Способ измерения компрессии в двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01M15/00 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПРЕССИИ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Изобретение относится к методам и средствам испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания. Известен способ измерения компрес сии в двигателе внутреннего сгорания заключающийся в том, что подают импульсы высокого напряжения на свечи зажигания и измеряют напряжение пробоя искрового промежутка,по результату которого судят о величине компрессии р Известно устройство для измерения компрессии в двигателе внутреннего сгорания, содержащее свечу зажигания высоковольтный провод, генератор высокого напряжения, схему управления, датчик синхронизации, датчик напряжения пробоя, усилитель, преобразователь и индикатор, причем свеча высоковольтным проводом через генератор соединена со схемой управления, к которой подключены датчик синхронизации и датчик напряжения пробоя, связанный с усилителем ElJ. ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Однако по измеренному значению напряжения пробоя искрового промежутка не возможно судить с достаточной точностью о величине давления сжатия в камере сгорания в связи с тем, что напряжение пробоя искрового промежутка зависит как от давления в камере сгорания, так и от состояния свечи зажигания (искровой промежуток и нагар) , которое меняется во время эксплуатации. Кроме того, по измеренной величине давления сжатия трудно судить и о герметичности камеры сгорания (а следовательно и о компрессии в цилиндрах две), так как давление сжатия зависит не только от герметичности, но и от атмосферного давления. Цель изобретения - повышение точности измерения компрессии в двигателе внутреннего сгорания. Указанная цель достигается тем, что при способе измерения компрессии в двигателе внутреннего, сгорания дают импульсы высокого напряжения и измерения проводят на двигателе, нах дящемся в состоянии покоя, а затем на двигателе, прокручиваемом от постоянного источника энергии, в моменты достижения поршнем верхней мер вой ТОМКИ ( ВМТ на такте сжатия, измеряют атмосферное давление и вычисляют произведение отношения измеренных напряжений пробоя на величину атмосферного давления, а в- качестве результата принимают результат вычисления. Указанная цель достигается также тем, что устройство дополнительно со держит амплитудно-временной преобразователь, время-импульсный преобразо ватель, блок памяти, блок вычисления и датчик атмосферного давления, причем амплитудно- временной и время-импульсный преобразователи и блоки памяти и вычисления соединены последовательно и включены между усилителем и индикатором, первый выход схемы уп равления связан с амплитудно-временным преобразователем, второй - с бло ком памяти непосредственно,, а третий с блоком памяти через преобразователь, соединенный с датчиком атмосфе ного давления. Сущность способа измерения компрессии опирается на известный закон Пашена, согласно которому пробойное напряжение : и„р f(p-A). где 1)р- пробойное напряжение; Р - давление в камере сгорания; Л величина искрового промежут ка свечи зажигания. Из закона Пашена следует, что при неизменном искровом промежутке свечи зажигания функция пробойного напряжения имеет вид -лр(Р)- Таким образом, напряжение, пробоя, измеренное в режиме покоя V-, ,), где PC, - атмосферное давление. Напряжение пробоя, измеренное в режиме прокрутки в момент достижения поршнем ВМТ на такте сжатия, IW f (РСЖ) где РЧ/ максимальное давление конца такта сжатия. Разделив U получим некоторый коэффициент Учитывая, что при постоянстве иск рового промежутка свечи зажигания зависимость пробивного напряжения от давления является линейной функцией с некоторым коэффициентом, можно записатьI/ . РСЖ jjtip I. г . .. к. . а Jпp Коэффициент К показывает во сколько раз максимальное давление на такте сжатия больше, чем атмосферное давление, которое было в камере сгорания в режиме покоя двигателя. Умножив коэфс|)ициент К на величину атмосферного давления, получаем компрессию, т.