SU1183846A1 - Устройство дл измерени мощности цилиндров двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ тЛИЕЦРОЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, .содержащее датчик частоты вращени  вала двигател , селектор уровн , датчик синхронизации, блок формировани  начала отсчета угловьпс меток, блок формировани  угловых меток и задатчик номера угловой метки, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  в услови х эксплуатации, в него дополнительно введены самообнул ющийс  счетчик с регулируемой емкостью, блок синхронизации начала отсчета угловых меток,задатчик угловых меток цикла, формирователь строба , преобразователь частоты следовани  импульсов в напр жение, сглаживающий фильтр, ключ выделени  рабочего хода поршн  цилиндра, дифференциатор , инвертор, переключатель разгона-выбега, управл ющий интегратор , ключ пам ти, запоминающее устройство и цифровой вольтметр , при этом вход ключа вьщелени  рабочего хода поршн  цилиндра соединен с выходом дифференциатора, а выход - с входом инвертора и переключател  разгона-выбега, управл ющий вход ключа вьделени  рабочего хода поршн  цилиндра соединен с выходом формировател  строба, выход переключател  разгона-выбега соединен с сигнальным входом управл ющего интегратора , выход которого соединен через сглаживающий фильтр, ключ пам ти и запоминающее устройство с цифровым i вольтметром, причем управл ющие входы ключа пам ти и вольтметра соединены (Л с выходом селектора уровн , управл ющий вход самообнул ющегос  счетчика с регулируемой емкостью соединен с выходом задатчика угловых меток цикла, первый установочный вход св зан с выходом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, 00 второй счетныйвход - с датчиком со частоты вращени  вала двигател , пер00 вый выход св зан с входом интегратоij; ра, а второй выход - с сигнальным входом блока формировани  угловых О) меток, управл ющий вход которого св зан с задатчиком номера угловых меток, а выход - с входом формировател  строба, вход блока синхронизации начала отсчета угловых меток св зан с выходом блока формирова ,ни  начала отсчета, вход которого, в свою очередь,соединен с датчиком синхронизации.

Description

1

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано дл  измерени  мощности двигателей внутреннего сгорани .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  в услови х эксплуатации.

На чертеже приведена блок-схема устройства дл  измерени  мощности цилиндров.

Устройство содержит датчик 1 частоты вращени , выход которого соединен с входом преобразовател  2 частоты следовани  импульсов в напр жение и счетным входом счетчика 3 угловых меток цикла, дифференциатор 4, вход которого соединен с выходом преобразовател  2 и входом сглпживающего фильтра 5, а выход св зан с сигнальным входом линейного ключа 6 выделени  ускорени  цилиндров , управл ющий вход ключа 6 соединен с выходом формировател  7 строба, а выход - с входом инвертора 8 и через переключатель 9 разгона-выбега - с сигнальным входом интегратора 10 со сбросом, сглаживаю ций фильтр 11 , вход которого соединен с выходом интегратора 10, а выход - с сигнальным входом линейного ключа 12 пам ти, селектор 13, сигнальный вход которого св зан с выходом фильтра 5, а выход - с упра л ющими входами ключа 12 и вольтметра 14, запоминающее устройство 15, вход которого соединен с выходом ключа 12, а выход - с сигнальным входом измерител  ускорений (вольтметром 14), датчик 16 синхронизации выход которого соединен с входом блока 17 формировани  начала отсчета угловых меток, выход блока 17 соединен с сигнальным входом блока 18 синхронизации налача отсчета угловых меток, выход блока 18 соединен с установочным входом счетчика 3, управл ющий вход счетчика 3 соед нен с выходом задатчика 19 угловых меток цикла, первьй выход счетчика 3 св зан с сигнальным входом блока 20формировани  угловых меток (контролируемого цилиндра), а второй выход - с управл ющим входом интегратора 10 со сбросом, задатчик

21номера угловых меток (контролируемого цилиндра) соединен с; управл ющим входом блока 20, формирователь 7 строба соединен с вьпсо838462

дом блока 20. Селектор 13 уровн  содержит управл ющий вход 22, а управл ющий блок 18 синхронизации начала отсчета угловых меток - управ5 л ющий вход 23.

Датчик 1 частоты вращени  формирует стандартные импульсы, частота по влени  которых пропорциональна угловой скорости вращени  вала U) , а количество Ntp- углу поворота Ч коленчатого вала двигател . Последовательность этих импульсов преобразуетс  в преобразователе 2 частоты следовани  импульсов в напр жение . Это напр жение дифференцируетс  дифференциатором 4 и поступает на сигнальный вход линейного ключа 6. Линейный ключ 6 пропускает сигнал на свой выход только в течение действи  строба, поступивщего на его управл ющий вход.

