Устройство для измерения мощности цилиндров двигателя внутреннего сгорания

(21) 3634405 (22) 09.08.8 (46) 07.1 (72) В,М. В.Д.Жадин ков 4-10 0.85. Бюл. ФЛившиц, И.П.Дец, В.П.Колин олюбов,и Г.Н.Чир Я АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства(56) Патент США Юд 3823050,кл. С 0 1 М 15/00, 1981.Авторское свидетельство СССРК 601586, кл. С 01 1. 23/07, 1978.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЧ ИЗМЕРЕНИЧМ 01 ЦНОСТИ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, .содержащее датчикчастоты вращения вала двигателя, селектор уровня, датчик синхронизации,блок формирования начала отсчета угловых меток, блок формирования угловых меток и задатчик номера угловойметки, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения в условиях эксплуатации, в него дополнительно введены самообнуляющийся счетчик с регулируемойемкостью, блок синхронизации началаотсчета угловых меток,задатчик угловых меток цикла, формирователь строба, преобразователь частоты следования импульсов в напряжение, сглаживающий фильтр, ключ выделения рабочего хода поршня цилиндра, дифференциатор, инвертор, переключательразгона-выбега, управляющий интегратор, ключ памяти, запоминающее устройство и цифровой вольтметр, приэтом вход ключа выделения рабочегохода поршня цилиндра соединен с вьходом дифференциатора, а выход - с входом инвертора и переключателяразгона-выбега, управляющий входключа выделения рабочего хода поршня цилиндра соединен с выходом формирователя строба, выход переключателя разгона-выбега соединен с сигнальным входом управляющего интегратора, выход которого соединен черезсглаживающий фильтр, ключ памяти изапоминающее устройство с цифровымвольтметром, причем управляющие входьключа памяти и вольтметра соединеныс выходом селектора уровня, управляющий вход самообнуляющегося счетчика с регулируемой емкостью соединенс выходом задатчика угловых метокцикла, первый установочный вход свзан с выходом блока синхронизации начала отсчета угловых меток,второй счетный вход - с датчикомчастоты вращения вала двигателя, первый выход связан с входом интегратора, а второй выход - с сигнальнымвходом блока формирования угловыхметок, управляющий вход которогосвязан с задатчиком номера угловыхметок, а выход - с входом формирователя строба, вход блока синхронизации начала отсчета угловых метоксвязан с выходом блока формирова,ния начала отсчета, вход которого,в свою очередь, соединен с датчикомсынхронизации.1 О 15 20 30 40 50 Изобретение относится к приборостроению и может быть использованодля измерения мощности двигателейвнутреннего сгорания,Целью изобретения является повышение точности измерения в условияхэксплуатации.На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения мощности цилиндров.Устройство содержит датчик 1частоты вращения, выход которого соединен с входом преобразователя 2частоты следования импульсов в напряжение и счетным входом счетчика3 угловых меток цикла, дифференциатор 4, вход которого соединен с выходом преобразователя 2 и входомсгляживя ощего Фильтра 5, а выходсвязан с сигнальным входом линейного ключа 6 выделения ускорения цилиндров, управляющий вход ключа 6соединен с выходом формирователя 7строГа, а выход - с входом инверторя 8 и через переключатель 9 разгона-выбега - с сигнальным входоминтегратора 10 со сбросом, сглаживающий фильтр 11, вход которого соединен с выходом интегратора 10, авыход - с сигнальным входом линейного ключа 12 памяти, селектор 13,сигнальный вход которого связан свыходом Фильтра 5, а выход - с управляющими входами ключа 12 и вольтметра 14, запоминающее устройство 15,вход которого соединен с выходомключа 2, а выход - с сигнальнымвходом измерителя ускорений (вольтметром 14), датчик 16 синхронизации,выход которого соединен с входомблока 17 формирования начала отсчета угловых меток, выход блока 17соединен с сигнальным входом блока18 синхронизации налача отсчетаугловых меток, выход блока 18 соединен с установочным входом счетчика3, управляющий вход счетчика 3 соединен с выходом задатчика 19 угловыхметок цикла, первый выход счетчика3 связан с сигнальным входом блока -20 формирования угловых меток (контролируемого цилиндра), а второйвыход - с управляющим входом интегратора 10 со сбросом, задатчик21 номера угловых меток (контролируемого цилиндра) соединен с.управляющим входом блока 20, формирователь 7 строба соединен с выхо дом блока 20, Селектор 13 уровня содержит управляющий вход 22, а управляющий блок 18 синхронизации начала отсчета угловых меток - управляющий вход 23.