Устройство для регистрации параметров в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

(19) О А 01 М 1 БРЕТЕ СТ 22) нженеро таМагнитский и С. (53) (56) во СССР О, 1986 продотем филения т з и ф ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й НОМИТЕТПО ИЗОВРЕтаНИЯЧ И ОтНРЫТИЯпри гкнт Оса ОПИСАНИЕ И. К АВТОРСКОМУ СВИ 4608328/25-06 23.11.88 23.10.90. Бюл. Р 39 Ростовский институтзнодорожного транспо В,В. Черников, Ю.А,В, Стрельников 621,43-001.5(088.8) Авторское свидетель59703, кл. С 01 М 15(57) Изобретениениям двигателей внутреннего сгорания(ДВС), в частности к устройствам измерения и регистрации параметров рабочего процесса ДВС. Целью изобрете-ния является повьшение точностиизмерения параметров рабочегоцесса ДВС. Поставленная цельстигается за счет того, чтоустройство, содержащее датчик 1 давления, установленный в щлиндре 2двигателя, усилитель 3, автоматичесДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕН- относится к испытакие нотенциометры 4 и 9, перемножаю-.щие устройства 5 и 6, регистратор 7,функциональный генератор 8 положенияпоршня, датчик 10 положения впускного клапана 11, электронные ключи 12и 13, датчик 15 температуры воздухаво впускном коллекторе, дополнительно снабжено третьим электронным ключом 14, управляемым фильтром 16 низких частот, датчиком 17 начала воспламенения смеси, КЯ-триггером 18,генератором 19 функции скорости звука, схемой 20 деления и задатчиком21 величины диаметра цилиндра. Работа устройства основывается на определении температуры газа в цилиндреДВС по измеренным параметрам давлениягаза в цилиндре и температуры воздУхаво впускном коллекторе с учетом по-ложения впускного клапана (началасжатия) и угла поворота коленчатоговала. При этом давление газа измеряется с учетом возникающих в процессе горания звуковых колебании газа пуи сигнала датчика давИзобретение относится к испытаниямдвигателей внутреннего сгорания (ДВС),в частности к устройствам измеренияи регистрации параметров процесса, иможет быть использовано для диагностики и испытаний ДБС.Целью изобретения является повышение точности измерения параметроврабочего процесса ДВС,На Фиг, 1 представлена схемаустройства; на фиг. 2 - схема Функционального генератора положения поршня; на фиг. 3 - схема электронногоключа.Устр ойс тво с одержит датчик 1 давления, установленный в цилиндре ;2 ДВС, усилитель 3, первый автоматический потенциометр 4, первое 5 и второе 6 перемножающие устройства, 20 регистратор 7, функциональный генератор 8 положения поршня, второй автоматический потенциометр 9, датчик 10 положения впускного клапана 11, первый 12, второй 13 и третий 25 14 электронные ключи, датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе, управляемый Фильтр 16 низких частот, датчик 17 начала воспламенения смеси, К 8-триггер 18, генера тор 19 функции скорости звука, схему 20 деления и задатчик 21 величины диаметра цилиндраДатчик 1 давления, установленныи в цилиндре 2 ДВС, через усилитель 3 связан с первым входом управляемого Фильтра 16 низких частот и вторым входом третьего электронного ключа 14, первый вход которого подключен к выходу управляемого фильтра 16 низких частот. Выход третьего электронного ключа 14 через первый автоматический потенциометр 4 и последовательно включенные первое 5 и вто- . рое б перемножающие устройства свя зан с регистратором 7 и генератором 19 функции скорости звука, Выход ключа 14 также соединен с сигнальным входом первого электронного ключа 12. Сигнальный вход второго электронного ключа 13 соединен с выходом функционального генератора 8 положения поршня в цилиндре. Выход функционального генератора 8 подключен также к первому входу второго автоматического по 55 тенцисметра 9, второй вход которого соединен с выходом электронного ключа 13, Выход автоматического потенциометра 9 соединен с вторым входом перво"с перемножающего устройства 5, Управляюцие входы электронных ключей 12 и 13 связаны с выходом датчика 10 положения впускного клапана, а управляющий вход третьего электронного ключа 14 соединен с выходом триггера 18, Р- и 8-входы которого подключены соответственно к выходам датчика 10 положения впускного клапана и датчика 17 начала воспламенения смеси.