Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК G01L23/08 

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

Изобретение относится к приборостроению, а именно для диагностики и контроля двигateлeй внутреннего сгорания.

Известны устройства для измерения среднего индикаторного давления, содержащие датчик давления, датчик угловых положений и датчик опорного -положения, постоянное запоминающее устройство, первый блок умножения, блок суммирования, регистратор, причем датчик давления связан с одним из входов первого блока умножения, к доугому входу KOTODOго подключен выход постоянного запоминающего устройства, а выход блока суммирования соединен с входом регистратора.

Б этом устройстве датчик угловых положений за один оборот коленчато,го вала формирует серию импульсов, расстояние между которыми соответствует определенному углу поворота вала и число которых равно, например, числу металлических штырей, равномерно расположенных по окружности маховика, либо числу зубьев маховика. Датчики такого типа срав.нительно просты, надежны и находят широкое применение при эксплуатационной диагностике двигателей. Момент начала отсчета импульсов датчика угловых положений определяется импульсом датчика оЛорного положения.

В известном устройстве по сигналу датчика угловых положений производится выборка из постоянного запоминающего устройства соответствую10щего данному угловому положению значения функции и умножение этого значения на сигнал, пропорциональный TeKyi eMv значению давления. Результаты умножения суммируются, а сумма 15 фиксируется регистратором 1.

Одним из недостатков известного устройства является егр сравнительно узкая область применения, вызванная тем, что в постоянном запоми- нающем устройстве могут храниться исходные данные только для одного типа двигателя, и, следовательно, известное устройство практически не. может быть использовано для эксплуатационной диагностики, например, в .условиях тепловозных репс, где требуется производить обслуживание различных типов двигателей.

Целью изобретения является, расши30рение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено вторым блоком умножения, переключателем сигналов, управляемым формирователем импульсов, реверсивными счетчи ком и делителем частоты, причем выход первого блока умножения соединен непосредственно и через второй блок умножения с соответствующими входами переключателя сигналов, выход которого подключен ко входу |блока суммирования, выход датчика угловых положений соединен с входом yпpaвляe toгo формирователя импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока суммиро вания, второй и третий выходы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу постоянного запоминающего устройства и к первому управляющему входу управляемого формирователя импульсов, выход датчика опорного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого формирователя импульсов и с управляющим входом переключателя сигналов через делитель частоты и непосредственно с установочным входом реверсивного счет чика.

При этом управляемый формирователь импульсов содержит умножитель частоты, первый и второй переключатели импульсов и блок дешифраторов, причем вход и.выход умножителя частоты через первый переключатель импульсов соединены с одним из входов второго переключателя импульсов и с блоком дешифраторов, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключа теля импульсов, при этом вход умножителя частоты, третий выход блока дешифраторов, два входа второго переключателя , первый управляющий вход блока дешифраторов и его второй управляющий вход, соединенный с управляющим входом первого переключателя импульсов, служат соответственно входому пеовым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управляющими входами управляемого формирователя импульсов.

Кроме того блок суммирования содежит инвертирующий усилитель переключатель сигналов и фильтр нижних частот, причем вход и выход инвертирующего усилителя подключены к соответствующим входам переключателя сигналов, выход которого соелинен с входом фильтра нижних частот, при этом вход инвертирующего усилителя, управляющий вход переключателя сигналов и выход фильтра нижних частот служат соответственно входом, управ ляющими входом и выходом блока. j

На чертеже приведена электрическа структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 давления, датчик 2 угловых положений, датчик 3 опорного положения, постоянное запоминающее устройство 4, первый блок 5 умножения, блок б суммирования, регистратор 7, причем датчик 1 давления связан с одним из входов блока 5 умножения, к другому входу которого подключен выход постоянного запоминающего устройства 4, а выход блока б суммирования свединен с входом регистратора 7.

