RU156202U1 - Устройство для контроля неравномерности вращения вала двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Устройство предназначено для контроля неравномерности вращения вала двигателя внутреннего сгорания в целях определения его технического состояния. Устройство содержит датчик частоты вращения (1), датчики синхронизации (2, 3), формирователи сигналов (4, 5, 6), аналого-цифровой преобразователь (7), счетчики импульсов (8, 9, 10), измеритель времени (11), согласующие устройства (12, 13, 14), логический элемент «И» (15), оперативные запоминающие устройства (16, 17), синхронизатор (18), дифференциаторы (19, 20), преобразователи информации (21, 22), коммутатор (23), устройство сравнения (24) и персональный компьютер (25). Такое выполнение способствует повышению оперативности и достоверности процесса определения технического состояния ДВС. 1 ил.

Description

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в целях определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания по времени и пути разгона двигателя (см. авт.св. СССР №983484, МПК G01M 15/00, 1982 г. ), содержащее блок выработки импульсов, датчик частоты вращения вала двигателя, блоки измерения и управления и источник пусковых импульсов, снабженное дополнительным блоком управления для запуска, подачи топлива и остановки двигателя, выполненным из двух триггеров с раздельными входами, реле с замыкающими контактами, схемы совпадения и электромагнита, причем один триггер включен параллельно другому, реле с замыкающими контактами и электромагнит подключены к одному из триггеров, другой триггер через схему совпадения включен между блоком выработки импульсов и датчиком частоты вращения, а к последнему параллельно подключен дополнительный блок управления.

Недостатками данного устройства является невозможность работы устройства с современными двигателями внутреннего сгорания (ДВС), которые не имеют в своем составе механической связи органов управления топливоподачей и оператором машины, а также необходимость проведения измерений в процессе разгона двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для контроля неравномерности вращения вала двигателя внутреннего сгорания (см. патент РФ №2073225, МПК G01M 15/00), содержащее датчик частоты вращения, датчик синхронизации, генератор импульсов, формирователи, делитель частоты, блок управления, счетчики, коммутаторы, оперативные запоминающие устройства, регистры, устройство сравнения, вычислитель и индикаторы. Устройство позволяет непрерывно измерять промежутки времени, за которые коленчатый вал двигателя поворачивается на известный дискретный угол в пределах цикла работы двигателя с синхронизацией начала измерения с рабочим ходом определенного цилиндра двигателя, одновременно записывать полученные результаты в оперативные запоминающие устройства и вычислять коэффициенты неравномерности вращения в пределах цикла работы двигателя и периода изменения крутящего момента. Оно позволяет также контролировать скоростной режим работы двигателя.

Недостатками данного устройства является недостаточная оперативность диагностирования из-за невозможности анализа причин отклонения измеренных значений углового ускорения от номинальных значений и, как следствие, невозможность конкретизации неисправности ДВС.

Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение оперативности и достоверности определения технического состояния двигателя внутреннего сгорания, за счет обеспечения возможности вычисления мгновенных значений угловой скорости и углового ускорения коленчатого вала двигателя при каждом конкретном значении угла поворота вала для оценки неравномерности вращения вала двигателя внутреннего сгорания и его технического состояния.

Для решения поставленной задачи в устройстве, содержащем датчик частоты вращения, датчик синхронизации по углу поворота коленчатого вала двигателя, формирователи сигналов, счетчики импульсов, коммутатор, оперативные запоминающие устройства, индикаторное устройство, устройство сравнения, причем выход датчика частоты вращения подключен к входу первого формирователя сигналов, выход датчика синхронизации подключен к входу второго формирователя сигналов, дополнительно установлены датчик синхронизации по моменту начала впрыска топлива, аналого-цифровой преобразователь, измеритель времени, согласующие устройства, логический элемент «И», дифференциаторы первой и второй производных, преобразователи информации в табличную и графическую форму, причем выход датчика синхронизации по моменту начала впрыска топлива соединен с входом третьего формирователя сигналов, выходы формирователей сигналов соединены с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы счетчиков импульсов и измерителя времени соединены с входами согласующих устройств, при этом, выход первого согласующего устройства соединен с входом первого оперативного запоминающего устройства, а выходы второго и третьего согласующих устройств соединены с входом логического элемента «И», выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства, выходы которых, в свою очередь, соединены с входом синхронизатора, выход которого соединен с входом дифференциатора первой производной, а его выход соединен с входом дифференциатора второй производной и входами преобразователей информации, выход дифференциатора второй производной также соединен с входами преобразователей информации, выходы которых соединены с входами коммутатора, третий вход которого соединен с выходом устройства сравнения полученной информации, а выход - подсоединен к индикаторному устройству в виде персонального компьютера.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где представлена блок-схема устройства для контроля неравномерности частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания.