Фильтр 5 осуществл ет сглаживание (скольз щее усреднение) измен ющейс  в разгоне угловой скорости. Врем  усреднени  выбираетс  примерно равным одному или двум поворотам вала . на 360 в окрестности той частоты вращени , где необходимо оценить мощности цилиндров о Селектор 13 уровн  непрерывно следит за измен ющейс  в разгоне частотой вращени  (усредненной угловой скоростью) и фиксирует момент достгокени  двигателем заданного значени  частоты вращени  судр , т.е. формирует импульс дл  управлени  ключом 12 пам ти и вольтметром 14. Инвертор 8 включаетс  переключателем 9 только на выбеге и преобразует отрицательное ускорение в положительное. Интегратор 10 со сбросом осуществл ет усреднение (интегрирование) сигнала в течение времени между импульсами , поступающими на его управл ющий вход. С поступлением импульса на управл ющий вход интегратор обнул етс . Сглаживающий фильтр 11 производит дополнительное усреднение сигнала, в том числе сглаживает участки действи  управл ющих импульсов, Ключ 12 пам ти служит дл  прекращени  подачи на запоминающее устройство 15 сигнала после момента поступлени  на его управл ющий вход импульса с выхода селе тора 13 уровн . Запоминающее устройство 15 запоминает среднее значение напр жени , поступающего с выхо3 да ключа 12. Управл ющим импульсом с выхода селектора уровн  включаетс  в работу вольтметр 14, измер ющий напр жение на выходе устройства 15, которое характеризует ускорение цилиндра и его мощность. Датчик 16 синхронизации формируе один импульс за цикл работы двигател  . Момент по влени  импульса синхронизации соответствует определенному моменту цикла работы. В качестве датчика 16 может быть исполь зован, например, датчик начала подачи или впрыска топлива в один из цилиндров в дизельных, датчик искры зажигани  одного из цилиндров в карбюраторных двигател х. Блок 1 формировани  начала отсчета угловых меток вьщел ет передний фронт импул са датчика 16 синхронизации. Если на управл ющем входе 23 сто ит сигнал О, блок 18 синхронизации пропускает непрерывно импульсы, сформированные в блоке 17, на устан вочный вход счетчика 3 и устанавливает этими импульсами счетчик 3 в нулевое положение. При поступлении на вход 23 импульсного сигнала 1 блок 18 вьщел ет передний фронт это го сигнала, которьй проходит на уст новочный вход счетчика 3 дл  его об нулени . Поступивший вслед за зтим импульс с выхода блока 17, который соответствует переднему фронту вибр импульса впрыска, происходит через блок 18 синхронизации дл  обнулени  счетчика 3. Последующие импульс с выхода блока 17 на счетчик rfe проход т, так как вход блока синхро низации заблокирован. Блок 17 формировани  начала отсч та включает в себ  последовательно соединенные пиковый детектор, дифференциатор и формирователь импульсов (триггер Шмитта). Посто нна  вр мени зар да пикового детектора выби раетс  из услови  неискаженного вьщ лени  переднего фронта виброимпульс а разр да - из услови  разр да емкости на 80-90% к моменту прихода следующего виброимпульса от впрыска топлива в тот цилиндр, на которо установлен вибродатчик (в области номинальной частоты вращени ). Применение такой схемы блока 17 позвол ет устранить помехи от впрысков топлива в другие цилиндры и от соуд рени  деталей. 464 Блок 18 синхронизации начала отсчета угловых меток представл ет собой статический триггер и схему ; вьщелени  переднего фронта, на один вход триггера поступают импульсы с выхода блока 17, на второй вход 23 сигналы О или импульсный 1, которые подаютс  по команде или оператором с помощью кнопки. Счетчик 3 угловых меток цикла представл ет собой самообнул ющийс  счетчик. Обнуление его производитс  при накоплении счетчиком определенного числа импульсов, которое предварительно установлено с помощью задатчика 19 числа угловых меток цикла . Это число (емкость счетчика) устанавливаетс  в соответствии с удвоенным числом зубьев (угловых меток) на венце маховика контролируемого двигател  . Независимо от числа подсчитанных счетчиком 3 импульсов его обнуление может проводитьс  поступившим на установочный вход импульсом с выхода блока 18. Блок 20 формировани  угловых меток представл ет собой дешифратор, с выхода которого поступают на формирователь 7 строба цилиндра импульсы, подсчитанные счетчиком 3, которые соответствуют началу и концу рабочего такта контролируемого цилиндра (или части этого такта). Задатчик 21 номера цилиндра представл ет собой коммутатор (переключатель), управл ющий работой дешифратора (блока 20). Принцип действи  предлагаемого устройства при измерении индикаторной мощности отдельных цилиндров двигател  без их отключени  заключаетс  в измерении среднего значени  ускорений на участке работы провер емого двигател  в разгоне, затем в выбеге на этом же участке (или наоборот)и вычитании (алгебраически) второго значени  из первого. Дл  этого с помощью датчика 1 угловой скорости, датчика 16 синхронизации, счетчика 3 угловых меток, блоков 20, 7 формировани  и задатчиков 19 и 21 формируетс  строб, длительность которого соответствует участку работы контролируемого цилиндра. Этот строб управл ет линейным ключом 6, который пропускает на свой выход в течение действи  указанного строба напр жение , соответствующее мгновенным значени м ускорени . Ускорение, поступившее на сигнальный вход ключа 6, формируетс  путем преобразовани  частоты Следовани  импульсов (углов меток) датчика 1 в напр жение в преобразователе 2 и его дифференцированием в дифференциаторе 4. В режме разгона непосредственно, а в режме выбега через инвертор 8 напр жение с выхода ключа 6 поступает на сигнальный вход интегратора 10 со сбросом и далее через сглаживающий фильтр 11 на сигнальный вход ключа 12 пам ти. С помощью интегратора 10

