Устройство для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ы, 1815 51)5 6 01 М САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕД(ГМСТВО СССР(22) 02.04.91 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Вологодский политехнический институт (72) Г,И,Шаров, С,Б.Ябко и А.В.Лученко (56) Дьяченко Н.Х., Пугачев Б.П., Русинов Р,В. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1974. 552 с. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ КРИВОЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Устройство содержит датчик 2 давления, датчики 3 и 4 температуры газа и стенки цилиндра, усилители сигналов 5, 9 и 17, диф.ференцирующие цепочки 7 и 11, перемножающие схемы 6, 8, 12 и 15, сравнивающий блок 14, функциональный генератор, выполненный в виде двух магнитных барабанов 19 и 20, жестко связанных с коленчатым валом двигателя, потенциометры 18, 21, 22, резисторы 13, 16, 23, 24 и осциллограф 10. Устройство позволяет повысить точность измерений путем учета потерь теплоты в окружающую среду и потерь теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано длярегистрации тепловыделения в цилиндрахдвигателей внутреннего сгорания и компрессоров, 5Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно, учетпотерь теплоты в охлаждающую среду и потерь теплоты в следствии диссоциаии продуктов сгорания и путем этого повышение "0точности.Указанная цель достигается тем, что вустройство для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутрен-.него сгорания, содержащие датчикдавления, усилитель, дифференцирующуюцепочку, первую и вторую перемножающиесхемы, первый и второй резисторы, первыйи второй потенциометры, осциллограф ифункциональный генератор сигналов положения поршня, причем осциллограф параллельно соединен с первой перемножающейсхемой через первый резистор и с второйперемножающей схемой через второй резистор, датчик через усилитель подключен к 25первой перемножающей схеме непосредственно и ко второй схеме - через дифференцирующую цепочку, а функциональныйгенератор выполнен в виде первого и второго магнитных барабанов, причем одноимен- З 0ные потенциометры включены в связисоответствующих барабанов с перемножающими схемами, дополнительно включеныдатчики температуры стенок цилиндра, установленного на стенке цилиндра и датчик З 5температуры газа, установленного в цилиндре двигателя, датчик температуры стенкипоследовательно соединен с вторым магнитным барабаном через последовательносоединенные и дополнительно установленные усилитель, сравнивающий блок, перемножающую схему и потенциометр, адатчик температуры газа снабжен усилителем электрического сигнала, один выход которого соединен с входом осциллографа 45через дополнительно установленные дифференцирующую цепочку, перемножающу:.схему и резистор, а второй выход усилителясоединен с входом осциллографа черезсравнивающий блок, перемножающую схему и дополнительный резистор. Сопоставительный анализ с прототипом показывают,что заявляемое устройство отличается тем,что в нем учитывается потеря теплотывследствие теплопередачи в охлаждающуюсреду и потеря теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания,Уравнение первого закона термодина."мики для процессов, не сопровожддюгцихг яхимическими реакциями имеют видбг 1 = бЮ + РбЧ " б ч а " бчл.н. (1) де й - газовая постоянная;К - показатель адиабаты.О-нося уравнение (1) к изменению углаповорота кривошипа двигателя и с учетомуравнения(2), получаем:- : ч - -+р" )+ба 1( - 1 1 ба ба 1 б Оа + 1 б Од.н.М ба М оа где М - масса газа в цилиндре;Ч - обьем цилиндра при повороте кривошипа на угол,С учетом того, что О = цМ, получим б Ом б Одн. ба ба(4) Для центрального кривошипно-шатунного механизма изменения обьема цилиндра связано с узлом поворота кривошипа уравнением бЧ = Гй(зп а + - зго 2 а )б а, (5)Л.2 где Г - площадь поршня;й - радиус кривошипа;Л - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.Объем цилиндра при данном угле поворога кривошипа описываегся уравнением где бя - элементарное количество тепла, отнесенное к 1 кг рабочего тела,бО - соответствующее изменение внутренней энергии;Р - давление;бЧ - соответствующее изменение удельного обьема;б о в- потеря теплоты в следствие теплопередачи в охлаждающую среду;бцд,н, - потеря теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания и от недогорания.