Устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания

(19) 01) 170 А а) 4 6 01 М 15/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИИ(56) Прокопьев В., Коровин А, Контроль равномерности рабОты цилиндровдизельных двигателей. - Автомобильный транспорт, 1983,. Р 2, с.30-41 е(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к технической физике и предназначено дляобнаружения и индикации равномернрсти работы цилиндров ДВС и определения степени задымпенности выхлопных газон. Цель изобретения - неконтактный дистанционный контроль равномерности работы цилиндров двигателя. Устройство состоит из объектива 1, принимающего излучение выхлопных газов, делительного зеркала 2, которое пропускает излучение с длиной нолны 2-4,5 мкм на фотоприемник 3 и отражает излучение с длиной волны 8-10 мкм на фотоприемник 4. Фотоприемники преобразуют принятое излучение в электрическое напряхение, которое усиливается усилителями низкой частоты 5, д что позволяет селектировать фоновое ф излучение и принимать только пульса12261ции излучения выхлопа. С усилителей 5 сигналы подаются на измеритель отношения 6, выход которого соединен с одним входом двухканального осциллографа 7 и выпрямителем 8. Напряжение на выходе выпрямителя, измеряемое вольтметром 9 характеризует среднее значение задымленности для всего двигателя, а импульсы, регистрируемые осциллографом, - для каждого цилиндра. Кроме того, на второй вход осциллографа подается сигнал с выхода уси 70лителя фотоприемника 3, чувствительного к излучению газов, что позволяетопределять равномерность работы всехцилиндров по амплитуде пульсаций излучения. При выявлении отклоненийномер неисправного цилиндра можетбыть установлен путем подключениядатчика синхронизации 10 к первомуцилиндру. Для карбюраторных двигателей синхронизация берется от системызажигания, для дизельных - от датчика давления. 3 нл.Цель изобретения - неконтактный дистанционный контроль равномерности работы цилиндров двигателя.На фиг1 показана спектральная плотность излучения при 30 С твердого тела (а) и продуктов сгорания углеводородного топлива (б); на фиг.2- функциональная схема устройства для диагностики ДВС; на фиг.З - осцил 15 лограммы напряжений с выходов усилителей макета двухканального приемника, полученные фотографированием экрана двухлучевого осциллографари наблюдении выхлопа: при малом содер 20 жанки сажи во всех цилиндрах (а) и при увеличении содержания сажи в выхлопе одного цилиндра (б)25 1Изобретение относится к технической физике и предназначено для обна" ружения и индикации равномерности работы цилиндров ДВС и определения степени задымленности выхлопных газов. Устройство для диагностики ДВС состоит из обьектива 1, принимающего излучение выхлопных газов (зеркального или линзового), делительного зеркала 2, которое пропускает излучение с длиной волны 2-4,5 мкм на фотоприемник 3 и отражает излучение с длиной волны 8-10 мкм на фотоприемник 4. Фотоприемники преобразуют принятое излучение в электрическое напряжение, которое усиливается усилителями 5 низкой частоты, что поз воляет селектировать фоновое излучение и принимать только пульсацин излучения выхлопа. 2С усилителей 5 сигналы подаются на измеритель 6 отношения, выход которого соединен с одним входом двухканального осциллографа 7 (самописца) и с выпрямителем 8, Напряжение на выходе выпрямителя, измеряемое вольтметром 9, характеризует среднее значение задымленности для всего двигателя, а импульсы, регистрируемые осциллографом - для каждого цилиндра. Кроме того, на второй вход осциллографа подается сигнал с выхода усилителя фотоприемника 3, чувствительного к излучению газов, что позволяет определять равномерность работы всех цилиндров по амплитуде пульсаций излучения. При выявлении отклонений номер неисправного цилиндра может быть установлен путем подключения датчика 10 синхронизации к первому цилиндру. Для карбюраторных двигателей синхронизация берется от системы зажигания, для дизельных - от датчиков давления.