Датчик 1 частоты вращения формирует стандартные импульсы, частота появления которых пропорциональна угловой скорости вращения вала И , а количество Й у - углу поворота Ч коленчатого вала двигателя. Последовательность этих импульсов преобразуется в преобразователе 2 частоты следования импульсов в напряжение. Это напряжение дифференцируется дифференциатором 4 и поступает на сигнальный вход линейного ключа 6. Линейный ключ 6 пропускает сигнал на свой выход только в течение действия строба, поступившего на его управляющий вход.Фильтр 5 осуществляет сглаживание (скольэящее усреднение) изменяющейся в разгоне угловой скорости. Время усреднения выбирается примерно равным одному или двум поворотам вала . на 360 в окрестности той частоты вращения, где необходимо оце- нить мощности цилиндров, Селектор 13 уровня непрерывно следит за из - меняющейся в разгоне частотой вращения (усредненной угловой скоростью) и фиксирует момент достижения двигателем заданного значения частотывращения жоп, т.е. формирует импульс для управления ключом 12 па -мяти и вольтметром 14, Инвертор 8 включается переключателем 9 только на выбеге и преобразует отрицательное ускорение в положительное. Интегратор 10 со сбросом осуществляет усреднение (интегрирование) сигнала в течение времени между импульсами, поступающими на его управляющий вход. С поступлением импульса на управляющий вход интеграторобнуляется. Сглаживающий фильтр 11производит дополнительное усреднение сигнала, в том числе сглаживает участки действия управляющихимпульсов. Ключ 12 памяти служит для прекращения подачи на запоминающее устройство 15 сигнала послемомента поступления на его управляю-щий вход импульса с выхода селектора 13 уровня. Запоминающее устройство 15 запоминает среднее значение напряжения, поступающего с выхода ключа 12. Управляющим импульсом с выхода селектора уровня включается в работу вольтметр 14, измеряющий напряжение на выходе устройства 15, которое характеризует уско рение цилиндра и его мощность.Датчик 16 синхронизации формирует один импульс за цикл работы двигателя. Момент появления импульса синхронизации соответствует определенному моменту цикла работы. В качестве датчика 16 может быть использован, например, датчик начала подачи или впрыска топлива в один из цилиндров в дизельных, датчик иск ры зажигания одного из цилиндров в карбюраторных двигателях. Блок 13 формирования начала отсчета угловых меток выделяет передний фронт импульса датчика 16 синхронизации. 20Если на управляющем входе 23 стоит сигнал "0", блок 18 синхронизации пропускает непрерывно импульсы, сформированные в блоке 17, на установочный вход счетчика 3 и устанавливает этими импульсами счетчик 3 в нулевое положение. При поступлении на вход 23 импульсного сигнала "1" блок 18 выделяет передний Фронт этого сигнала, который проходит на установочный вход счетчика 3 для его обнуления. Поступивший вслед за этим импульс с выхода блока 17, который соответствует переднему фронту виброимпульса впрыска, происходит через блок 18 синхронизации для обнуления счетчика 3, Последующие импульсы с выхода блока 17 на счетчик йе проходят, так как вход блока синхронизации заблокирован. 40Блок 17 формирования начала отсчета включает в себя последовательно соединенные пиковый детектор, дифференциатор и Формирователь импульсов (триггер Шмитта). Постоянная времени заряда пикового детектора выбирается из условия неискаженного выделения переднего фронта виброимпульса, а разряда - из условия разряда емкости на 80-90 к моменту прихода 50 следующего виброимпульса от впрыска топлива в тот цилиндр, на котором установлен вибродатчик (в области номинальной частоты вращения). Применение такой схемы блока 17 позво, ляет устранить помехи от впрысков топлива в другие цилиндры и от соударения деталей. Блок 18 синхронизации начала от счета угловых меток представляет собой статический триггер и схему; выделения переднего Фронта, на один вход триггера поступают импульсы с выхода блока 17, на второй вход 23 сигналы "0" или импульсный " 1", которые подаются по команде или оператором с помощью кнопки.Счетчик 3 угловых меток цикла представляет собой самообнуляющийся счетчик. Обнуление его производится при накоплении счетчиком определенного числа импульсов, которое предварительно установлено с помощью эадатчика 19 числа угловых меток цикла. Это число (емкость счетчика) устанавливается в соответствии с удвоенным числом зубьев (угловых меток) на" венце маховика контролируемого двигателя. Независимо от числа подсчитанных счетчиком 3 импульсов его обнуление может проводиться поступившим на установочный вход импульсом с выхода блока 18.