Способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИЗЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 943550(22) Заявлено 24,03.80 (21) 2898445/25-06с присоединением заявки Мо(23) Приоритет И 1)М,Кп,з 0 01 М 15/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.5 (088.8) Опубликовано 1507,82. Бюллетень Йо 26 Дата опубликования описания 15. 07. 82.Специальное опытное проектно-конструкторакосхехидлогическоф бюро Сибирского отделения Всесоюзной ордена Ленина академиисельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к способами устройствам диагностирования дви. гателей внутреннего сгорания.Известны способы оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, закЛючающиеся в том,что на заданном скоростном режимедвигателя при положении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) подают на свечу зажигания импульсы высокого напряжения, измеряют напряжениепробоя искрового промежутка свечии результаты измерения сравниваютс эталонными значениями (1).В таких способах результат диагностики отягощен ошибкой, связаннойс тем, чторезультат. не связан с внешними атмосферными давлениями.Известны также устройства для осуществления известного способа, содержащие усилитель и индикатор (1).Такие устройства не позволяютповысить точность оценки состояниядвигателя, в связи с отсутствием измерителя атмосферных условий. 25Цель изобретения - повышение точности оценки технического состояния двигателя.Укаэанная цель достигается тем,что дополнительно подают импульсы 30 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.В устройстве указанная цель достигается 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 амплитудно-временным преобразователем, второй выход - с блоком памяти, а третий - с генератором высокого напряжения, датчик напряжения пробоя соединен с усилителем и первым входом схемы управления, второй вход которой связан с датчиком синхронизации.На фиг, 1 изображена структурная схема устройства для осуществленияспособа оценки технологического состояния ДВС; на фиг. 2 - эпюры электрических процессов, поясняющие принцип работы устройства.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательно 5 соединенные датчик 1 напряжения про-боя, усилитель 2, амплитудно-временной преобразователь 3, время-импуль оный преобразователь 4, блок 5 памяти, схему б деления и индикатор 7. 10 Кроме того, устройство содержит датчик 8 синхронизации, схему 9 управления и генератор 10 высокого напряжения, При этом вторые входы ампли" тудно-временного преобразователя 3 15 и блока 5 памяти соединены с первым и вторым выходами схемы 9 управления, третий выход которой подключен к генератору 10 высокого напряжения, выхОд кОтОРОГО через ВысокОВОльтный 20 проводник 11 соединен со свечой 12 зажигания двигателя 13. Вход усилителя 2 и первый вход схемы 9 управле-, ния соединены с выходом датчика 1 напряжения пробоя, а второй вход25 схемы 9 управления соединен .с выходом датчика 8 синхронизации. Кроме того, выход схемы б деления соединен с индикатором 7, а первый вход амплитудно-временного преобразователя 3 - с ,выходом усилителя 2.3 Учитывая, что напряжение пробоя 0 искрового промежутка изменяется ли нейно с некоторым коэффициентом Й взависимости от давления, можно записать Опр( Рсж"=% . илч К=1( 35 п 2есЮ.Коэффициент К показывает во сколько раз давление конца такта сжатиябольше, чем давление начала тактасжатия.40 По величине К можно судить об общем техническом состоянии узлов, влияющих на герметичность камеры сгорания,т,е. по величине К можно судитьо неплотности сопряженных узлов ци линдр - поршень, впускной клапанседло, выпускной клапан - седло. Применяя раэличнЫе комбинации принудительного закрытия и открытия впускных й выпускных окон головки блока, можно в режиме прокручивания двигателя позакону изменения напряжения пробоя в.соответствующих тактах работы двига"теля и его сравнения с величиной Копределить неплотности отдельных узлов, Так например, при закрытыхвыпускных но при открытых впускныхокнах, по закону изменения напряжения пробоя на такте выхлопа и егосравнения с коэффициентом К, можносудить о неплотности узла, выпускной 60 клапан - седло, так как закон изменения напряжения пробоя в этом случаезависит от неплотности узлов цилиндр -поршень и впускной клапан - седло.