Устройство для измерения давленияв цилиндрах поршневого двигателя

ОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕН ИЯИ ПА ФЮК 1 т Союз Советски кСоциалистическиРеспублик и 195519ао афаэм язфбретвнЯ и еткрыткЯ(53) УДК 531.7871 088. 8) ИностранецОлуф Рахбек Шмидт Дания)(72) Автор изобретения Иностранная фирма"А/С Бурмайстер эна Вейкс Мотор 1971Дания)(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРАХ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ в цилиндрах поршневого авитвгеля,содержащем датчики аавпений в цилиндрах, датчики положения поршней,элекгронное вычислигельное усгройсгво и блок сопряжения датчиков с элекгронным вычислительным усгрйсгвом датчики положения поршней выполнены в виде перемещения, соаержаших комплекты меток на частях двигателя жестко сое гиненных с поршнями и инаикагоры меток установленных на подвижных частях двигателяУстройство, кроме гогоу содержит гепескопкческую грубу аля подачи охлажаения к пораню установленную в уплогнигельной втулке, а метки расположены равномерно и вып лиепы на наружной поверхности этой грубы, при этом датчик положения поршня усгановлен эксцентрично и врашагельно во вставке, проходящей через уплогнительную втулку.Кроме того, часть авнгагеля снабжена метками кроме участка, соответствукпцего нижней мертвой точке НМТ) положения поршня, При этом в блок сопряжения введены счегчики и схемы переключения знаИзобретение относится к области измеригельной техники а именно к усгройсгвам аля измерения аавления в цилиндрах поршневого двигагеля.Известны усгройсгва апя измерения давления в цилиндрах поршневого двигателя содержащие аагчики сигналов верхней и нижней мертвых точек вычислигельное устройство 1.Недостатком известного устройства 10 является то, что оно не может быть использовано аля измерения давления.Наиболее близким по технической сущности является усгройствот содержащее датчики аавпения цилиндров аагчики полотжения поршней электронное вычислительное устройство и блок сопряжения датчиков с вычислительным устройством 21.Неаостагком устройства являегся низкая точность измерений, 20Целью изобретения является повышение точности измерений за счег уменьшения погрешности измерения положения поршней.П ставленная цель достигается гем, иго в устройстве аля измерения аавления 2 Ь чДЩт;ог Маскинфабрик Аф 3 795519 а ка кзмеряемой величины которая связана 26 к счетчик 27, выходы которого соес выходом авухходового элемента ИЛИ, аинены со схемой ИЛИ 28. Выход запричем входы элемечта ИЛИ соединены со аерживающей цепи 26 подключен на просчетчиком и с элементом задержки, цессор 29, Для индикации, результатовНа фиг. 1 приведено вертккальное се измерений служит дисплей 30, Йатчик чение авухтактного дизельного двигателя; 10 подключен к усилителю 31, поаклюна фиг. 2 - вертикальное сечение геле- ченному к аналого-цифровому преобразоскокической грубы, на фиг. Э - блок-схе- ватепю 32.ма устройства; на фиг. 4 - индикаторная Устройство работает следующим обдкаграмма одного из цилиндров, 0 разом.Двигатель содержит гкльзу 1, крышку При перемещении поршня 3 вверх и 2 к поршень 3, соединяющийся через вниз в цилиндре груба 9 перемещается шток 4 с крейцкопфом 5. Последний через синхронно с ним, В результате зубцы 13 соединительную тягу 6 связан с коленча- .проходят в непосредственной близости от тым валом 7 двигателя. Охлаждающая 15 датчика 15, Каждый раз, когда зубец жидкость аля поршня подается от стацио- прохоаит мимо датчика, вырабатывается нарного раскреаелктеля 8 через тенеско- ава электрических имульса, первый - в пкческую трубу 9, жестко соединенную с результате прохождения передней кромки крейцкопфом 5, и далее через каналы, вы- рассматриваемого зубца, а второй - при попненные в последнем и в штоке 4 пор" 20 прохождении задней кромки этого зубца. шня, к поршню 3. Для получения двух управляющих импупьДатчкк давления 10 устанавпивается сов глубина канавок 14 должна быть в крышке 2 цилиндра и служит для иэ- по крайней мере такой как разница меренкй давления в камере сгорания 11 .