фильтра 11 осуществл етс  вьщеление I 1

среднего значени  ускорени  контролируемого цилиндра за цикл работы двигател . Дл  оценки мощности цилиндров при заданном скоростном режиме осуществл етс  скольз щее сглаживание (усреднение) выходного напр жени  преобразовател  2 с помощью фильтра 5. Сглаженное фильтро 5 напр жение поступает на сигнальны вход селектора 13, на управл ющий вход 22 которого подаетс  напр жени соответствующее требуемому скоростному режиму Wgpоценки мощности цилиндров. При достижении двигателем угловой скорости uJ(jn с выхода селектора 13 подаетс  на вход ключа 15 пам ти импульс, который блокирует вход запоминающего устройства . Оставшеес  в запоминающем устройстве 15 напр жение, соответствую щее среднему значению ускорени , создаваемого работой контролируемого цилиндра, измер етс  вольтметром 14.

При измерении мощности двигател  в целом работа устройства аналогична описанному за исключением того, что ключ 6 непрерывно пропускает сигнал.

Измерение мощности цилиндра, участок работы которого характеризуетс  моментом поступлени  после по влени  сигнала датчика 16 синхронизации N1/ и М.импульсов датчика 1 угловой скорости, происходит следующим образом. Перед началом измерени  вручную или по команде оператора задатчиком 19 устанавливаетс  требуема  емкость счетчика 3, а задатчиком 21 - номера импульсов М1..и NI , кроме того, на вход 22 подаетс  напр жение, соответствующее требуемому значению скорости 00 .., на входе 23 устанавливаетс  сигнал О, переключатель 9 устанавливаетс  в положение соответствующее разгону двигател . Нажатием кнопки или по команде управл ющего устройства диагностической системы на вход 23 блока 18 синхронизации подаетс  импульсный сигнал 1. Передний фронт этого сигнала обнул ет счетчик 3. С приходом импульса синхронизации с датчика 16 блокируетс  вход блока 18, а передним фронтом этого импу ьса вновь обнул етс  счетчик 3, затем начинаетс  накопление импульсов счетчиком 3 угловых меток датчика 1. После накоплени  числа импульсов , равного удвоенному числу зубьев (угловых меток) маховика, счетчик задним фронтом последнего импульса самообнул етс  и с приходом следующего импульса вновь начинаетс  их накопление. Таким образом, первый импульс, подсчитанный счетчиком . Соответствует одному и тому же зубу (угловой метке), следующему непосредственно за началом впрыска топлива в цилиндр, на котором установлен датчик 16. Так как вход блока 18 заблокирован, то счетчик 3 непрерывно накапливает импульсы, начина  с указанного первого импульса Далее в разгоне и выбеге указанна  углова  метка будет слулсить опорной котора  определ ет выделение предполагаемого интервала работы Ц тиндра .

Затем устанавливают двигатель режима минимальной частоты вращени  холостого хода и резкой подачей топлива двигатель разгон етс  до максимальной угловой скорости.

