Устройство для индицирования двигателя внутреннего сгорания

(53) УДК 621,431280 07,1230. Бюллете аиия описания 0 531,. 78 (088. вта опублино,С,Гуткин, В ,Е,Магер, В. Комовск ий, 3, А, Кудряшов, Е. С, Левшина Оисейченко,П,В,НОвицкий и С,С.Сокол Ленинградский ордена Ленина политехнический инстит имени М, ИКалинина 71) Заяви 54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИНДИЦИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯпри ОРШ. м являю малы икатор х зада узк Изобретение относится к облаинформационно-измерительной техи может найти широкое применениеразработке и усовершенствовании игневых машин, двигателей внутреннегосгорания, компрессоров и т,д,Известны устройства для индицирования двигателей внутреннего сгорания содержащие датчик параметра сформирсвателем и датчик угла поворота вала, усилитель, счетчики метоки выборок, формирователь, ключ режима,триггер управления, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), аналогово-цифровой преобразователь (АУП),усилитель-согласователь, транскритор,и регистратор, причем датчик параетра через усилитель связан с АЗУ,на другом входе которого включенсчетчик меток, а на выходе через 2последоваТельно соединенные усилитель-согласователь итранскриторрегистратор, при этом формировательимпульсов соединен параллельно стриггером управления, счетчиком ме-. 2ток и счетчиком выборок, которыйсоединен также с триггером управления 1,Недостатком инд а тсяий круг решаемы ч й 3 диапазон рабочих скоростей машиныиэ-за отсутствия согласования быстродействия регитсратора со скоростьювращения коленвала. слржнос-шифратора. особенно прн увеличен.,;числа градиций па углу," избытс .настьинформации об измеряемой величинепри значениях угла поворот- ксленвала из области нижней мертвой точи:низкая тОчнОсть измерений в режименасОсных ходоваЦелью изобретения является обеспе"чение воэможности индикации пара-метров в широком диапазоне скоростных режимов и на заданном участкехода поршня,Укаэанная цель достигается тем,что устройство дополнительно содержитпервую и вторую схемы задержки,схему вычитания единицы, схему И итриггер пересчета, причем разрешающий выход регистратора соединен с егоуправляющим входом через последовательно соединенные схемы задержки,первая из которых включена междусчетчиком меток и АЦП другой выходрегистратора через последовательносоединенные схему вычитания единипыи триггер пересчета соединен со счетчиком меток, триггер управления полключен к одному иэ входов схемы И,другой вход которой связан с датчикомугла, а выход - со схемой вычитанияединицы, Кроме того, в устройстводополнительно введены селектор верхней мертвой точки, включенный междудатчиком угла и ключом режима, испусковое устройство, входы которогосоединены с выходом ключа режима,датчиком угла и триггером управления,а выход - с третьим входом схемы И,В устройство, кроме того, введенусилитель-ограничитель и ключ масштаба, включенные последовательно междудатчиком параметра и АЗУ, причемключ масштаба связан также с усилителем.На Фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - схема временных сигналов,Датчик 1 содержит на оси коленвала диск с метками угла в виде,например, радиальных щелей, а с двухсторон диска установлена фотопара(светодиод и фотодиод), Сигнал сфотодиода поступает на фотоэлектрический преобразователь 2 угла псворота,Фотоэлектрический преобразователь2 содержит три фотопары и осуществляет формирование трех последовательностей импульсов: импульсов верхнеймертвой точки (ВМТ) импульсов нижнеймертвой точки (НМТ) и рабочих импульсов (метки угла) (Фиг, 2).В рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания (ДВС) вмонтированпъезоэлектрический датчик давления 3,выходной сигнал которого через ключмасштаба 4 поступает на вход усилителя 5 пъеэотоков и усилителяограничителя б насосных ходов. Выходное напряжение усилителя 5 пъеэотоков, пропорциональное величине давления в цилиндре поступает на аналоговое запоминающее устройство 7 (АЗУ),которое осуществляет выборку мгновенных значений измеряемого давленияв соответствии с сигналами с устройства управления, Формируемыми поуправляющим импульсам поворота коленвала, Выход АЗУ соединен со входоманалого-цифрового преобразователя 8(АЦП), цифровой выход которого черезусилитель-согласователь 9 и транскриптор 10 поступает на вход регистратора 11, например, перфоратора.