Датчик 15 температуры воздуха во впускном коллекторе подключен к второму входу второго перемножающего устройства 6. Генератор 19 Функции скорости звука и задатчик 21 величины диаметра цилиндра соединены с соответствующими входами схемы 20 деления, выход которой подключен к второму входу управляемого фильтра 16,функциональный генератор 8 положения поршня в.цилиндре содержит связанный с валом двигателя генератор 22функции з 1 пЫ, схему 23 возведения вквадрат, схему 24 дифференцирования,схему 25 умножения на постоянный коэффициент, задатчик 26 постоянной величины, сумматор 27 с тремя входами. Кпервому входу сумматора 27 подключензадатчик 26, к второму - схема 24дифференцирования, вход которой соединен с выходом генератора 22 функции зпм, третий вход сумматора 27через схемы умножения 25 и дифференцирования 23 связан с выходом генератора 22, Выход сумматора 27 совмещен с выходом Функционального генератора,8,Первый 4 и второй 9 автоматические потенциометры содержат резистор28, компаратор 29 напряжения, схему30 выборки-хранения и схему 31 деления, Первый вход автоматического потенциометра совмещен с первым входом схемы 31 деления, а второй вход -с первым входом схемы 30 выборкихранения и первым входом компаратора29 напряжения,а также через резистор28 связан с корпусом потенциометра.Выход компаратора 29 соединен с вторым входом схемы 30 выборки-хранения,выход которой подключен к второмувходу схемы 31 деления, Выход последней совмещен с выходом автоматического потенциометра.Работа устройства основывается наопределении температуры газа в цилиндре ДВС косвенным образом, а именнопо измеренным параметрам давления газаРЧ = 1 ЙТ,где Р - давление газа в цилиндре;Ч - объем газа в цилиндре;И - масса газа в цилиндре;Т - температура газа в цилиндре;К - газовая постоянная для 1 кггаза.Тогда уравнение (3) для газа вцилиндре поршневой машины в моментначала сжатия запишется в виде,Р Ч = И Р Т, (4)где Ч - объем газа в цилиндре вмомент начала действительного сжатия, т.е.,в моментзакрытия впускного клапана(индекс а .относится к условиям качала сжатия),После деления уравнения (3) науравнение (4) можно выразить температуру газа следующим образом:Р Ч В, И(5)Р ЧЯ Г ИОтклонение И /И на участке сжатиеЯсгорание-расширение можно принятьравным единице (клапаны закрыты),Отклонение К /г также можно приОнять равным единице, так как оно меняется только в период сгорания ина незначительную величину +0,2 Х. в цилиндре и температуры воздуха во впускном коллекторе с учетом положения впускного клапана (начала сжатия) и угла поворота коленчатого вала, При этом давление газа в цилиндре измеряется с учетом возникающих в пРоцессе сгорания звуковых колебаний газа путем компенсации вызываемых иьи искажений. Корркктировка выпол-няется по частоте колебаний сигнала датчика давления газа постановкой управляемого фильтра низких частот.Определение частоты колебаний газа в цилиндре возможно по соотношениюК = (1)а2 с 1где а - скорость звука в газовойсреде;й - диаметр цилиндра,Скорость звука с достаточной точностью (1,07) аппроксимируется функцией температуры й газа в цилиндреа = 6,00.+ 274,0, (2)Определение текущих значений температуры газа в цилиндре основано на решении уравнения состояния газа вида% - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;Ы - угол поворота кривошипа;158(1 - сояМ+ - , яиг) - смещение2 2поршня от ВИТ при данномугле поворота кривошипа.20 Учитывая, что Ч,= Ч, р где Е- действительная степень сжатия, иЧсЧ=Ч -Ч- =бР С 1 Ч е. где ; - геометрическая степень сжа тия;Ч - полный объем цилиндра,отношение Ч/Ч по формуле (5) опредеЛляется следующим образом:ЧЧ + 2 (1 соус+ зхп 2 ЗОЧФЧсПосле преобразований получаютЧ Е-г, Р+г( --- соя о + - з 1 пК),(6)Ч 2 Я Я2По определению действительной степени сжатияЧд 9 ьЧ + - (1 . - сояк+ - зь.пс)с 2 2Гтвеличине Е+1--- сояс + - в 1 пго Е2 Р Ра Я+1 9 --- соЫ + - впгФ Я2 тоНа основании формулы (10) возможнарегистрация температуры газа в цилиндре ДВС,Устройство работает следующим об 10разом.Давление газа в цилиндре 2 датчйком 1 преобразуется в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на второй входтретьего электронного ключа 14, атакже на вход управляемоГо фильтра 16низких частот, выход которого связанс первым входом третьего электронногоключа 14. В момент закрытия впускного клапана 11 сигнал с датчика 10положения клапана проходит на входК: триггера 18 и устанавливает его .