Аналогично при закрытых впускных и .65 открытых выцускных окнах по закону изУстройство, реализующее предлагаемый способ оценки технического состояния, работает следующим образом,В режиме прокручивания двигателя от стартера или от другого внешнего источника вращения прн 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 дФ, 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 зажигания происходит искровой пробой (Разряд). В основу предлагаемого спо соба оценки технического состояния ДВС положен известный. закон Пашена, согласно которому пробивное напряжение П Пр = й (Р Ь ), где П Р - величина пробивного напряжения; Р - давление Ь - величина искрового промежутка.Следовательно, измерив напряжение пробоя искрового промежутка свечи зажигания в режиме прокручивания в верхней мертвой точке на такте сжатия, получаем выражениепР ( Рмд)у1 где П - напряжение пробоя в верхней мертвой точке на такте.сжатия;Р - давление конца такта сжатия 1Ь - величина искрового промежутка,а в нижней мертвой точке на такте вса сывания, получаемвыражение пР = т(Р Ь ), где О П " напряйение пробоя в нижней мертвой точке .на такте всасывания; Рфф - давление конца такта всасывания или давления начала такта сжатия; д- величина искрового промежутка.Разделив П пР на Оп получаем некоторый козффйциент о-д (Р,)пр д (в ъс)( Рес) Поскольку величина искрового промежутка Ь в данном выражении есть величина постоянная, то ее можно вынести за знак Функции Г,т.е.ОпР д Осж) 1 Рею)менения 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 - пораенье Поскольку Ь остается постоянной, то амплитуда напряжения пробоя пропорциональна давлению Р в камере сгорания ДВС. Известно, что давление Р вкамере сгорания увеличивается на такте сжатия и оно достигает максимумав верхней мертвой точке. Затем давление Р постепенно уменьшается на такте рабочего хода, .а на последующихтактах выпуска и всасывания достигаетатмосферного давления или может быть даже ниже атмосферного. Величина давления, с которого начинается сжатие, соотьетствует давлению конца такта всасывания в области нижней мертвой точки или давлению начала такта сжатияТаким 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 ЗО пробоя повторяет закон изменения давления в камере сгорания, т.е. огиба" ющаяамплитуда А ВС- А н, В, С и и АВС, - АВСнапряжения пробоя в некоторой области соответствует за. 35 кону изменения давления Р в этой же области, Датчик 1; в качестве которого йрнменен обыкновенный емкостной релитель напряжения, выдает напряжения А В, Си т,д.,амплитуда кото-. 4 Ярых пропорциональна амплитуде напряжения пробоя промежутка, а следовательно и давлению в камере сгорания, на вход усилителя 2 и на первый вход схемы 9 управления, 45В 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, поступающим с датчика 8 синхронизации и с датчика 1 напряжения пробоя, формирует импульсы с временными интервалами 611, й 1 - 61 н в области верхней мертвой .точки на такте сжатия и ЬлЬ - и 1 и в области нижней мертвой точки на такте всасывания, которая поступает на второй вход амплитудно-временного преобразователя 3.Временной интервал любого иэ этихимпульсов соответствует генерированию ЮпределенноГо числа импульсов генератора 9 высокого напряжения а в данном конкретном примере это число равно трем импульсам. Так например, за время А генерируются три импульсаА, В, С, эа АС- Ак, Вк, С заЬн-А В, С, соответственно эае1Аи - А В С эа АС А,В, С,и за время аС, - Аи,В,С,. Амплитудно-,временной преобразователь 3 выделяети преобразовывает амплитуды импульсовА В СЛю, ф- АИф Вмф Си и АЛф Вгф С 41 1 . 9А, Вю, С, в пропорциональные длительности. На выходе амплитудно-временного преобразователя 3 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна соответствующим амплитудам напряжения пробоя искрового про"межутка. Далее эти импульсы поступают на вход время-импульсного преобразователя 4, в котором длительностьимпульса преобразовывается в пропорциональное число импульсов в, - в4 ии ю - в. Эти серии импульсов поступают на первый вход блока 5 памяти, на второй вход которого поступают сигналы со схемы 9 управления.Блок 5 памяти управляется таким образом, что сумма всех импульсов серий в - щ поступает в одну ячейкублока 5 памяти, а сумма всех импульсов серии ю - в - во вторую ячейкублока 5 памяти.Таким образом, в первой ячейкеблока 5 памяти накапливается число,импульсов, пропорциональное среднейампЛитуде импульсов. Напряжения пробоя А, В С - Аи В, Си появляются в интервалах времени А - Аг 4 вобласти верхней мертвой точки за и,циклов работы двигателя,Во второй ячейке блока 5 памяти соответственно накапливается число импульсов, пропорциональное средней амплитуде импульсов напряжения пробояА а 1 г1,е 1В, С- Аи, В Сркоторые появляются в интервалах времени А 1Ай в.