Устройство состоит из датчика частоты вращения 1, например, оптического инкрементального энкодера с количеством меток 360, датчика синхронизации по углу поворота коленчатого вала двигателя 2 в виде оптического датчика начала отсчета измерений, датчика синхронизации по моменту начала впрыска топлива 3 в виде пьезоэлектрического датчика, формирователей сигналов 4, 5 и 6, аналого-цифрового преобразователя 7, счетчиков импульсов 8, 9 и 10, измерителя времени 11, согласующих устройств 12, 13 и 14, логического элемента «И» 15, оперативных запоминающих устройств 16 и 17, синхронизатора 18, дифференциаторов 19 и 20, преобразователя информации в табличную форму 21, преобразователя информации в графическую форму 22, коммутатора 23, устройства сравнения полученной информации с эталонными значениями 24 и внешнего индикаторного устройства 25 в виде персонального компьютера. Выходы формирователей сигналов 4, 5 и 6 соединены с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя 7, выходы которого соединены с входами счетчиков импульсов 8, 9 и 10. Выходы счетчиков импульсов 8, 9 и 10 для согласования полученных сигналов с определенной временной отметкой соединены с входами соответствующих согласующих устройств 12, 13 и 14, к входам которых подсоединен измеритель времени 11. Выходы согласующих устройств 13 и 14 соединены с входом логического элемента «И» 15, выход которого, в свою очередь, соединен с входом оперативного запоминающего устройства 17. Выход согласующего устройства 12 соединен с входом оперативного запоминающего устройства 16. Выходы оперативных запоминающих устройств 16 и 17 соединены с входом синхронизатора 18, выход которого соединен с входом дифференциатора 19 для получения первой производной, выход которого соединен с входом дифференциатора 20 для получения второй производной. Выходы дифференциаторов 19, 20 соединены с входами преобразователей информации 21, 22, выходы которых соединены с входом коммутатора 23, третий вход которого соединен с выходом устройства сравнения полученной информации с эталонными значениями 24. Коммутатор 23 подсоединен к персональному компьютеру 25 через USB-разъем.

При монтаже устройства датчик частоты вращения 1 закрепляют на носке коленчатого вала двигателя. Поршень первого цилиндра двигателя внутреннего сгорания устанавливается в положение верхней мертвой точки (ВМТ) либо в положение, соответствующее началу цикла работы двигателя внутреннего сгорания, после чего на передний шкив коленчатого вала наклеивают светоотражающую метку и датчик синхронизации 2 по углу поворота вала устанавливают в положение, при котором сигнальное окно датчика находится напротив указанной метки. Датчик синхронизации 3 по моменту начала впрыска топлива устанавливают на топливоподающую трубку первого цилиндра двигателя внутреннего сгорания (при ее наличии). После монтажа и подключения питания устройство готово к работе.