в. состояние "О". Выход триггера связан с управляющим входом третьегоэлектронного ключа 14. В этом состоянии второй вход третьего электронногоключа 14 замкнут на его выход, сигнал с которого поступает на вход первого автоматического потенциометра 4,Одновременно с этим функциональныйгенератор 8 положения поршня формирует функцию вида 6+1 %--- сов 0 + - вз.пг,Я2 35Сигнал, пропорциональный даннойфункции, поступает на вход второгоавтоматического потенциометра 9.В; момент закрытия впускного клапана11 датчик 10 положения впускного 40кЛапана подает управляющий сигнал напервый 12 и второй 13 электронныеключи, замыкая их, В этот моментэлектрический сигнал с выхода третье;.го электронного ключа 14 поступает 45на второй вход первого автоматического потенциометра 4 через первыйэлектронный ключ 12, а сигнал с выхода генератора 8 положения поршняпроходит через второй электронныйключ 13 и поступает на второй входвторого автоматического потенциометра 9. Входной сигнал делится в первом автоматическом потенциометре 4на величину, пропорциональную сигналу Р , постоянную на время одногоцикла (до начала следующего сжатия),а сигнал от генератора 8 положенияпоршня делится во втором автоматичес. ком потенциометре 9 на величину, пропорциональную отношени;. 0+1%"1 2сова/ + - я 1.пго также постоянную на время одного цикла. С выхода первого автоматического потенциометра 4 сигнал, пропорциональный отношению Р/Р , поступает на первый вход первого перемножающего устройства 5, а с выхода второго автоматического потенциометра 9 сигнал, пропорциональный отношениюЕ+1 %- соя о + - й 1 пго+1 ; Ъ--- соЫ + - впгМЯ2 поступает на второй вход первого перемножающего устройства 5; На выходепервого перемножающего устройства 5получается сигнал, пропорциональный который подается на первый вход второго перемножающего устройства 6, На второй вход второго перемножающего устройства 6 подается сигнал, пропорциональный температуре Т в начале сжатия, от датчика 15 температуры газа во впускном коллекторе. На выходе второго перемножающего устройства 6 получают сигнал, пропорциональный величине +1- соя 0 + - ядпгоР б2 Т а Р Р+1ю а --- сове + - впгЯ2 который подается на вход регистра 7, а также на вход генератора 19 функции а = Г(Т), где а - скорость звука в цилиндре. С выхода этого генератора сигнал, пропорциональный данной функции, поступает на первый вход схемы 20 деления. На второй вход этой схемы подается сигнал с задатчика 21, пропорциональный величине 2 й, где й - диаметр цилиндра. Таким образом, на выходе схемы 20,деления формируетс сигнал, пропорциональныйай = - , который воздействует на в2 йрой управляющий вход управляемого фильтра 16 нижних частот.В момент начала сгорания сигналс датчика 17 начала сгорания проходитна Я-вход триггера 18, переводя егов состоянйе "1", При этом сигнал логической "1" поступает с выхода триггера 18 на управляющий вход третьег 6 электронного ключа 14, При этомсигнал с выхода управляемого фильтрапроходит через замкнутый с выходомпервый вход третьего электронногоключа 14 на вход первого автоматического потенциометра 4. Тем самымвыполняется фильтрация сигнала дат.чика 1 давления,Вал двигателя жестко связан сгенератором 22 функции ядп б, определенным образом ориентирован относительно него. Генератор 22 можетпредставлять собой синхронную машину переменного тока или дифференциальный преобразователь линейных помещений. Сигнал с генератора 22,пропорциональный я 1 п 0, поступает навход схемы 23, а также на вход схемы 2524 дифференцирования. На выходе схемы 23 получают сигнал вида я 1 пг 0,а на выходе схемы 24 - соя о(так как 15 6+1г--- созе + - япг,Е2который одновременно является сигналом с выхода функционального генератора 8 положения поршня.