Устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

Союз СоветскикСоциапистическикРеспублик ОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АЗОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУалинннградский технический инстит 1) Заявительф Уи хозяйства(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОЧЕ ПРОЦЕССА В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Изобретение относится к средствам контроля параметров поршневых машин и может быть использовано на транспорте или в других отраслях народного хозяйства, где используются двигатели внутреннего сгорания.Известны устройства для контроля рабочего процесса в шцптндре двигателя, содержащие датчики угла поворота коленчатого вала верхней мертвой точки и нижней мертвой точки (ВМТ) и (НМТ) с формирователями импульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубку с переменным р зистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, выполненную в виде датчика давления, усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, элект. ронного переключателя, фильтра нижних частот и индикагора, соединенных последовательно, причем, выход формироватьля импульсов датчика угла поворота коленчатого вала связан через широтно- импульсный модулятор с амплитудным 2модулятором, выходы формирователей импульсов датчиков ВМТ и НМТ связаны с входами электронного переключателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена на выходе усилителя Г 13. Недостатком этого устройства является отсутствие воэможности крупномасштабного просмотра отдельных участковиндикаторной диаграммы, что снижаетфункциональные возможности устройства.Целью изобретения является расширенифункциональных воэможностей устройствапутем крупномасштабного просмотра отдельных участков индикаторной диаграммы.ща Поставленная цель достигается тем,что в устройство для контроля рабочегопроцесса в цилиндре, преимущественнодвигателя внутреннего сгорания, содержащее датчики угла поворота коленча1002850 подсоединен непосредственно и через иивертор 11 к электронному переключателю 12, выход которого через фильтрнижних частот 13 соединен с индикатьром 14. Выход формирователя б подсоединен к одному из входов элемента И 15и через широтно-импульсный модулятор 16к управляющему входу модулятора 9. Квторому входу элемента И 15 подключенвыход триггера 17, один вход которогос управляющим входом электронного переключателя 12, второй управляющийвход которого соединен с формирователем 7.Выход элемента.И 15 подсоединен к 5 счетному входу счетчика 18, выполненного в виде делителя частоты с переменным коэффициентом счета, который устанавливается с помощью последовательносоединенного со счетчиком задатчика 19, 26 Выход счетчика 18 подсоединен к входу фсброса в ноль этого же счетчика,к второму входу триггера 17 и черезформирователь синхроимпульсов 20 - квходу генератора 21 развертки, выход 31 которого подсоединен к пластинам горизонтального отклонения электроннолучевой трубки 10 через переменный резистор 22, выполняющий функцию регулятора усиления по горизонтали. О Датчики 3, 4 и 5 могут быть выполнены, например, в виде жестко закрепленного на валу двигателя диска с прорезями и установленных цо разные стороны диска осветителя (электрическаялампочка, светодиод и др,) и фотодиодов,Счетчик 18 предназначен для делениявходных импульсов в заданное число рази может быть выполнен, например, наинтегральных микросхемах типа К 155 ИЕ 8.Задатчик 19 предназначен для установкитребуемого коэффициента пересчета счеъчика 18 и может быть выполнен, например, в виде переключателя, коммутирующего обратные связи счетчика 18.5В основу вычисления среднего индикаторного давления Р; положена известная рабочая формула3. ра нижних частот и индикатора, соединен того вала; верхней мертвой точки и нижней мертвой точки с формирователямиимпульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубку с пере.