Устройство работает следующим образом. Запись данных производится в установившемся режиме в режиме минимального устойчивого холостого хода ДВС. Сигнал от датчика частоты вращения 1 поступает на формирователь сигналов 4, сигнал от датчика синхронизации 2 по углу поворота вала двигателя на формирователь сигналов 5, и сигнал от датчика синхронизации 3 по моменту начала впрыска топлива, соответственно, на формирователь сигналов 6. При этом информация от датчика частоты вращения 1, датчиков синхронизации 2, 3, пройдя через соответствующие формирователи сигналов 4, 5 и 6, необходимые для приведения выходных значений диагностических сигналов от датчиков 1, 2, 3 к единой величине по уровню напряжения, поступает на аналого-цифровой преобразователь 7, где преобразуется в двоичный цифровой код. После преобразования и выхода из аналого-цифрового преобразователя 7 информация поступает на соответствующие счетчики импульсов 8, 9, 10 и согласующие устройства 12, 13, 14, на которые поступает также сигнал от измерителя времени 11. В результате на выходах согласующих устройств 12, 13, 14 формируются цифровые сигналы, имеющие временные метки и согласованные с началом рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания. Далее сигнал с согласующих устройств 13 и 14 поступает на логический элемент «И» 15, который формирует выходной сигнал, являющийся отметкой начала рабочего цикла в случае одновременного поступления входных сигналов от датчиков 2 и 3. Информация с логического элемента «И» 15 и с согласующего устройства 12 поступает соответственно на оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 17 и 16, где после завершения процесса записи информации на работающем двигателе (не более 2 минут) запускается процесс ее обработки. Накопленная в оперативных запоминающих устройствах 16 и 17 информация поступает на синхронизатор 18 и затем с его выхода поступает на дифференциатор для получения первой производной 19, где временные интервалы между отдельными импульсами от датчика частоты s преобразуются в текущие значения угловой скорости вала двигателя ω=ds/dt. Затем сигнал поступает для повторного дифференцирования на дифференциатор 20 для получения второй производной, на выходе которого получаются мгновенные значения углового ускорения вала двигателя ε=dω/dt. Далее информация поступает в преобразователи 21 и 22, представляющие собой микропроцессоры с соответствующим программным обеспечением, где преобразованная в табличную и графическую формы поступает в коммутатор 23, в который одновременно поступает информация с устройства сравнения 24 об эталонных значениях угловой скорости и углового ускорения при конкретном текущем значении угла поворота вала двигателя, после чего информация выводится на монитор персонального компьютера 25.

Неравномерность вращения оценивается путем определения амплитудных значений мгновенных значений угловой скорости и углового ускорения в определенный момент времени или в момент поворота вала двигателя на определенный угол от начала рабочего цикла двигателя. Анализ текущих значений угловой скорости и углового ускорения путем сопоставления с эталонными данными позволяет выявить неисправности конкретного цилиндра ДВС.

Заявленное устройство в сравнении с прототипом повышает оперативность и достоверность процесса определения технического состояния двигателя внутреннего сгорания, позволяет определять техническое состояние двигателя внутреннего сгорания любого известного типа без вмешательства в его конструкцию и использовать для индикации полученных мгновенных значений углового скорости и углового ускорения вала двигателя и их зависимостей от времени и угла поворота коленчатого вала внешнее индикаторное устройство (персональный компьютер), что дает возможность использовать предлагаемое устройство в составе современных технических средств измерений и диагностики.

Claims (1)

1. Устройство для контроля неравномерности вращения вала двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик частоты вращения, датчик синхронизации по углу поворота коленчатого вала двигателя, формирователи сигналов, счетчики импульсов, коммутатор, оперативные запоминающие устройства, индикаторное устройство, устройство сравнения, причем выход датчика частоты вращения подключен к входу первого формирователя сигналов, выход датчика синхронизации подключен к входу второго формирователя сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком синхронизации по моменту начала впрыска топлива, аналого-цифровым преобразователем, измерителем времени, согласующими устройствами, логическим элементом «И», дифференциаторами первой и второй производных, преобразователями информации в табличную и графическую форму, причем выход датчика синхронизации по моменту начала впрыска топлива соединен с входом третьего формирователя сигналов, выходы формирователей сигналов соединены с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы счетчиков импульсов и измерителя времени соединены с входами согласующих устройств, при этом выход первого согласующего устройства соединен с входом первого оперативного запоминающего устройства, а выходы второго и третьего согласующих устройств соединены с входом логического элемента «И», выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства, выходы которых, в свою очередь, соединены с входом синхронизатора, выход которого соединен с входом дифференциатора первой производной, а его выход соединен с входом дифференциатора второй производной и входами преобразователей информации, выход дифференциатора второй производной также соединен с входами преобразователей информации, выходы которых соединены с входами коммутатора, третий вход которого соединен с выходом устройства сравнения полученной информации, а выход - подсоединен к индикаторному устройству в виде персонального компьютера.

   

Images