Изменение внутренней энергии может быть представлено в видеЧ= ЕВ(1 - соз а + - з 1 и а ) (6)Л2При определении скорости потерьэнергии вследствие теплопередачи от газовк стенкам по формуле 5 бОщ Ех с 1 ( )3600 6 где Ех - текущая поверхность теплообмена между газом и стенками цилиндра;Т со - средняя температура стенок со стороны газов;Т - температура газа;а г - коэффициент теплопередачи от газов к стенкам;и - частота вращения коленчатого вала.Площадь теплообмена между газом и стенками цилиндра при данном угле поворота кривошипа описывается уравнением Ех= л ОВ(1 - соза + - з 1 и а ) (8)Л2 где О - диаметр цилиндра;В - радиус кривошипа,Тогда уравнение (7) с учетом (8) перепи- шется Л, 6 о в лов(1 - 0:ва+.2 зг а) аа а (т т ) з 6 ОО 635Величина потерь теплоты вследствиедиссоциации продуктов сгорания можетбыть определена по формуле Нэ основании полученной формулы возможно регистрация кривой тепловыделения по углу поворота коленчатого вала. А составляющая этого уравненияа,(Т - Т а )л РВ ( 1 - соз а + - з 1 и аЛ г2 + дТ3600 6 п дапозволяет учитывать потери теплоты в охлаждающую среду и потери теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания. Эта регистрация объективна на участке такта сжатия, так кэк только в этом случае показатель адиабаты К изменяется незначительно и это изменение слабо сказывается нэ полученных результатах.(1.Сказанное выше поясняется чергежом, на котором представлена схема устройства для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания,Устройство содержит цилиндр двигателя 1 на котором установлены датчики давления, датчик 3 температуры газа и датчик 4 температуры стенок со стороны газов. Датчик 2 давления через усилитель 5 подключен к первой перемножающей схеме 6 непосредственно и ко второй схеме 8 - через дифференцирующую цепочку 7; Датчик температуры газа 3 снабжен усилителем 9, один выход которого соединен с входом осциллографа 10 через дифференцирующую цепочку 11, перемножающую схему 12 и резистор 13, а второй выход соединен с входом осциллографа через сравнивающий блок 14. перемножающую схему 15 и резистор 16, Датчик 4 температуры стенки последовательно соединен через усилитель 13, сравнивающий блок 14, перемножэющую схему 15 и потенциометр 18, в который вводитсяалО В постоянный коэффициент 3600 б с3600 б и вторым магнитным барабаном 19 функционального генератора. Функциональный генератор выполнен в виде двух магнитных барабанов жестко связанных с валом двигателя и на которых записаны функциир 1(а =з 1 и а + - з 1 и аЛ г2и фг(а)=1 - соз а + - з 1 и аЛ2первый магнитный барабан 20 связан с помощью первого потенциометра 21, в который вводится постоянно коэффициентЕВ с вторым входом перемножэю 1815606щей схеме 6 и второй магнитный барабан 19 связан с помощью потенциометра 22 в который вводится постоянный коэффициент ГЙ с вторым входом перемножающей схемы 8 и через потенциометр 18 с перемножающей схемой 15. Осциллограф 10 параллельно соединен с перемножающей схемой 8 через резистор 23, с перемножающей схемой 6 через резистор 24, с перемножающей схемой 12 через резистор 13 и с перемножающей схемой 15 через резистор 16.Дифференцирующие цепочки и перемножающие схемы могут быть легко реализованы на операционных усилителях типа 1 УТ 401.Устройство работает следующим образом,Одновременно датчик давления 2 и датчики температуры 3 и 4 генерируют сигналы. Сигнал давления газа, в цилиндре, датчиком 2 поевращается в электрический аналог= Р ( и ), который усиливается в усилители 5 и поступает на вход первой перемножающей схемы поступает с первого магнитного барабана 20 сигналр 1( а )=зи а + - зи а22умноженный с помощью первого потенциометра 21 на коэффициент.