Работа АЗУ, АБП и перфоратораосуществляется выходными импульсамиуправлрющего устройства, Управляющее устройство предлагаемого индикатора рабочих процессов в поршневыхмашинах позволяет в отличие от аналогов, исследовать рабочие процессыс различными периодами рабочихциклов, например, в компрессорах спериодом 360 ф угла поворота коленвала или с периодом 720 О угла поворота в ДВС или дизелях, причем в последнем случае характеризуетсявозможностью селективного исследования ходов рабочего цикла: рабочегоили насосного хода с соответствующимизменением параметров устройства.индицирования, С этой целью на вход.ную ячейку И 12-управляющего устройства поступают импульсы угла поворота коленвала, а также импульсыНМТ через спусковое устройство 13и импульсы,ВМТ через селектор ВМТ 14,ключ 15 режима и спускойое устройство 13, Выход ячейки И через схему16 вычета единицы и триггер 17 пересчета соединен со входом счетчика 18меток. Выход счетчика 18 соединен с1 управляющим входом 7 АЗУ через первую схему 19 задержки соединен суправляющим входом 8 АЦП и черезвторую схему задержки 20 соединенс управляющим входом перфоратора20 11 (ПЛ) . Импульсный выход перфоратора соединен со входом счетчика21 импульсов выборок и с управляющим входом схемы 16 вычитания единицы,5 Вход Формирователя импульсов 22соединен с кнопками Начальнаяустановка и Пуск и выходимпульсов "Начальная установкасоединен с установочными входамиЗ схемы 16 вычета единицы, счетчика 18меток угла, счетчика 21 импульсоввыборок и триггера управления 23,Выход импульса Пуск формирователя22 соединен с управляющим входомтриггера 23 управления,Работа устройства осуществляетсяследующим образом,Исходно ключ 4 масштаба давленияи ключ 15 режима синхронно устанав 4 О ливаются в требуемое положение арабочий ход или б - насосныйход. НажатиеМ кнопки Начальнаяустановка Формирователь 22 выдаетимпульс Начальная установка, покоторому счетчики 18 и 21, схема 16вычитания единицы и триггер 23 устанавливаются в исходные состояния,при которых счетчик, 18 полностью заполнен, счетчик 21 сброшен в ноль,.а с триггера 23 поступают на вход.спускового устройства 13 и схему И12 запрещающие сигналы, в результате чего на счетчик 18 не поступаютимпульсы меток угла, После нажатиякнопки Пуск формирователь 2255 выдает импульс пуска на триггер 23,который устанавливается в положение,разрешающее работу спускового устройства и прохождение импульсов метокугла через схему И 12, СпусковоеО устройство 13 воспринимает первыйимпульс ВМТ, отсчитывает от негоследующий по времени импульс НМТ,и в этот момент открывается схемаИ 12, позволяющая импульсам метокугла проходить через схему 16 итриггер пересчета 17 на счетчик 18меток угла.Первый же импульс после НМТпереполняет счетчик 18, и выходнойсигнал его (перепад 0является запускающим для АЗУ, которое осуществляет точечную выборкуиз сигнала П(Р) давления.Напряжение О (Р) хранится в АЗУи с помощью АЦП 8 преобразуется нкод, Для этого через время задержкиФормируемое первой схемой 19 эадержки и необходимое для занершения процесса выборки АЗУ, дается схемой 19импульс запуска на АЦПв течениенремени осуществляет преобразование,напряженияР н цйфровой код,кото-,1рйй требуется зарегистрировать наперфоленте. Для этого через времязадержки необходимое для срабатыванияАЦП и формируемое второй схемой 20задержки, последней выдается импульс запуска на пЕрфоратор 11.После того, как перфоратор 11 закончил регистрацию первого значениянапряжения Ц (Р) давления, он ныдает импульс вычитания на схему16, Схема 16 фвыбивает один импульс иэ последовательности импульсов отметок угла поворота и возвращается в исходное состояние. Крометого, на вход счетчика 21 поступаетпервый импульс выборки.Таким образом, происходит сдвигпо Фазе сигнала на выходе счетчика18, то есть импульса запуска АЗУ,по отношению к отметкам ВМТ и НМТ,АЗу будет выбирать теперь иэ сигнала З 5(Р) следующее второе значение П(Р),Измерение второго значения давления,задерживается на время, необходимое для завершения регистрации егозначения перфоратором, Это обеспечивается запрещающим сигналом с выхода перфоратора, пока идет процессрегистрации, на схему 19, по которому запрещается прохождение импульсов запуска на АЦП,Когда процесс регистрации закончен с выхода перфоратора на схему 19поступает сигнал, разрешающий зацуск АЦП, второй счетный импульсвыборки на счетчик 21 и сигнал насхему 16 .нычитания единицы, т.е.50производится сдвиг на.следующуютретью точку и т.д. После того, какбудет зарегистрирован полный периоддайления, т.е. осуществлены все выборки давления, число которых определяется числом меток угла на диске,т.