уровней напряжения или амплитуд импульнад поршнем Э и поаачи на ЭВМ 12 ана сов выходного сигнала датчика 15. На логового сигнала напряжения, амплитуаа практике глубина канавок может состакоторого пропорциональна рабочему аав- вить порядка 1,5 мм, а ширина канавлению в камере 11. кк 14 - примерно 4 мм, Таким образом,На наружной поверхности телескпиче- импульс управления вырабатывается кажской грубы 9 имеются метки 13 выпол аый раэ, когда поршень проходит Э мм. ненные в виае поперечных зубцов разделенных равномерно профрезерованными ка- Импульс сигнала от датчика 15 см; павками 14, Зубцы 13 к канавки 14 вы- фиг. 3) поступает через усилитель 23 полцены на алине телескопической трубы, на схему формирования импульсов 24, которая несколько меньше, чем хоа порш которая в качестве выходного сигнала няа аля фиксир а вырабатывает прямоугольный сигнал. зубцов преаусмотрен аатчикубц н аатчик 15. Сигнал от датчика давпения 10 поступает через усилктель 31 на аналого-цифЙатчик 15 закрепляется в горизонталь- ровой преобраэоватепь Э 2 углового полоай тулк 16 вращажльио поддерживаю40 жения в котором аналоговый сигна нащейся Ъругой втулкой 17, которая на пряжения от датчика преобразуется в резьбе закрепляется в стенке вертикаль- дискретный выходной сигнал. Преобраной уппотнктельной. втупки 18 окружаю- зователь 32 соединяется с выходной щей трубу 9. Уплотнктепьная втулка 18 клеммой схемы формирования импульсов устанавливается в наружной трубе 19 с 45 24 для йреобразования в цифровую форму радиальным зазором с тем чтобы обес- аавпения, эамеренного датчиком 10. При печкть ей перемещение без 1 помех привозможном поперечном смещении телеско- схемы преобразования импу с 2аэования имп пьсов 24, т,е, пкческой грубы 9.Наружная труба 19 всякий разкогда поршень 3 пройдет герметиэируется относительно части рамы, расстояние, соотве с ву шасстояние, соответствующее половине 20 двигателя с помощью уплотнитепьного шага зубцов 13. кольца 21, а е помощью другого уплотн- Цифровые сигналы от преобразователя тельного кольца 22, горизонта поступают через электронный переклюпьная втулка 17 гермегиэируется отно- чагель 25 на центральный процессор 29.сктельно рамы 20.55в котором они аккумулируются и обрабаВычислительное устройство содержит тываются в соотвегсгвии с иМеющейся в усилитель 23, подключенный к схеме нем программой. формирования импульсов 24 электронный Процессор 29 снабжен двумя вхоаныпереключатепь 25 1 задерживающую цепь ми клеммами, первая из которых служит3 О О 26 2 30 35 40 43 5 795цля приема цифровых сигналов, поступающих при ходе сжагия поршня 3, а втораяпля приема цифровых сигналов, поступающих во время хода расширения поршня.Дпя расчета срецнего инцикагорндго цавпения необходимо подсчитать первыеупомянутые сигналы с отрицательнымизнаками и поспецние упомянутые сигналыс положительными знаками. Таким образом, электронный переключатель 25 осуществляет изменение знака всякий разкогда поршень устанавливается в любойиз двух своих мертвых точек и этопроисходит следующим образом.Выходная кпеммв схемы 24 соединяется с задерживающей цепью 26 и сосчетчиком 27 выходы которого соециняюгся индивидуально с входной клеммойсхемы ИЛИ 28 с авумя входами, выходная клемма которой соединяется с перек.лючателем 25. Выходной сигнал с задерживающей цепи 26 поступает на процессор 29 под цействием которых он срабатывает, Мегки перемещения поршнявыполнены в виде зубцов 13 и канавок1 4 на участке телескопической трубы 9,длина которого несколько меньше, чемход п ршня 3. Самый нижний зубец 13располагается нв оцной пинии с датчиком1 5, когда поршен ь усганавлива ется чуть ниже верхней мертвой гочки. На противоположном конце телескопической трубы имее;ся участок без меток которыйна практике может соответствовать угловому смещению коленчатого вала 7; примерно на 25 с каждой стороны от нижней мертвой гочки. Таким