Таким образом, с выхода перемножающей схеме 6 на резистор 24 поступает сигнал 1 ЕВР ( зпа+ - зп 2 а) ) Одновременно сигнал давления поступает на вход дифференцирующей цепочки 7, затем на вторую перемножающую схему 8 и через резистор 23 попадает на осциллограф 10, При этом на схему поступает также сигнал- Гй(1 - соза+ - зи а) Л 1 - 1 2 от второго потенциометра 22 И второго барабана 19, который выдает сигналр 2( а ) = 1- соз а+ - зи а )Л2Сигнал температуры газа в цилиндре, датчиком 3 превращается в электрический аналог= Т( а ), который усиливается в усилителе 9 и поступает на сравнивающий блок 14. На который также идет сигнал от датчика температуры стенки 4, превращенный им в электрический аналог= Т ( а ) и усиленный усилителем 17.С сравнивающего блока 14 разница двух сигналов (Т - Т в ) поступает на вход третьей перемножэющей схемы 15. На второй вход схемы 15 поступает от второго маг нитного барабана 19 сигнал у 2( а )=1 - соз а + - зи а Л г 2 10 умноженный с помощью потенциометра 18а,л Ой на коэффициент 3600 6Таким образом, с выхода перемножающей схемы 15 нэ резистор 16 поступает сиг нал3600 6 п 20 (1 - соз а+ - зи а ) Л 2 Одновременно сигнал температуры газа поступает на вход дифференцирующей 25 цепочки 11, затем умноженный с помощью перемножающей схемы 12 на коэффициент А через резистор 13 попадает на осциллограф. Таким образом, на осциллограф поступает сигнал 30РВ 2 К - 1 КР(зи а + - зи а )+(1 -2 соз а + - зи а) + Л 2 сР 2 ба 35+а (Т - Т в) лРЯ(1 - соза+ - зи а) Л г 2 бТ 3600 б и ба по которому производится регистрация кривой тепловыделения в цилиндре ДВС.Для того, чтобы определить параметры характеристики тепловыделения необходимо произвести инициирование двигателя с последующей обработкой индикаторной диаграммы на характеристику тепловыделения. Предлагаемое устройство для определения параметров характеристик тепловыделения непосредственно на работающем двигателе производят снизить трудоемкость работ по определению параметров характеристики тепловыделения примерно в 10 раз, что позволяетопера тивно получать информацию о влиянии режима работы двигателя на параметры характеристик тепловыделения, таким образом использование заявляемого изобретения позволит существенно (не менее чем в 10 раз) снизить трудоемкость ра1815606 30 Составитель Г.ШаровТехред М,Моргентал Корректор М.Ткач Редактор Заказ 1634 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 бот, а точность измерения, позволит улучшить доводку рабочего процесса двигателя по топливной зкономичнсоти, уровню шумности от рабочего процесса и по уровню дымности отработавших газов,Формула изобретения Устройство для регистрации кривой тепловыделения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. содержащее датчик давления, усилитель, дифференцирующую цепочку, две перемножэющие схемы, два резистора, два потенциометра, осциллограф и функциональный генератор сигналов положения поршня, причем осциллограф соединен с первой перемножающей схемой через первый резистор и с второй перемножающей схемой через второй резистор, датчик давления подключен к первой перемножающей схеме через усилитель и ко второй перемножающей схеме - через усилитель и дифференцирующую цепочку, а функциональный генератор выполнен в виде двух магнитных барабанов, причем потенциометры включены между барабанами и перемножающими схемами, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрации путем учета потерь теплоты в охлаждающуюся среду и потерь теплоты вследствие диссоциации продуктов сгорания, устройство дополнительно снабжено датчиком температуры стенок цилиндра, датчиком температуры газа, 5 установленным в цилиндре двигателя, двумядополнительными усилителями, блоком сравнения, двумя дополнительными перемножающими схемами, третьим потенциометром, дополнительной диффе ренцирующей цепью 10 и двумя дополнительными резисторами, причем датчик температуры стенки соединен с одним из магнитных барабанов через последовательно соединенные первый дополнительный усилитель, сравнивающий блок, 15 первую дополнительную перемножающуюсхему и третий потенциометр, датчик температуры газа соединен с входом второго дополнительного усилителя, один выход которого подключен к входу осциллогра фа через последовательно соединенныедополнительную дифференцирующую цепочку, вторую дополнительную перемножающую схему и первый дополнительный резистор, другой выход 25 подключен к входу осциллографа черезсравнивающий блок, первую дополнительную перемножающую схему и второй дополнительный резистор,