е. р . р сж Unp, а На фиг 1 представлена схема устройства для осуществления способа; |на фиг. 2 - эпюры электрических сигйалов; на фиг 3 - эпюры электрических процессов, поясняющие принцип работы устройства. Устройство, реализующее способ измерения компрессии в двигателях внутреннего сгорания, содержит последовательно соединенные датчик 1 атмосферного давления и преобразователь 2, а также последовательно соединенные датчик 3 напряжения пробоя, усилитель 4, амплитудно-временной преобразователь 5, время-импульсный преобразователь 6, блок 7 памяти, блок 8 вычисления и индикатор 9. Устройство содержит также датчик 10 синхронизации, генератор 11 высокого напряжения и схему 12 управления. Первый вход амплитудно-временного Преобразователя 5 соединен с выходом усилителя 4, а второй вход - с первым выходом схемы 12 управления, второй и третий выходы которой соответственно подключены к вторым входам блока 7 памяти и преобразователя 2. Четвертый выход схемы 12 управления соединен с входом генератора 11 высокого напряжения, выход которого через высоковольтный проводник 13 подключен к свече lA зажигания двигателя 15. Вход усилителя 7 и первый вход схемы 12 управления подключены к выходу датчика 3 напряжения пробоя, а второй вход схемы 12 управления - к выходу датчика 10 синхронизации. Кроме того, выход преобразователя 2 соединен с 1эетьим входом блока 7 памяти, а выход блока 8 вычисления - с индикатором 9. Устройство для осуществления способа измерения компрессии работает следующим образом. После прогрева двигателя 15 отклю чают подачу топлива. При этом двигатель, выработав оставшуюся часть топ лива, останавливается. Затем отключают систему зажигания и подключают .свечу I зажигания двигателя 15 к выходу генератора 11 высокого напряж ния посредством высоковольтного проводника 13. В исходном состоянии генератор 11 не работает. При запуске устройства на режим измерения схема 12 управления начинает формировать импульс д (фиг.26) по переднему фронту которого запуска ется генератор 11 высокого напряжения. Генератор 11 при .этом выдает им пульсы высокого напряжения заданной частоты (фиг. 2а; на свечу k зажига ния двигателя 15. В межэлактродном пространстве свечи И зажигания происходит искровой пробой. Датчик 3, в качестве которого при меняют обыкновенный емкостный делитель напряжения, выдает напряжения . , - л;,, в;,, с;(Фиг. 2а; и ;другие импульсы, амплитуда которых пропорциональна амплитуде напряжения пробоя искрового промежутка, а следоа тельно, искровому промежутку Д и атмосферному давлению PQ на вход усилителя Ц и на первый вход схемы 12 упра вления, В усилителе А происходит усиление по мощности этих напряжений, которые далее поступают на вход амплитудновременного преобразователя 5. По сиг|налу, поступившему с датчика 10 синхронизации и по сигналу, поступающему с датчика 3 напряжения пробоя, схема 12 управления формирует временные интервалы д (фиг. 26), в темение каждого из которых происходит выделение определенного числа амплитуд напряжения пробоя и их преобразова ние в пропорциональные длительности (фиг. 2в). Длительность каждого из At и (ИГ. 26) соответствует -трем импульсам напряжения пробоя генератора 11. В конкретном случае Д-t, соответствует Alj, В, С , д-L/, - А, nrf.ivj. л ц( г °2. a. И ат-у - М|, PVI И На выходе амплитудно-временного преобразователя 8 пилообразные импульсы Ai, з1( , С .- АУ,, , Сц преобразовываются в прямоугольные импульсы (фиг, 2г) той же длительности,, что и пилообразные импульсы. Эти импульсы поступают далее на вход времяимпульсного преобразователя 6, в котором длительности импульсов преобразовываются в пропорциональное число импульсов т - гп (фиг, 2д), Эти серии импульсов по управляющему сигналу с второго выхода схемы 12 управления на второй вход блока 7 пpoxoдяt в первую ячейку блока 7 памяти. Следовательно, в первой ячейке блока 7.памяти накапливается число импульсов, пропорциональное средней амплитуде импульсов напряжения пробоя искрового промежутка, генерируемых в интервалах времени -t -Д-Ь(фиг. 26) и оно равно сумме всех импульсов сеI I т.е., где-i 1-Й. рий ж;- in.,. После окончания интервала времени Л.|, генератор 11 запирается и процесс накопления заканчивается. Затем прокручивают двигатель 15 стартером или каким-нибудь другим внешним источником вращения. При этом в момент достижения стабильных оборотов двигателя 15 по сигналам, поступающим с датчика 10 синхронизации, схема 12 управления начинает формировать импульс . Зв, передним фронтом которого запускается генератор 11 высокого напряжения, Генератор 11 при этом впадает высокое напряжение заданной частоты на свеity k зажигания двигателя 15. В искровом промежутке свечи 1 зажигания начинает происходить искровой пробой. Амплитуда напряжения пробоя пропорциональна искровому промежутку Д и давлению в камере сгорания, которое зависит от фазы цикла работы двигателя 15. Известно, что давление в камере сгорания увеличивается на такте ежатия Сж (фиг. За) и достигает максимума в ВИТ. Затем давление постепенно уменьшается на такте рабочего хода Раб.ход (фиг. За), а на последующих тактах выхлопа Вып (фиг.