образом, датчик 15 не подает сигналы нв этомучастке перемещения поршня. амтв частьсм. рис.4) перемещения поршня соответствует перемещению поршня между нижней мертвой точкой на индикаторной диаграмме и точкой О. Причем в этовремя давпение в камере сгорания 11 практически оказывается постоянным, поскольку продувочные окна цилинцрв открылись при рабочем ходе поршня еще до точки О и, кроме того, еще не закрылись во время хода сжатия цо тех пор, покапоршень не пройдет эту точку 0 на такое й же расстояние, Поэтому в расчете среднего индикаторного цавпения не будет погрешности, если пренебречь областью, находящейся между точками НМТ к О нв диагр амме. 3%Задерживающая цепь 26 настраивается на такую задержку времени, которая была бы больше, чем максимальное время интервала межау двумя сигналами положения, поступающими от цвгчикв 15в той части телескопической трубы, вкоторой предусмотрены зубцы 13,Следовательно, в этот период перемещения поршня от задерживающей цепи26 выходной сигнал не поступает. Сдругой стороны на участке беэ метокмежду точками НМТ и 0 индикаторнойдиаграммы цепь 26 подает сигнал насхему ИЛИ 28 которая в свою;очерецьподает выходной сигнал и смешает переключатель 25 на другую входную клеммупроцессора 29. Переключение в верхнеймертвой точке ( ВМТ) выражается вгом 1 что счетчик 27 настраивается напоцачу, выходного сигнала только тогдакогда он от схемы формирования импульсов 24 получи 1 количество импульсов,соответствующее удвоенному числу зубцов 13 нв тепескопкческой трубе 9 .Счетчик 27 срабатывает при первом переключении в нижней мертвой точке ивозвращается в исходное положение после подачи выходного сигнала на схемуИЛИ 28.Процессор 29обрабатывает хранящиеся в нем значения цввленкй в камере11 сгорания и выдает показания оцинраз зв каждый цикл, т.е. совпадающие содним изменением знака, при этом результаты расчета имеют визуальное отображение на дисплее 30 взаимодействующем с устройством. В этот же моментпроцессор 29 устанавливается в исходное положение н готов к следующемуциклу,Благодаря гому, что зубцы 13 выполнены в непосредственной близости отгого места нв трубе 9, которое соответствует верхней мертвой точке поршня, атакже, что имеется воэможность производить точную регулировку положения датчика 15 относительно зубцов, обеспечивается измерение давления в камере сгорания 11 почти у самой верхней мертвойточки. В данном случае максимальнаяпогрешность позиционирования составляетпримерно половину расстояния между зубцами или шага, что соответствует погрешности в срецнем индикаторном давлении примерно два на тысячу для двигателя с ходом поршня 1600 мм и шагом зубцов 6 мм,Йля двигателя имеющего ход поршня 1600 мм, участок беэ меток величиной в 3 мм с каждой стороны от верхней ме ртвой гочки соответствует угловому смещению коленчатого вала в 8,8, что энаочительно меньше, чем угол в 50 в ниж- оней мертвой точке, гае происходит изменение знака поа контролем задерживающей цепи 26, Измерительное устройство предназначено для работытолько в таком диапазоне скоростей вращения двигателя, в котором максимальное число оборотов в три раза превышает величину минимальных чисел оборотов. Это достигается благоавря выбору величины задержки времени, обеспечиваемой цепью 26 6 которая при максимвпьньх числах оборотов соответствует величине в три раза превышающей 8,8, т е. угловому смещению наО27, и одновременно, соответствует менее, чем 50 О, с целью гарантирования 13 . того,что задерживающая цепь 26 не прекратит изменение знака в верхней мертвой точке,.