е. коэфФициентом деления счетчиКа21, выходной сигнал 21 (перепад0 - 1) опрокидывает триггер 23, при этом импульсы меток углаповорота перестают поступать на счетчик 18, и процесс измерения и регистрации останавливается.Для возобновления цикла работысистемы необходимо нажимать последовательно кнопки Начальная установка и Пуск,при этом ключи масштаба 4 и хода 15 должны находитьсяв требуемом положении (рабочий илинасосный) .Переключатель может быть какручным, так и автоматическим,Предлагаемое устройство скомплектовано из стандартных блоков. Так,в качестве АЦП, усилителя-согласователя и транскриптора использованыблоки информационно-измерительнойсистемы промышленного назначениятипа К 200, Это АЦП Ф 203, транскриптор Ф 253, усилитель-согласователь Ф 270. В качестве регистратора использован перфоратор типа ПЛ.Давление в камере сгорания измеряется с помощью пъезокварцевыхдатчиков давления ЦНИДИ с номинальнойчувствительностью 0,2 10 %о/Па, Разработаны усилители пъеэотоков 5 и 6с номинальной чувст(вительностью 80 310В/Кл и Б = 3 109 В/Кл, Ониобеспечивают два режима - записи иконтроля всей диаграммы (рабочийход) - усилитель 5 или увеличеннойв 10 раэ ее нижней части (насосныехода) " усилитель 6,Анализ исследований рабочих процессов в поршневых машинах, проводимых как у нас в стране, таки эа рубежом, покаэынает, что для измерений теплоэнергетических параметровмашин с погрешностью порядка 1 в . 2дискретизация по углу поворота коленвала должна быть не более одногоградуса, что соответствует 360 значениям в цикле, например,.температуры н рабочей полости компрессораили 720 значениям давлений в цилинд"ре ДВС в полном цикле.Априорные сведения об исследуемомпроцессе давления показывают, что нрабочем ходе поршня имеется явновыраженный пик давления в областиВМТ, т.е. участок с большой производной, который не превышает 90 О поворота коленвала и расположен не более,чем эа 30 ф до ВМТ и 60 после ВМТ,Именно на этом участке требуетсяизмерять исследуемый сигнал давления(температуры) с минимальным шагом поуглу не более 1 О . На остальной частиинформационного периода (рабочегохода 270 ф) давление изменяется плавнов небольших пределах. Чтобы нЕ вносить избыточности в результаты измерений, достаточно при заданной точности (1 + 2) производить измерения с шагом по углу не менее 10т.е. адаптироваться к характеру изменения исследуемого процесса. Такуюадаптацию коленвала проиэнодят нанесением соответствующих меток (прорезей)в диске (фиг.1 или 2),что и осуществлено в предлагаемом устройстве.Преимущества данного устройства очевидны,так как вместо 360 точек регистрируются 117 точек, при этом н три раза уменьшается время измерения, во столько же раз экономится перфолента при сохранении той же точности измерения. К тому же и аппаратура несколько упрощается за счет меньшей емкости счетчиков (18-и 21) .Исследуемые процессы в ДВС носят периодический характер, с периодом, равным двум оборотам коленвала, т.е, 720 , причем наиболее интересный рабочий ход поршня, на который приходится пик давления, составляет1 О 360 ф (фиг. 2), Вторую половину цикла составляет насосный ход, В процессе исследований наибольший интерес представляет именно рабочий ход, В предлагаемом устройстве осуществляет ся избирательность режима измерения вручную или автоматически с помощью соответствующих ключей 4 и 15 (фиг,1) и простейшего усовершенствования путем введения пересчетного триггера 2 О 17 на входе счетчика 18 импульсов меток угла с коэффициентом деления К: =117.Выбор рабочего хода в качестве информативного обеспечивается с помощью селектора ВМТ, 25 Для регистрации рабочего ходанужно выделить ВМТ насосного хода и начать измерение со следующейпо времени метки НМТ, Для регистрации насосного хода нужно выделить ВМТ рабочего хода (по большомууровню давления) и начать измерение с НМТ,33Сказанное выае осуществляется спомощью селектора. ВМТ 14, ключа 15,спускового устройства 13 и схемИ 12 (фиг, 1). На насосных ходахуровень давления существенно меньше40, пика давления более, чем н 10 разПоэтому при регистрации давления насосных ходов для обеспечения ныходного сигнала пъезоусилителя,. соизмеримого с нормальным входным напряжением АЦП, пъезоусилитель б имеет 45коэФфициент усиления в 10 раз вышеноминальной чувствительности усилителя 5, В этом режиме рабочий ходне квляется информативным и пъеэоусилитель 6 работает в режиме огра Оничения пика давления,В процессе разработки поршневых машин исследования их проводятсяв широком диапазоне скоростей вращения коленвала двигателя, по крайней мере 300 + 3500 об/мин При использовании перфоратора ПЛ. на номинальной скорости вращения двигателя время регистрации определяется быстродействием перфоратора, При малых скоростях вращения коленвала двигателя, время регистра.