Устройство содержит также второй блок 8 умножения, переключатель 9 сигналов, управляемый Формирователь 10 импульсов, реверсивный счетчик 1l |и делитель 12 частоты, причем выход блока 5 умножения соединен непосредственно и через второй блок 8 умножения с соответствующими входами переключателя 9 сигналов. Выход последнего подключен к входу блока б суммирования, а выход датчика 2 угла поворота вала соединен с входом управляемого формирователя 10 импульсов, первый выход которого соединен .с управляющим входом блока б суммирования, второй и третий выходы соеди.нены йоответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11, выход которого подклю-чен к входу постоянного запоминающего устройству 4 и к первому управляющему входу управляемого формирователя -10 импульсов. Выход датчика 3 опо ного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого формирователя 10 импульсов и с управляющим входом переключателя 9 сигналов через делитель 12 частоты и непосредственно с установочным входом реверсивного счетчика 11.

Управляемый формирователь 10 импульсов содержит умножителе 13 частоты, первый 14 и второй 15 переключатели импульсов и блок 16 дешифраторов, причем-вход и выход умножителя 13 частоты через первый переключатель 14 импульсов соединен с одним из входов второго переключателя 15 импульсов и с блоком 16 дешифраторов, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключателя 15 импульсов, при этом вход умножителя 13 частоты, третий выход блока 16 дешифраторов, два выхода второго переключателя 15, первый управляющий вхо блока 16 дешифратопов, второй его управляющий вход, соединенный с управляющим входом первого переключателя 14 импульсов, служат соответст-. венно входом, первым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управляющим входами управляемого формиро вателя 10 импульсов. Блок 6 суммирования содержит инвертирующий усилитель 17, переключа тель 18 сигналов и фильтр 19 нижних частот, причем вход и выход инвертирующего усилителя 17, управляюищй вход переключателя 18 сигналов и вы ход фильтра 19 нижних частот служат соответственно входом, управляю щим входом и выходом блока. Блок 16 дешифраторов Аредставля ет собой обычную комбинационно-логи ческую схему, состоящую, например, из дешифратора, управляющих кодов на первом управляющем входе формиро вателя 10, соответствующих началу и окончанию режима суммирования счет чика 11, счетного триггера, начальная установка которого осуществляется по фронту или срезу импульса на втором управляющем входе, а переключение - в момент начала режима суммирования счетчика 11, триггеров, уп равляющих с помощью переключателя 15 интервалами суммирования и вычитания счетчика 11, причем установка и сбро триггеров осуществляется при появлении соответствующих кодов на первом управляющем входе и синхронизйруетюя импульсами, поступающими на вход блока 16 с выхода переключателя 14, Датчик 2 угловых положений формир ет на своем выходе за оборот коленчатого вала серию ИМПУЛЬСОВ, равномерно следующих друг за другом через угол ify 360/i, где i - число импульсов в серии. Датчик 3 опорного положения форм рует один импульс за оборот коленчатого вала в момент, соответствующий нижней мертвой точке (н.м.т.) поршня исследуемого цилиндра. Принцип действия предлагаемого устройства легко пояснить уравнением+ Л+л ( pW-|-Si Sin24df. -31-Л В течение одного цикла работы двигателя в устройстве осуществляется умножение текущих значений фун ции ) на соответствующие значения S i п Ч и интегрирование результата умножения. В течение другого цик ла работы осуществляется умножение текущих значений функции р(Ч ) на соответствующие значения s in2 V и значение Я/2 с последующим интегрированием и сложением с результатом, полученным на первом цикле. Следова тельно, определение значения р,- осу ществляется в течение двух циклов работы двигателя. Устройство работает следующим образом. При работе двигателя мгновенное значение давления газов в цилиндре преобразуется датчиком 1 в пропорциональный злектрический сигнгш. Этот сигнал поступает в блок 5, где осуществляется его масштабирование, причем козффициенты масштабирования на другом его входе изменяются дискретно по углу поворота вала. Значение каждого из коэффициентов соответствует значению синуса угла поворота, выбранному на участке угла между моментами смены коэффициентов масштабирования. Значения коэффициентов лежат в диапазоне изменения синуса от О до 90°. Смена коэффициентов масштабирования на выходе постоянного запоминающего устройства 4 осуществляется по сигналам с кодового выхода счетчика 11. При появлении на выходе датчика 3 импульса Н.М.Т., соответствующего началу рабочего цикла в цилиндре, счетчик 11 устанавливается в.исходное состояние. По сигналу на его выходе, соответствующему исходному состоянию, на выход постоянного запоминающего устройства 4 поступает первый (наименьший) коэффициент, и начинается умножение текущих значений сигнала датчика 1 на этот коэффициент. Одновременно сигнал исходного состояния счетчика 11 поступает на первый управляющий вход формирователя 10. В результате оказывается разблокированным второй выход последнего, связанный с суммирующим входом счетчика 11. На другой вход формирователя поступает сигнал с выхода делителя 12, осуществляющего деление на два частоты импульсов н.м.т. Скважность импульсов равна двум. ПУСТЬ в момент появления на выходе датчика 3 очередного импульса, . устанавливающего счетчик 11 в исходное состояние, на выходе делителя 12 также начинает форьтироваться импульс. Этот импульс поступает на второй управляющий вход формирователя 10 и обеспечивает прохождение на суммирующий вход счетчика 11 импульсов с выхода датчика 2. Таким образом, смена коэффициентов масштабирования осуществляется с частотой и в моменты появления импульсов на выходе датчика 2 угловых положений. По сигналу конечного состояния счетчика 11, соответствующему включению последнего (наибольшего) коэффициента в блоке 4, блокируется первый выход и открывается второй выход формирователя 10. В результате этого счетчик 11 начинает работать режиме вычитания, и включение коэффициентов масштабирования в блоке умножения происходит в обратном по- ,рядке,