менным резистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, выполненную в виде датчика давления, усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтных последовательно, причем выходформирователя импульсов датчика углаповорота коленчатого вала связан черезширотно-импульсный модулятор с амплитудным модулятором, выходы формирователей импульсов датчиков ВМТ и НМТ связаны с входами электронного переклкм чателя, амплитудный модулятор дополнительно связан с электронным переипочателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена на выходе усилителя, дополнительно включеныформирователь синхроимпульсов, задаччик, схема И и триггер, а счетчик выполнен в виде делителя частоты с пеюеменным коэффициентом счета, причемзадатчик через делитель частоты и формирователь синхроимпульсов связан сгенератором развертки, выход делителячастоты соединен с его входом сброс внольф и входом триггера, соединенногодругим входом с выходом формироватля импульсов датчика НМТ, а выходомс входом схемы И, подключенной другими входом и выходам соответственно кформирователю импульсов датчика углаповорота коленчатого вала и счетномувходу делителя частоты. На фиг. 1 представлена функциональ, ная схема устройства для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя,на фиг, 2 - диаграммы, ноясняюшие работу устройства до воздействия импульса мертвой точки; на фиг. 3 - то же,после воздействия импульса мертвойточки,Устройство для контроля рабочегопроцесса в цилиндре двигателя содержит датчик 1 давления, подсоединенныйк усилителю, 2, датчик 3 угла поворотаколенчатого вала двигателя, датчик 4ВМТ и датчик 5 НМТ. Выходы датчиков3, 4 и 5 подсоединены соответственнок формирователям импульсов б, 7 и 8.Выход усилителя 2 подключен к амплитудному модулятору 9 и к пластинамвертикального отклонекия электроннолучевой трубки 10. Выход модулятора 9- РМр.(ч) ач,-Лгде Р 9) - текущее давление газов в цилиндре двигателя;" (Ч) =Во У+ - Ип 2 Ч Функция, связываюЛщая смешение поршня от верхней мертвой точки с углом Ч поворота коленчатого вала двигателя.5 1002В функциональной зависимости рд.Цвеличинаесть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна,При работе двигателя текущее давление газов в цилиндре двигателя РЧ) пре.образуется датчиком 1 в пропорциональныйдавлению электирический сигнал, которыйпоступает в усилитель 2, где усиливаетсядо необходимой величины. Форма этогонапряжения за один период показана на Офиг. 2 а.С выхода усилителя 2 напряжение вида Р(,9) поступает на вход амплитудногомодулятора 9 и на пластины вертикального отклонения электроннолучевой трубки 10, Одновременно, вращаясь,.валдвигателя наводит в датчике 3 сериюимпульсов, соответствующих конкретнымположениям вала. Эти импульсы поступают на вход формирователя 6, где 20приводятся к одной определенной длитель 1ности и далее поступают на вход широтноимпульсного модулятора 16. Выходныесигналы формирователя 6 и широтно-импульсного модулятора., 16 показаны соответственно на фиг. 2 б и в. Как видно,на каждый входной импульс широтно-импульсный модулятор 16 генерирует такойвыходной импульс, который по длитепности (широте) отображает значение функ-З 0ции р.Ч), показанной на фиг. 2 а, в данный момент. Таким образом, датчик 3 всовокупности с формирователем 6 и илротко-импульсным модулятором 16 выполняют функцию функционального преобразо 35вания угла поворота. Импульсы широтно-импульсного модулятора 16 воздействуютна амплитудный модулятор 9 - электронный ключ, который замыкается пропор- .ционально их длительности. В результатена выходе амплитудного модулятора 9сигнал РЮ ) оказывается промодулированимпульсами фЧ). Выходной сигнал модулятора 9 показан на фиг, 2 е. Видно,что каждый импульс является произведенкем Р(,Ч) на р.(,Ч) в конкретный мсмент времени, т.е. отображает удельноезначение давления РЧ).Для нахождения величины Р; необходимо разделить импульсы на такты сжа.50тия и расширения, Это осушествляетсяследующим образом,С приходом импульса нижней мертвойточки (фиг. 2 г),. сформированного формировагелем 8 изсигнала лагчика 5, элекг-."