а произойдет это полностью в нижней мертвой точке. Еспи устройство будет использоваться при скоро- з) стях вращения находящихся в значительно большем интервале, чем время задержки, устанввливвющееся в зависимости ог скорости вращения авигателя, например, путем преобразования выходного 2% усилителя 23 в преобразователе напряжения в частоту в напряжение, зависящее от частоты, то максимальное значение последнего используется в задерживающей цепи, 36Аналогичным образом можно контролировать изменение знака в верхней мертвой точке с помощью отдельной задерживающей цепи. Учитывая, что время задержки такой задерживающей цепи будет значительно меньше, чем в нижней мертвой точке, благодаря меньшему углу поворота коленчатого вала, необходимому дпя изменения знака, необходимо, чтобы время задержки зависело от скорости врв в щения двигателя. Благодаря использованию задерживающей цепи вместо счетчика, измен ние знака в верхней мертвой точке становится независимым от точности с которой выполнены метки. 45 19 8гут присоединяться и отсоеаиняться вручную от остального оборуаования,При расчете среанего инаикаторногодавления можно, когаа нужно, производитьинтегрирование 1 суммировнче), значенийдавлений в цилинарах за несколько последовательных оборотов коленчатого валавместо одного, как это было раньше. После этого рассчитывается среаняя вепичина в процессоре 29, Кроме гого, процессор 29 и дисплей ЗО могут служитьапя раздельного показа, например, работы расширения (площадь под кривойрасширения на фиг, 4) и работы сжатия,Кроме гого, процессор 29 может использоваться в сочетании с осцилпоскопом,осуществляющим непосредственную записьинаикаторной диаграммы, отражющей давление в цилинаое в функции перемещенияпоршня, ипи в функции времени в течениерабочего цикла. Устройство также можетиспользоваться апя поаачи аварийногосигнала в случае возникновения поломки,например, прч регистрации абсураногозна 4 ения измерения.Формула изобретения1. Устройство апя измерения давления в цилиндрах поршневого двигателя, сопержвщее аатчики аавпения в цилиндрах, датчики положения поршней, эпектронное вычислительное устройство и блок сопряжения датчиков с электронным устройством о т и и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения, погрешности измерения положения поршней, в нем датчики поло жения поршней выполнены в виае аагчиков перемещения, содержащих комплекты меток, выполненных иа частях двигателя, жестко соединенных с поршнем, и инаикаторы меток, установленные на неподвижных частях двигателя.Процессор 29 может использоваться апя показа требуемого мгновенного значения давления в цилинаре, соответствующего заранее выбранным точкам на индикаторной диаграмме рис, 4, например, давление сжатия и максимальное давление при сгорании). Процессор 29 устройства в сочетании с электронным оборудованием, взаимоаействующим непосредственно с ним, является общим цля всего двигателя, тогда квк преобразователь цавпения датчик давления) 10 и датчик 15 устанавливаются для каждого цилиндра и мо 2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно содержит телескопическую грубу аля подачи охлаждения к поршню, установленную в уплотнитепьной втулке, а метки расположены равномерно и выполнены на наружной поверхности этой трубы, при этом датчик положения поршня установлен эксцентрично в цилиндрической вставке, проходящей через уплотнительную втулку причем вставка установлена с воэможностыв вращения вокруг своей оси.9 795519 103. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и - соединены со счетчиком и с элементомч а ю щ е е с я тем, что часть двигате- задержки.ля снабжена мегками, кроме участка, со- Исгочники информации,ответствующего нижней мертвой точке принятые во внимание при экспертизеположения поршня, при этом в блок соп- й 1. Авторское свидетельство СССРряжения введены счетчики и схема царек- Ж 377784, кл Я 01 Ь 23/08, 1973.лючения знака измеряемой величины, кото. Авторское свидетельство СССССРрая связана с выходом двухвходового эле- М 514218, кл, ( 011 23/08, 1976мента ИЛИ, причем входы элемента ИЛИ прототип),795519 0 НЯТ Фиа вскийко Корректор Швыдкая аа 10167/1 ф. ВНИИПИ Гос по делам 113035, МоскПодписнСР 4/5 ливл ППП гнвя,Редактор О. Ф 3 щ Сосгввигель А, Зрвжова Техред ЕГавридвяТираж 918уаврсгвенного комитета ССизобретений и открытиява, Ж, Раушская наб., дагенг", г. Ужгород, ул Пр