определенному алгоритму проводит обработку значений огибающей амплитуд напряжения пробоя, на основании которого судят о техническом состоянии двигателя.

Формула изобретения

1.Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что на заданном скоростном режиме двигателя при положении поршня вблизи верхней мертвой точки подают на свечу зажигания импульсы высокого напряжения, измеряют напряжение пробоя искровйго промежутка и результаты измерения сравнивают с эталонными знaчeния ™, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнително подают импульсы высокого напряжения и измеряют напряжение пробоя при положении поршня вблизи нижней мертвой точки, причем импульсы подают мнгократно с заданной частотой, а заданный скоростной режим обеспечивают прокручиванием вала двигателя и в качестве результатов измерений принимают отношения напряжений пробоя.

2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее усилитель и индикатор, отличающееся тем, что в него введены амплитудно-временной преобразователь, время-импульсный преобразователь, блок памяти, схема деления, соединенные последовательно и включенные между усилителем и индикатором, а также датчик напряжения пробоя, схема управления, генератор высокого напряжения и датчик синхронизации, причем первый выход схемы управления связан с амплитудио-временным преобразователем, второй выход - с блоком памяти, а третий - с генератором высокого напряжения, датчик напряжения пробоя соединен с усилителем и первы Входом схемы управления, второй вход которой связан с датчиком синхронизации .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 3543795, кл. 73-119, опублик. 1977.

/ Л/

/И,

;

/n/,

. «f.

i/t.2