Блок 20 Формирования угловых меток представляет собой дешифратор, с выхода которого поступают на формирователь 7 строба цилиндра импульсы, подсчитанные счетчиком 3, которые соответствуют началу и концу рабочего такта контролируемого цилиндра (или ча"ти этого такта). Задатчик 21 номера цилиндра представляет собой коммутатор (переключатель), управляющий работой дешифратора (блока 20).Принцип действия предлагаемого устройства при измерении индикаторной мощности отдельных цилиндров двигателя без их отключения заключается в измерении среднего значения ускорений на участке работы проверяемого двигателя в разгоне, затем в выбеге на этом же участке (или наоборот) и вычитании (алгебраически) второго значения из первого, Для этого с помощью датчика 1 угловой скорости, датчика 16 синхронизации, счетчика 3 угловых меток, блоков 20, 7 Формирования и задатчиков 9 и 21 формируется строб, длительность которого соответствует участку работы контролируемого цилиндра. Этот строб управляет линейным ключом 6, который пропускает на свой выход в течение действия укаэанного строба напряжение, соответствующее мгновенным значениям ускорения. Ускорение, по 11838465 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ступившее на сигнальный вход ключа 6, формируется путем преобразования частоты следования импульсов (угловых меток) датчика 1 в напряжение в преобразователе 2 и его дифференцированием в дифференциаторе 4. В режиме разгона непосредственно, а в режиме выбега через инвертор 8 напряжение с выхода ключа 6 поступает на сигнальный вход интегратора 10 со сбросом и далее через сглаживающий фильтр 11 на сигнальный вход ключа 12 памяти. С помощью интегратора 10 фильтра 11 осуществляется выделение среднего значения ускорения контролируемого цилиндра за цикл работы двигателя. Для оценки мощности цилиндров при заданном скоростном режиме осуществляется скользящее сглаживание (усреднение) выходного напряжения преобразователя 2 с помощью фильтра 5. Сглаженное фильтром 5 напряжение поступает на "игнальный вход селектора 13, на управляющий вход 22 которого подается напряжение, соответствующее требуемому скоростному режиму Й поценки мощности цилиндров. При достижении двигателем угловой скорости акоп с выхода селектора 13 подается на вход ключа 15 памяти импульс, который блокирует вход запоминающего устройства. Оставшееся в запоминающем устройстве 15 напряжение, соответствующее среднему значению ускорения, создаваемого работой контролируемого цилиндра, измеряется вольтметром 14.При измерении мощности двигателя в целом работа устройства аналогична описанному за исключением того, что ключ 6 непрерывно пропускает сигнал.Измерение мощности цилиндра, участок работы которого характеризуется моментом поступления после появления сигнала датчика 16 синхронизации Й у и йу импульсов датн кчика 1 угловой скорости, происходит следующим образом. Перед началом измерения вручную или по команде оператора задатчиком. 19 устанавливается требуемая емкость счетчика 3, а задатчиком 21 - номера импульсов Муи Й , кроме того,кфна вход 22 подается напряжение, соответствующее требуемому значению скорости ю , на входе 23 устаОПнавливается сигнал О , переключатель 9 устанавливается в положениесоответствующее разгону двигателя.Нажатием кнопки или по командеуправляющего устройства диагностической системы на вход 23 блока 18синхронизации подается импульсныйсигнал "1". Передний фронт этогосигнала обнуляет счетчик 3. С приходом импульса синхронизации с датчика 16 блокируется вход блока 18,а передним фронтом этого импульсавновь обнуляется счетчик 3, затемначинается накопление импульсовсчетчиком 3 угловых меток датчика 1. После накопления числа импульсов, равного удвоенному числу зубьев (угловых меток) маховика, счетчик задним фронтом последнего иыпульса самообнуляется и с приходомследующего импульса вновь начинается их накопление. Таким образом,первый импульс, подсчитанный счетчиком, соответствует одному и томуже зубу (угловой метке), следующемунепосредственно за началом впрыскатоплива в цилиндр, на котором установлен датчик 16. Так как вход блока 18 заблокирован, то счетчик 3 непрерывно накапливает импульсы, начиная с указанного первого импульса.Далее в разгоне и выбеге указаннаяугловая метка будет служить опорной,которая определяет выделение предполагаемого интервала работы цилиндра,Затем устанавливают двигательрежима минимальной частоты вращенияхолостого хода и резкой подачей топлива двигатель разгоняется до максимальной угловой скорости.