Таким образом, контроль осуществляется дистанционно по тепловому излучению без подключения синхронизации, которая необходима только при обнаружении неисправности отдельных цилиндров. Объектив должен удовлетворять двум требованиям. Во-первых, ои должен обеспечить прием ИК-излучения в диапазоне от 2 до 10 мкм, а, во-вторых, поле зрения его должно обеспечить регистрацию пульсаций излучения отдельных выхлопов, Результаты проведенных экспериментальных исследова1226170 1 =Ее Т 3ний показывают, что размер области выхлопа (Ъ) от отдельного цилиндра соизмерим с диаметром выхлопной трубы. Наиболее оптимальным линейным размером поля зрения объектива в плоскости объекта является размер, равный диаметру выхлопной трубы. Если размер поля зрения будет больше, то будет происходить интегрирование пульсаций излучения нескольких выхлопов, что приведет к существенному уменьшению сигнала. Если же поле зрения сделать меньше, то сигнал будет искажен помехами, обусловленными турбулентностью потока газа даже в выхлопе одного цилиндра. Плотность излучения любого объекта определяется выражением где 1 - плотность излучения;Я - излучательная способность;8 - постоянная Стефана-Больцмана;Т - абсолютная температура. Распределение излучения по спектру зависит от характера излучающего объекта. Твк, твердые тела имеют непрерывный спектр излучения, газы, наоборот, резко выраженный селективный спектр, Таким образом, если в объеме, с которого производится прием излучения, будут присутствовать газы и твердые частицы, то спектральный состав излучения позволит определить относительный вклад отдельных источников излучения, т.е. относи" тельную концентрацию газа и твердых частиц, Для этого необходимо использовать как минимум два фотоприемника: один в диапазоне излучения газа, а другой в более длинноволновом диапазоне, где излучение твердых частиц существенно больше, чем излучение газа.Суммарное излучение каждого объекта будет определяться количеством излучающих частиц в данном объеме. Так как число твердых частиц в выхлопе незначительно, то и доля их излучения мала, несмотря нв высокое значение иэлучательной способности.Таким образом, если используется два фотоприемника с диапазонами чувствительности 2-4,5 и 8-10 мкм, то отношение сигналов с обеих фотоприемников при малом содержании твердых частиц будет мало, т.е. л а-ос 11-,5При появлении в выхлопе твердыхчастиц будет происходить увеличениеэнергии излученияв диапазоне 810 мкм, в результате чего величинаотношения увеличйтся, Таким образом,величина отношения может служитькритерием относительного количестватвердых частиц в выхлопных газах.Сущность изобретения сводится крегистрации пульсаций теплового излучения в двух спектральных каналахи к определению величины отношения15полученных сигналов для определениясодержания твердых частиц в выхлопе,Причем величина отношения определяется и для каждого цилиндра, и интегрально для всего двигателя.20По величине амплитуд импульсовизлучения в первом канале, принимающем излучение газов, относительносреднего уровня проводится оценка25качества работы каждого цилиндра, апо величине отношения относительного количества твердых частиц в выхлопе как для каждого цилиндра, таки для двигателя в целом.Чувствительность современных фотоприемников позволяет проводитьдистанционный прием излучения даженизкотемпературных источников, какими являются выхлопные газы. Температурное разрешение 0,1-0,05 являет 35 ся уже обычным показателем для инфракрасных радиометров и тепловиэоров, что доказывает возможность реализации устройства.Обычно размер поля зрения объекти 40 вв определяют углом поля зрения (Я).В данном случае этот угол должен выбираться таким образом, чтобы обеспечить необходимый линейный размерв плоскости объекта наблкдения, т.е,45 определяться из условияЙЦвгсй 8 - - К фгде К - расстояние от объектива дообъекта.Таким образом, угол поля зренияопределяется диаметром выхлопной трубы н расстоянием.В предлагаемом устройстве диагностики используется двухканальное фо 55 топриемное устройство,Отличием предлагаемого двухканального фотоприемного устройства отизвестных является выбор спектральныхдиапазонов каналов, который определяется назначением каждого канала и всего устройства в целом.