ции обуславливается уже скоростью двигателя, Для обеспечения устойчивой работы устрой ства на разных скоростях вращения коленнала управляющий импульсный выход перфоратора ссединен с управляющим входом схемы задержки 19 пуска АЦ 17. Таким образом, при скорости регистрации перфоратора ПЛ-150 строк/сек, нремя регистрации 5-ти разрядного числа составляет не более 70 мс, и время регистрации одного цикла составляет порядка 45 с при скорости двигателя 300 об/мин, при этом произвоцится выборка точек из 117 информационных периодов, При скорости двигателя 3500 об/мин время регистрации составляет порядка 8 с и ныборка точек проиэводится из 34 информационных периодов, поскольку перфоратор на успевает работать в темпе работь; двигателя,При исследовании многоцилиндроныхдвигателей (дизелей), для индицирования процессов н каждом цилиндре фотодатчик устанавливается на червячномколесе, которое с помощью червячнойпередачи поворачивается относительнодиска с метками угла, жестко установленного на коленвале двигателя,что позволяет использовать один Фотодатчик угла, Таким образом, фотодатчик может быть точно совмещен с положением ВМТ любого иэ цилиндровдвигателя, После выставки.фотодатчикачервячное колесо жестко стопорится,Малс=. время регистрации индикаторной диаграммы (8 сек при номинальныхоборотах) позволяет в течение сраннительно короткого интервала времени(2-5 минут) зарегистрировать десятоки более ийдикаторных диаграмм, чтопозволяет с помощью ЭВМ осуществитьстатическую обработку результатовизмерения и получить наиболее достоверные характеристики рабочего процесса поршневой машины,Предлагаемое устройство исключаетизбыточную информацию и позволяетбеэ потери точности экономить машинноевремя на обработку информации и,по меньшей мере в три раза уменьшитьпотребление носителя информации(перфоленты) и в три раза выигоатьв быстродействии подобных устройствс перфоратором в качестве регистратора,Формула изобретенияУстройство для индицирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик параметра с форми-. рователем и датчик угла поворота нала, усилитель, счетчики меток и выборок, формирователь, ключ режима, триггер управления, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), усилитель-сбгласонатель транскрип- тор и регистратор, причем датчик параметра через усилитель связан с9 785665 лроиолФсР цг.1 УпраАЮю АЗУ, на другом входе которого включен счетчик меток, а на выходе через последовательно соединенные усилитель-согласователь и транскриптор-регистратор, при этом формирователь импульсов соединен параллельнос триггером управления, счетчикомметок и счетчиком выборок, которыйсоединен также с триггером управления, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью индикации параметров в широком диапазоне скоростныхрежимов и на заданном участке ходапоршня, устройство дополнительносодержит первую и вторую схемы задержки, схему вычитания единицы,схему И и триггер пересчета, причемразрешающий выход регистратора соединен с его управляющим входом через последовательно соединенныесхемы задержки, первая из которыхвключена между счетчиком меток иАЦП, другой выход регистратора через последовательно соединенныесхему вычитания единицы и триггер пересчета соединен со счетчиком меток, триггер управления подключен кодному из входов схемы И, другой входкоторой связан с датчиком угла, авыход - со схемой вычитания единицы.2, устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, в негодополнительно введены селектор верхней мертвой точки, включенный междудатчиком угла и ключом режима, нспусковое устройство, входы которогоО соединены с выходом ключа режима,датчиком угла и триггером управления,а выход - с третьим входом схемы И,3, Устройство по п,п. 1 и 2,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что внего дополнительно введен усилительограничитель и ключ масштаба, включенные последовательно между датччком параметра и АЗУ причем клю-.масштаба связан также с усилителем,20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Иоог 1 есЪпзсЬе ге 1 Сзспг 111,1975, 36, Р 2, с; 33-38,785665 нит Мпгуафа и(,о) Составитель Н. Патрахальцеведактор Т. Глазова Техред Н,Ковалева Макаренко Корректс Заказ 8 Подписи иал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Фф бар) 9143 Тираж ВЧИИПИ Государст по делам изобр113035, Москва, Ж 019енного комитета СССРтений и открытий5, Раушская наб д, 4/