ронный переключатель 12 подключает квходу фильтра 13 нижних частот нивертор 11, который передает сигнал Р)с обратным знаком. С приходоч импуль 859 6са верхней мертвой точки (фиг, 2 д) отдатчика 4 электронный переключатель 12.отключает от фильтра 13 нижних частотинвертор 11 и непосредственно подключает выход амплитудного модулятора 9;Таким образом, инвертор 11 подключаеься только в период от - Л до О, как показано на фиг. 2 з,.и сигнал на входе фильтра нижних частот 13 имеет вид, как показано на фиг, 2 ж, В результате интегрирования входных импульсов фильтром 13нижних частот напряжение на его выходеотображает разницу работы давления затакты сжатия и расширения, т.е. среднее индикаторное давление, и можетрегистрироваться индикатором 14. Выбрав постоянную фильтра 13 нижнихчастот достаточно большой, можно производить усреднение по ряду последовательных циклов,Как уже указывалось, на пластинывертикального отклонения трубки 10постоянно подается напряжение с выхода усилителя 2, и если начало развертки луча совпадает с нижней мертвойточкой, то индикаторная диаграмма наблюдается полностью. Для просмотра жекакого жабо отдельного участка индикаторной диаграммы, очевидно, необходимо, чтобы начало развертки луча совпадало с началом исследуемой частииндикаторной диаграммы В устройствеэто осушествляется следующим образом.При установке с помощью задатчика19 коэффициента. пересчета счетчика 18равным единице импульс нижней мертвой точки с формирователя 8 переключит триггер 17 в единичное состояние,в результате чего на его выходе появисься потенциал, который открывает элемент И 15.и первый же импульс с формирователя 6 поступит в делитель частоты и счетчик 18 и далее на его выход.Этот импульс, пройдя формирование вформирователе 20 синхроимпульсов,запускает генератор 21, развертки, атакже, попадая на вход сброса, устанавливает счетчик 18-делитель частотыв нулевое соотояние и переключаеттриггер 17. В результате потенциална выходе триггера 17 пропадает, элемент И 15 закрывается и импульсы сдатчика 3 не поступают на вход счетчика 18. В этом случае начало развертки совпадает с НМТ и индикаторнаядиаграмма наблюдается полностьюПри установке коэффициента счетасчетчика 18 более единицы работ устройства происходит следующим обр,.гом.7 1002889 8 импульса НМТли, в первом случае можно более деталь 7 аналогячно рассмот но наблюдать угол опережения подачи топ ными заюпбчается в том, что включение После воздействия(фиг. За) триггер 1ренному выше процессу переключается вединичное состояние и на его выходепоявляется потенциал (фиг, Зб), которййоткрывает элемент И 15 и сигналы утъ.,ловых положений вала с датчика 3 (фиг. Зв)после формирования в формирователе 6поступают на счетный вход счетчика 18.После подсчета определенного количеств.,ва импульсов (фиг. Зг), что устанавливается задатчиком 19, на выходе счетчика 18 появится импульс (фиг. Зд), который формируется в формирователе 20синхроимпульсов в виде сиюроимпульса Ю 5(фиг. Зе) и запускает генератор 21развертки (фиг. Зж), Одновременно вы-ходной импульс счетчика 18 устанавливает его в нулевое состояние и переключает триггер 17 (фиг. Зб), который 20закрывает элемент И 15 и импульсы сформирователя 6 не поступают на входсчетчика 18 (фиг. Зг), После следующегоимпульса с датчика 5 описанный выше"процесс повторяется. Таким образом, Юначало развертки луча электроннолучевой трубки 10 оказывается сдвинутымкоэффициентом счета счетчика 18 оъпосительно нижней мертвой точки наугол Ч, опРеделяемый коэффициентом 30счета счетчика 18.Поскольку входные импульсы счетчикаТГ18 определяются углом поворота коленчатого вала, то начало развертки такжеможно устанавливать на том или ином 3угле поворота коленчатого вала, в ывисимости от коэффициента счета счетчи.ка 18 делителя частоты с переменнымкоэффициентом счета.