области нижней мертвой точки1.фна такте всасывания за и циклов работы двигателя, После окончания и-гоцикла работы двигателя содеркимое.первой и второй ячеек блока.5 памяти переносится в схему 6 деления,где производятся операции деления содержимого первой ячейки на содеркимое второй ячейки . В результате операции деления, ьы получаем некоторыйРекоеф 9 ициенг е,. гце Г 1еГегДалее результат частного выдается наиндикатор 7.Коэффициент К показывает во сколько раз средняя амплитуда напряженияпробоя в конце такта сжатия болыиечем средняя амплитуда напряженияпробоя в начале такта сжатия. Поскольку средняя амплитуда пропорциональна среднему давлению, то коэф;фициент К показывает во сколько издавление конца такта сжатия больше, чем давление начала такта сжатия. Следовательно по величине коэффициента К можно судить о техническом состоянии ДВС, поскольку при хорошем техническом состоянии коэффициент К должен быть в пределах сжатия данного типа двигателя, Следует отметить, ,что в качестве датчика 8 синхронизации можно испольэовать также угловые Метки, например. сигналы от зубьев 1 О маховика, при этом генератором 10 высокого напряжения следует. Упранлять синхронно со скоростью вращения двигателя 13 и запускать от угловых меток. При этом усреднение амплитуд 5 напряжения пробоя производится в определенном угловом интервале по циклу работы двигателя 13.Предлагаемое устройство может работать и н другом режиме, при кото ром усилитель выполняет кроме операции усиления по мощности еще следующие операции: выделение огибающей амплитуды напряжеиия пробоя-функции Р; выделение маконмальной амплитУды 25 огибающей и выдавение минимальной амплитуды огибающей.Далеее производится преобразование максимальной к минимальной амплитуд.огибающей в пропорциональную длительность в амплитудно-временном прейбразонателе. В время-импульсном преобразователе 4 эти длительности импульсов преобразовываются в пропорциональное число импульсов, которые накапливаются в блоке 5 памяти, Причем, в первой ячейке памяти накапливается число импульсов, пропорциональное средней максимальной амплитуде огибающей, а но второй ячейке - число импульсов, пропорциональное сред ней минимальной амплитуде огибающей за и циклов работы двигателя. По окончании и цикла в схеме б деления производится операция деления содержимого первой и второй ячеек 5 па мяти; 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 степенкфсжатия двигателя.55Предлагаемое устройство Может также работать в режиме, когда в блоке 5 памяти выделяется полный цикл огибающей в виде дискретных .значений. При этом каждое дискретное значение получают путем усреднения по множеству амплитуд. напряжения пробоя в заданной фазе цикла работы двигателя эа и циклов работы двигателя. Блок б вычисленкя по определенному алгоритму проводит обработку значений огибающей амплитуд напряжения пробоя, на основании которого судят о техническом состоянии двигателя.Формула изобретения1. Способ оценки технического состояния двигатех:я ннутреннего сгора-. ния, 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 искровОго промежутка и результаты измерения сравнивают с эталонными значениями, о т л и ч а ю щ к й с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно подают импульсы высокого напряжения и измеряют напряжение пробоя при положении поршня вблизи нижней мертвой точки, причем импульсы подают многократно с заданной частотой, а за-. данный скоростной режим обеспечивают прокручиванием вала двигателя и в качестве результатов измерений принимают отношения напряжений пробоя.2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее усилитель и индикатор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в него введены амплитудно-временной преобразователь, время-импульсный преобразователь, блок памяти, схема деления, соеди" ненные 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 амплитудно-временным преобразователем,второй выход - с блоком памяти, а третий - с генератором высокого напряжения, датчик напряжения пробоя соединен с усилителем и первым входом схемы управления, второй вход которой связан с датчиком синхронизации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3943795,кл, 3-119, опублик. 1977.943550 оставитель ехредМ. Ре Патрахалс Редакто орректор Е. Рою арФенов каз 5095/4 Тираж 887ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. писн 5 илиал ППП фПатентф, Г. Ужгород, ул. Проектная, 4