После возвращения счетчика 11 в исходное состояние процесс умножения до окончания импульса на выходе делителя 12 повторяется еще раэ аналогичным образом. Следовательно, в течение первого рабочего цикла, равного длитeльнqcти импульса на выходе делителя 12 в блоке 5 происходит ум ножение мгновенных значений функции давления на модуль соответствующих значений функции синуса угла поврота коленчатого вала.

С момента окончания импульса на втором управляющем входе формирователя 10 и до момента появления следующего импульса, т.е. в течение второго рабочего цикла, на входы суммирования и вычитания счетчика 11 из формирователя 10 попеременно поступают импульсы частотой в два -раза большей частоты импульсов датчика 2. В результате, процесс умножения в блоке 5 в течение второго рабочего цикла повторяется четыре раза, т. происходит умножение мгновенных значений функции давления на модуль соответствующих значений функции синуса двойного угла.

В течение первого цикла сигнал с выхода блока 5 поступает в блок 6 суммирования нег)осредственно, а в течение второго цикла через, блок 8, где происходит у множение текущих значений сигнала на значение коэффициента /2, поступающего на второй вход блока 8. В дальнейшем каждые два цикла процесс повторяется. Это осуществляется с помощью переключателя 9, управление которым производит делитель 12,

Блок б осуществляет интегрировани входного сигнала за каждые два рабочих цикла -в цилиндреу причем направление интегрирования изменяется на.противоположное в моменты изменения логического сигнала на управляющем входе блока 6. Значение этого сигнала поступающего, с первого выхода формир1ователя 10, соответству|ет знаку значений функции синуса, воспроизводимой на выходе постоянного запоминающего устройства 4 и изМеняется в моменты изменения направления счета счетчика 11 с обратного на прямое. Начальная установка сигнала на первом выходе формирователяЮ, соответствующая отрицательным значениям синуса, производится по фронту или срезу импульса на входе.

Сигнал с выхода сумматора поступает на регистратор 7, например, цифровой вольтметр постоянного тока, где и фиксируется значение среднего индикаторного давления,

Управляемый формирователь 10 работает следующим образом.