Рассмотрим работу запуска луча фэлектроннолучевой трубки 10 более подробно. Установим, например, с помощьюзадатчика 19 коэффициент счета, равный64. Тогда при переходе триггера 17 вединичное состояние импульсы, наводимые,и вращении вала в датчике 3, пройдяцепь формирователя 6 и элемент И 15,поступают на счетный вход счетчика 18.Если импульсы следую например, через2, на выходе счетчика 18 появитсяимпульс при угле 2 о х 64 = 128 о,16который после формирования в формирователе 20 синхроимпульса осуществляетзапуск луча электроннолучевой трубки 10.При установке коэффициента счета равным,например, 92, запуск луча осуществляетсяся уже при угле 2 х 92 = 184 о.Таким образом, регулируя с помоц 1 ьюрезистора 22 размах луча по горизонта лива, а во втором - процесс сгорания в районе ВМТ.Предлагаемая схема развертки луча электроннолучевой трубки 10 выгодно отличается от прототипа, поскольку позволяет при исследовании рабочего процес са или в процессе регулировки двигателя устанавливать. начало развертки в лю бой момент рабочего цииа, что даетвозможность более детально изучить те или иные участки индикаторной диаграммы, т.е. как бы "вырывать" отдельные части кривой давления в цилиндре и рассматривать их в более крупном масштабе. Таким образом, динамические характеристики рабочего процесса, как, например, период задержки самовоспламенения, скорость нарастания давления, угол достижения максимального давления сгорания и др. можно измерить с более высокой точ, ностью, чем в прототипе за счет измерений в более крупном масштабе необходимых участков индикаторной диаграммыТехническое преимушество предлагаемого изобретения в сравнении с известв схему устройства управляемого счетчика с цепями управления, которые при современном уровне развития микроэлект роники можно выполнить на 2-3,корпусах интегральных микросхем и одном переключателе, т.е. весьма с малыми затратами,значительно расширяет функциональныевозможности устройства. Это, в конечномсчете, выражается в повышении качестваобслуживания двигателя, улучшая егоэффективность эксплуатации. формула изобретенич Устройство для контроля рабочего процесса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчики угла , поворота коленчатого. вала, верхней мертвой точки и нижней мертвой точки с формирователями импульсов, широтно-импульсный модулятор, электроннолучевую трубу с переменным резистором и генератором развертки, счетчик и цепь измерения, выполненную в виде датчика давления, , усилителя, амплитудного модулятора, инвертора, электронного переключателя, фильтра нижних частот и индикатора, соединенных последовательно, причем выход формирователя импульсов датчика9 1002 угла поворота коленчатого вала связан через широтно-импульсный модулятор с амплитудным модулятором, выходы формирователей импульсов датчиков верх ней мертвой точки и нижней мертвой тощщ связаны с входами электронного переключателя, амплитудный модулятор доцопнительно связанс электронным переключателем параллельно инвертору, а электроннолучевая трубка включена 1 О на выходе усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем организации крупномасштабного просмотра любого участка диаграммы, в устройст во дополнительно включены формирователь синхроимнульсов, задатчик, схема И и триггер,. а счетчик выполнен в виде 859 10делителя частоты с переменным коэффициентом счета, причем задатчик через делитель частоты и формирователь синхроимпульсов связан с генератором развертки, выход делителя частоты с его, входом "сброс в нольф и входом трвг гера, соединенного другим входом с выходом формирователя импульсов датчика нижней мертвой точки, а выходомс входом схемы И, подключенной другими входом и выходомсоответственно к формирователю импульсов датчика угла поворота коленчатого вала и счетному входу делителя частоты.Источники ин 4 юрмацнипринятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР М 558190, кл. С, 01 1, 23/ОО)1975оми лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 533/21, Тираж 871ВНИИ ПИ Государственного по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушска Подписноетета СССРрытийабд, 4/5