Автоматические потенциометры 4 и 9 работают следующим образом. При поступлении сигнала на второй вход срабатывает компаратор 29 напряжения и фронтом своего выходного сигнала кратковременно переводит схему 30 выборки-хранения в сос -55--- = созе). Выход схемы 24 связан с 1 я ЬЫЫ 30 непосредственно с одним из входов сумматора 27, выход схемы 23- с другим входом сумматора 27 через схему .25 умножения на постоянный коэффициент в .9352Таким образом, на выходе схемы 25 получают сигнал видаЯя 1 пг240 поступающий на вход сумматора 27, На сумматор 27 подается также сигнал+1вида 1 с задатчика 26 постоянной величины. После преобразований на вы ходе сумматора 27 имеется сигнал вида тояние "Выборка". При этом происходит запоминание электронного потенциала на информативном входе схемы 30. Резистор 28 необходим для надежного закрывания компаратора 29 в момент времени, когда источник сигнала, поступающий на второй вход, имеет высокий импедакс, На выходе схемы 30, таким образом, присутствует сигнал Р 1 (для потенциометра 4) либо Чф (дляа потенциометра 9), постоянный на время цикла, На этот сигнал в схеме 31 делится сигнал, поступающий на первый вход. Результат (Р/Р или Ч(Ч) снимается с выхода автоматического потепциометра.Формула изобретения1. Устройство для регистрации параметров в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные датчик давления, усилитель, первый автоматический потенциометр, первое и второеперемножающее устройства и регистратор, последовательно соединенные функциональный генератор положенияпоршня и второй автоматический потенциометр, датчик положения впускного канала, связанный с управляющими входами первого и второго электронных ключей, подключенных соответственно к вторым входам первого и второго автоматических потенциометров, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, связанный с вторым входом второго перемножающего устройства, причем выход функционального генератора соединен с сигнальным входом второго электронного ключа, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы, устройство дополнительно содержит управляемый фильтр, низких частот с двумя входами, третий электронный ключ с тремя входами и общим выходом, датчик начала воспламенения смеси, КЯ-триггер, генератор функции скорости звука, схему деления с двумя входами и задатчик величины диаметра цилиндра, причем управляемый фильтр низких частот и третий электронный ключ соединены последовательно и включены в связь усилителя с первым автоматическим потенциометром, второй вход третьего электронного ключа соединен с выходом усилителя, а третий вход -с выходом КБ-триггера, К-вход которОго подключен к выходу датчика положения впускного клапана, а Б-вход - к выходу датчика начала воспламенениясмеси, выход третьего электронного ключа соединен также с сигнальным входом первого электронного ключа, первый вход схемы деления через генератор функции скорости звука подключен к выходу второго переключающего 1устройства, второй вход схемы деления связан с выходом задатчика величИны диаметра цилиндра, а выход схемы деления подключен к второму входу управляемого Фильтра низких частот.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что ФункциональнЬЖ генератор положения поршня выцолнен в виде генератора функции 20 АРЫК, связанного с валом двигателя, схемы возведения в квадрат и схемы дифференцирования, подключенных к выходу генератора функции зхпс, схемы умножения на постоянный коэффици ент, задатчика постоянной величины Й сумматора с тремя входами, подключенными соответственно к задатчику постоянной величины, схеме дифференцирования и через схему умножения на постоянный коэффициент к схемевозведения в квадрат. 3. Устройство по п, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что первый и второй автоматические потенциометры выполнены в виде расположенных в корпусе резистора, компаратора напряжения с двумя входами, схемы выборки-хранения и схемы деЛения, причем первый вход схемы деления совмещен с первым входом автоматического потенциометра, первый вход схемы выборки-хранения совмещен с первым входом компаратора напряжения и вторым . входом автоматического потенциометра, а также через резистор связан с корпусом выход схемы выборки-хранения соединен с вторым входом схемы деления, второй вход компаратора напряжения связан с корпусом, а выход схемы деления совмещен с выходом автоматического потенциометра.1601540 ФигЗ Составитель М. ГороховТехред М.Дидык Корректор Т. Малец Редактор И,. Шулла Заказ 3267 Тираж 443 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 ГПроизводственно в издательск комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101