Импульсы с датчика 2, поступающи на вход формирователя 10, в течение цикла, определяемого наличием импульса на втором управляющем входе, проходят через переключатель 14 на вход блока 16 дешифраторов и на вход переключателя 15, В течение цикла, определяемого наличием паузы на втором управляющем входе, через.переключатель 14 поступают импульсы с выхода умножителя 13, удваивающего частоту сигнала датчика Блок 16 дешифраторов по сигналам на первом управляющем входе, соответстющим исходному и конечному состояния счетчика 11, блокирует прохождение импульсов через переключатель 15 на один из входов счетчика и обеспечивает их прохождение на другой вхо Состояние сигнала на первом выходе блока 16 дешифраторов определяется сигналaNM на управляющих входах, ка было описано выше.

Блок 6 суммирования работает следующим образом.

Сигнал, поступающий в блок суммирования с переключателя 9, проходит на один вход переключателя 18 непосредственно, а на другой через инвертирующий усилитель 17 меняющий полярность сигнала. С выхода переключателя сигнал поступает на вход фильтра 19. Полярность сигнала на входе фильтра изменяется по сигналу с выхода формирователя 10 в моменты, соответствующие изменению знака функции синуса, воспроизводимой на выходе постоянного запоминающего устройства 4. Фильтр 19 нижних частот осуществляет выделение постоянной составляющей сигнала, значение которой пропорционально среднему индикаторному давлению в цилиндре.

Введение новых элементов; второго блока умножения, переключателя сигналов, управляемого формирователя импульсов, реверсивного счетчика, делителя частоты - позволяет путем изменения коэффициента Л/2 на входе второго блока умножения производить измерения на двигателях отличающихся значением отношения радиуса кривошипа к длине шатуна, В результате расширяется область применения устройства, поскольку оно становится пригодгелм к обслуживанию разных типов двигателей, например, в условиях тепловозного депо, где число типов обслужиBaeNbix двигателей определяется, как правило, числом типов тепловозов, приписанных к данному депо. Формула изобретения 1. Устройство для Измерения среднего индикаторного давления двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик давления, датчик угловы положений и датчик опорного положе ния, постоянное запоминающее устройство, первый блок умножения, блок суммированияи регистратор,.причем датчик давления связан с одНим из входов первого блока умножения, к другому входу которого подключен выход постоянного запо№1нающего устройства, а выход блока суммирования соединен с входом регистратора, отличающееся тем, что, с целью расширения области его применения, оно снабжено вторым блоком умножения, переключателем сигналов, управляемым формирователем импульcos, реверсивным счетчиком и делителем частоты, причем выход первого блока умножения соединен непосредственно и через второй блок умножения с соответствующими входами переключателя сигналов, выход которого подключен к блоку суммирования, выхо датчика угловых положений соединен с входом управляемого формирователя импульсов, первый выход которого сое динен с управляющим входом блока суммирования, второй и третий выходы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу постоянного запоминающего устройства и к первому управляю щему входу управляемого формировател импульсов, выход датчика опорного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого формирова теля импульсов и с управляющим входом переключателя сигналов через делитель чатсоты и непосредственно с установочным, входом реверсивного счетчика. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что управляемый формирователь импульсов содержит умножитель частоты, первый и второй переключатели импульсов и елок дешифраторов, причем вход и выход умножителя частоты через первый переключатель импульсов соединены с одним из входов второго переключателя импульсов и с блоком дешифраторов, первый и. второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключателя импульсов, при этом вход умножителя частоты, третий выход блока дешифраторов, два выхода второго переключателя, первый управляющий вход блока дешифраторов и его второй управляющий вход, соединенный с управляющим входом пер вого переключателя импульсов, служат соответственно входом, первым, вторым и третьим выходат, первым и вторым управляющими вxoдa и управляемого формирователя импульсов, 3.Устройство по пп. 1 2, о т личающееся тем, что блок суммирования содержит инвертирую щий усилитель, переключатель сигналов и фильтр нижних частот, причем вход и выход инвертирукяцего усилителя подключены к соответствую1тим в входам-переключателя сигналов, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, при этом вход инвертирующего усилителя, управляющий вход переключателя сигналов и выход фильтра нижних частот служат соответственно входом, управляющими входом и выходом блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Патент Франции № 2266226, кл. G 01 U 23/08, 1975.