Каждым импульсом с выхода блока17 формирования начала отсчета угловых меток счетчик 3 обнуляется и сприходом вслед за этим первого импульса с датчика 1 угловой скорости счет возобновляется. При накоплении счетчиком числа импульсов,установленного задатчиком 19, последним импульсом счетчик самообнуляется. Независимо от этого обнуление счетчика 3 производится импульсом .с выхода блока 18. Несовпадение этих импульсов, как правило,не превышает интервала между соседними угловыми метками и .при доста10 точном их числе (больше ста) вно - симая погрешность ничтожна. Кроме того, после момента впрыска до момента начала горения газовые силы, характеризующие индикаторную мощность цилиндра, еще не формируют положительного ускорения. В соответствии с установленными задатчиком 21 номерами импульсов/Ч и Му фори к мирователь 7 формирует строб, который открывает ключ 6 на время действия строба, Селектор 13 уровня непрерывно следит за увеличивающейся скоростью двигателя, На сигналь ный вход. ключа 6 непрерывно подается напряжение, соответствующее мгновен. ному значению ускорения коленчатого вала двигателя, а ка управляющий вход этого ключа непрерывно подает ся строб, соответствующий угловому положению рабочего участка контролируемого цилиндра. После сглаживания интегратором 10 и фильтром 11 пропущенного ключом 6 сигнала на 25 входе ключа 12 памяти непрерывно присутствует напряжение, которое соответствует среднему значению ускорения за каждый цикл работы двигателя, вызванного рабочими про- З 0 цессами контролируемого цилиндра на всем протяжении разгона, До момента достижения требуемой угловой скорости ключ 12 открыт и запоминающееустройство 15 непрерывно запо 5 микает подаваемое на его вход напряжение. При достижении угловой скорости М оп селектор 13 уровня срабатывает и формирует на своем выходе сигнал, который, воздействуя 40 на управляющий вход ключа 12.памяти, блокирует его сигнальный вход. Одновременно этим же сигналом включается в работу вольтметр 14, который измеряет напряжение, соответствующее ускорению разгона контролируемого цилиндра.1Затем убирают полностью подачутоплива и аналогично измеряют ускорение на том же участке в режиме выбега, соединив предварительно с помощью переключателя 9 вход интегратора 10 с выходом инвертора 8. Вычтяполученное значение ускорения из измеренного в разгоне, определяют 55ускорение коленчатого вала двигателя, вызванное только процессамигорения и сжатия в контролируемом цилиндре, и определяют по известкаму значению момента инерции мощность цилиндра на частоте Й к . При этом на выбеге в качестве опорной будет та угловая метка, которая следует непосредственно за моментом последнего впрыска топлива в цилиндр.В связи с тем, что на сигнальный вход запоминающего устройства 15 непрерывно подается напряжение, эквивалентное временной зависимости среднего значения ускорения, вызванного работой контролируемого цилиндра в процессе всего разгона или выбега, в отличие от известного в пред. лагаемом устройстве отсутствует необходимость многократного измерения с целью сохранения идентичных условий работы цилиндров па скоростному режиму и расходу топлива. В режиме разгона двигателя импульс впрыска топлива может расширяться и появляются дополнительные всплески, которые могут быть приняты за начало впрыска топлива. Таю как с ростом частоты вращения впрыск топлива смещается в сторону позднего угла и, кроме тога, между моментами впрыска и качала горения еще не создается положительного ускорения коленчатого вала, то с целью повышения помехоустойчивости измерений возможно выделить опорную угловую метку только один раз в стационарном режиме частоты вращения или в начале разгона. В этом 1случае по команде (импульсной "1" на входе 23) или нажатием кнопки первый импульс впрыска проходит через блок 18 синхронизации начала отсчета угловых меток и обнуляет счетчик 3. С приходом первого импульса с датчика 1 частоты вращения счетчик 3 начинает накапливать импульсы, при накоплении счетчиком 3 числа импульсов, заданных задатчиком 19 числа угловых меток цикла, последним импульсом счетчик обнуляется, с приходом следующего импульса с датчика 1 счет возобновляется. Последующие импульсы впрыска с датчика 16 не проходят ка установочный вход счетчика 3, так как его вход заблокирован (по команк 1де 1 на входе 23 статический триг10 1183846 Составитель А.ЗосимовТехред С,Мигунова Корректор Л.Пилипенко Редактор Т.Кугрышева Заказ 6262/42 Тираж 896 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 гер в блоке 18 устанавливается в такое положение, что только первыйимпульс впрыска переворачивает триггер в другое устойчивое состояние ипоследующие импульсы впрыска изменить его не могут).