Выбор спектрального диапазона вто" Рого канала продиктован необходимо.стью обеспечения приема максимума излучения газов, которые входят в состав продуктов сгорания ДВС, и в частности тех газов, количество кото рых в меньшей степени зависит от режима работы двигателя. Характерной особенностью излучения газов является то, что с изменением температуры длина волны излучения газа меняется 15 незначительно., Кроме того, газы излучают на нескольких линиях. Выбор именно данной области (2-4,5 мкм) обусловлен необходимостью уменьшить долю принимаемого излучения твердых 20 частиц. При диагностике конкретного типа двигателя диапазон газового. канала может быть сделан еще уже, т.е. ориентирован на излучение конкретного газа. 25Усилитель низкой частоты предназначен для усиления электрических сиг налов с фотоприемника, соответствующих пульсациям излучения отдельных выхлопов. Назначение непосредственно 30 определяет и конструктивные особенности усилителя, в частности полосу пропускания. Частота пульсаций определяется числом цилиндров в двигатеоб.ле и числом оборотов Е = пК в в в . 35с Это будет частота основной гармоники. Если в двигателе будут неисправные цилиндры, то зто приведет к появлению гармоник Г, Я, где- число1неисправных цилиндров. Таким образом, усилитель должен обеспечить пропускание всех рабочих гармоник, несущих информацию о состоянии двигателя. С другой стороны, для повышения чувствительности и подавления помех фона и внутренних шумов фотоприемника целесообразно полосу уменьшать, Известно, что помехи Фонового излученияи основные внутренние шумы фотоприем 50 ников ниэкочастотны со спектром вида Устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания по параметрам выхлопных газов, содержащее датчик, усилители, блок синхронизации, осциллограф и индикатор, причем датчик через усилители связан с индикатором и осциллографом, подключенным к блоку синхронизации, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью неконтактного дистанционного контроля равномерности работы цилиндров и определения дымности, устройство дополнительно содержит измеритель отношения и выпрямитель, включенные последовательно на выходах усилителей в связь последних с индикатором, а измеритель отношения включен в связь усилителей с осциллогра фом, датчик выполнен в виде инфракрасного объектива, делительного зеркала с двумя выходами и двух фотоприемников с диапазоном чувствительности 2,0-4,5 и 8-10 мкм, а усилители выполнены в виде усилителей низкой частоты. 1ПИ)с -- . Таким образом полосаЕ9 пропускания усилителя с учетом изложенного определяется границамиЯ - пег, где г - коэфФициент разрешения, который зависит от требованийк разрешению временной структуры отдельного импульса. В простейшем случае при определении только факта иколичества исправных и неисправныхцилиндров г = 1,Перечисленные конструктивные параметры элементов устройства являются существенно необходимыми для функ.ционирования всего устройства и непосредственно связаны с характеристиками ДВС.Предлагаемое устройство для диагностики является неконтактными, чтоне требует подключения датчиков кдвигателю и существенно уменьшаеттрудоемкость и длительность контроля, позволяет проводить дистанционный контроль (с расстояний от 0,5до 50 м в зависимости от параметровфотоприемников), пригоден для контроля ДВС любых типов (карбюраторных,дизельных, роторных), кроме того,является более информативным, таккак определяет не компрессию, а характер протекания рабочего процессан степень задымленности газов, причем независимо от уровня общей задымленности около выхлопной трубы.В предлагаемом устройстве используются серийные приборы и элементы,что делает возможным его реализацию. Формула изобретения1226170 Зов 05 о ю гзчлвчВЯОлзг 1 ц Составитель Н.Патрахальцев.Техред В.Кадар едактор Н.Данкулич орректоР М.Максимишин Заказ 2116/3 Тираж 778 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рауш