За) и всась1вания Вс (фиг. За) достигает атмосферного давления или может быть даже несколько ниже атмосферного. Таким образом, если известна диаграмма работы двигателя (фиг. За), то изменение давления в камере сгорания «южно представить в виде функции Р Сфиг. 36), Поскольку амплитуда напряжения пробоя пропорциональна дав9ленио, то, следовательно, ззкон изме нения амплитуднапряжения пробоя с выхода датчика 3 напряжения пробоя повт-оряет закон изменения давления в камере сгорания, т.е. огибающая ам литуда А, В, С - А, В, С„(фиг.3 в некоторых интервалах времени повто ряет закон изменения давления Р в этих интервалах. Схема 12 управления по сигналам, поступающим с датчика 10 синхронизации и с датчика 3 напряжения пробоя формирует импульсы с временными интервалами ut - ,{ОИГ. Зв в области ВМТ на такте сжатия. Длительности этих импульсов соответствуют прохождению определенного числа импульсов напряжения. В данном случае это число импульсов равно трем. В дальнейшем работа устройства осуществляется аналогично по работе в (име покоя за некоторыми исключе |Ниями. амплитудно-временном преобразователе 5 амплитуды А , В,, С А,, By,, Су, (фиг. 36) преобразовываются в пропорциональные длительности (фиг. Зг, д). Далее эти импульсы пре образовываются в пропорциональное число импульсов ту,(фиг. Зе) , ко торые в виде серий импульсов поступают на вход блока 7 памяти. Блок 7 памяти управляетея так, что все импульсы серии vn - кПи(фиг. Зе) посту пают во вторую ячейку памяти, т.е. в ней накапливается число, равное., где vi 1-м . Это число импульсоЪ, пропорциональное средней амплитуде напряжений пробоя А, В, С - А,, By,, С (фиг. 36), кЬторые генерируются в интервалах времени Atyi (фиг. Зв1|, пропорционально среднему максимальному давлению конца такта сжатия за П. циклов работы двигателя. По окончании У1-го цикла по сигнал со схемы 12 управления, поступающему на второй вход преобразователя 2, происходит преобразование сигнала датчика 1 атмосферного давления в число импульсов и выдача его в треть ячейку блока 7 памяти. Блок 8 вычис ления производит операцию деления содержимого второй и первой ячеек бл ка 7 памяти и умножение результата частного на содержимое третьей ячейк 5. В результате деления содержимого второй и первой ячеек блока памяти, получим некоторый коэффициент где 2; уиЧИСЛО импульсов, пропорциональное величине искрового промежутка ди среднему давлению в ВМТ на такте сжатия за и циклов работы и , двигателя; , число импульсов, пропорциональное величине искрового промежутка Д и атмосферному давлению. Поскольку величина искрового промежутка Л постоянна, то коэффициент К показывает во сколько раз давление конца такта сжатия больше, чем атмосферное давление. Следовательно, умножив коэффициент К на величину атмосферного давления, получаем величину компрессииР - -( о«- Г Ра-- Ро,. Формула изобретения . 1 .Способ измерения компрессии в двигателе внутреннего сгорания, за(спючающийся в том, что подают импульсы высокого напряжения на свечи зажигания и измеряют напряжение пробоя искрового промежутка, по результату которого судят о величине компрессии, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности, подают импульсы высокого напряжения и измерения проводят на двигателе, находящемся в состоянии покоя, а затем на двигателе, прокручиваемом от постороннего источника энергии, в моменты достижения поршнем верхней мертвой точки на такте сжатия, измеряют атмосферное давление и вычисляют произведение отношения измеренных напряжений пробоя на величину атмосферного давления, а в качестве результата принимают результат вычисления. 2. Устройство для измерения компрессии в двигателе внутреннего сгорания, содержащее свечу зажигания, высоковольтный провод, тенератор высокого напряжения, схему управления, датчик синхронизации, датчик напоя : жения пробоя, усилитель, преобразова99701

тель и индикатор, причем свеча высоковольтным проводом через генератор соединена со схемой управления, к которой подключены датчик синхронизации и датчик напряжения пробоя, свя- s занный с усилителем, о т л и ч а р щ е е с я тем, что оно дополнитель о содержит амплитудно-временной преобразователь , время-импульсный преоб разователь, блок памяти, блок вычисле-Ю ния и датчик атмосферного давления, причем амплитудно-временной и времяимпульсный преобразователи и бпоки

7510

памяти и вычисления соединены последовательно и включены между усилителем и индикатором, первый выход схемы управления связан с амплитудно-временным прео(5разователем, второй - с блоком памяти непосредственно, а третий с блоком памяти через преобразователь, соединенный с датчиком атмосферного давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № З9«3759, кл. , опублик. 1978

в /.Н /

а

6г

В2

BUtl

/i;

ЛШ1

ллл

.„ ллл .|ЩЩг

Фиг.2