Каждым импульсом с выхода блока 17 формировани  начала отсчёта угловых меток счетчик 3 обнул етс  и приходом вслед за этим первого импульса с датчика 1 угловой скорости счет возобновл етс . При накоплении счетчиком числа импульсов, установленного задатчиком 19, последним импульсом счетчик самообнул етс . Независимо от этого обнуление счетчика 3 производитс  импульсом .с выхода блока 18. Несовпадение этих импульсов, как правило не превьппает интервала между соседними угловыми метками и при достаточном их числе (больше ста) вносима  погрешность ничтожна. Кроме того, после момента впрыска до момента начала горени  газовые силы, характеризующие индикаторную мощность цилиндра, еще не формируют положительного ускорени . В соответ ствии с установленными задатчиком 2 номерами импyльcoвN f и Nt фор-мирователь 7 формирует строб, который открывает ключ 6 на врем  дей стви  строба. Селектор 13 уровн  непрерывно следит за увеличивающейс  скоростью двигател . На сигнальный вход ключа 6 непрерывно подаетс напр жение, соответствующее ному значению ускорени  коленчатого вала двигател , а на управл ющий вход этого ключа непрерывно подаетс  строб, соответствующий угловому положению рабочего участка контролируемого цилиндра. После сглаживани  интегратором 10 и фильтром 11 пропущенного ключом 6 сигнала на входе ключа 12 пам ти непрерывно присутствует напр жение, которое соответствует среднему значению ускорени  за каждый цикл работы двигател , вызванного рабочими процессами контролируемого цилиндра на всем прот жении разгона. До момента достижени  требуемой угловой скорости ключ 12 открыт и запоминаю щее устройство 15 непрерывно запоминает подаваемое на его вход напр жение . При достижении угловой скорости Со 5р селектор 13 уровн  срабатывает и формирует на своем выходе сигнал, который, воздейству  на управл ющий вход ключа 12.пам ти блокирует его сигнальный вход. Одно временно этим же сигналом включаетс  в работу вольтметр 14, который измер ет напр жение, соответствующее ускорению разгона контролируемого цилиндр а. I Затем убирают полностью подачу топлива и аналогично измер ют ускорение на том же участке в режиме вы бега, соединив предварительно с помощью переключател  9 вход интегратора 10 с выходом инвертора 8. Вычт полученное значение ускорени  из из меренного в разгоне, определ ют ускорение коленчатого вала двигател , вызванное только процессами горени  и сжати  в контролируемом цилиндре, и определ ют по известному значению момента инерции мощность цилиндра на частоте . При этом на выбеге в качестве опорной будет та углова  метка, котора  следует непосредственно за моментом последнего впрыска топлива в цилиндр . В св зи с тем, что на сигнальный вход запоминающего устройства 15 непрерывно подаетс  напр жение, эквивалентное временной зависимости среднего значени  ускорени , вызванного работой контролируемого цилиндра в процессе всего разгона или выбега , в отличие от известного в предлагаемом устройстве отсутствует необходимость многократного измерени  с целью сохранени  идентичных условий работы цилиндров по скоростному режиму и расходу топлива. В режиме разгона двигател  импульс впрыска топлива может расцгир тьс  и по вл ютс  дополнительные всплески, которые могут быть прин ты за начало впрыска топлива. Так как с ростом частоты вращени  впрыск топлива смещаетс  в сторону позднего угла и, кроме того, между моментами впрыска и начала горени  еще не создаетс  положительного ускорени  коленчатого вала, то с целью повышени  помехоустойчивости измерений возможно выделить опорную угловую метку только один раз в стационарном режиме частоты вращени  или в начале разгона. В этом случае по команде (импульсной 1 на входе 23) или нажатием кнопки первый импульс впрыска проходит через блок 18 синхронизации начала отсчета угловьпс меток и обнул ет счетчик 3. С приходом первого импульса с датчика 1 частоты вращени  счетчик 3 начинает накапливать импульсы , при накоплении счетчиком 3 числа импульсов, заданных задатчиком 19 числа угловых меток цикла, последним импульсом счетчик обнул етс , с приходом следующего импульса с датчика 1 счет возобновл етс  . Последующие импульсы впрыска с датчика 16 не проход т на установочный вход счетчика 3, так как его вход заблокирован (по команде 1 на входе 23 статический тригrep в блоке 18 устанавливаетс  в такое положение, что только первый импульс впрыска переворачивает триггер в другое устойчивое состо ние и последующие импульсы впрыска изменить его не могут).

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, селектор уровня, датчик синхронизации, блок формирования начала отсчета угловых меток, блок формирования угловых меток и задатчик номера угловой метки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях эксплуатации, в него дополнительно введены самообнуляющийся счетчик с регулируемой емкостью, блок синхронизации начала отсчета угловых меток,задатчик угловых меток цикла, формирователь строба, преобразователь частоты следования импульсов в напряжение, сглаживающий фильтр, ключ вьщеления рабочего хода поршня цилиндра, дифференциатор, инвертор, переключатель разгона-выбега, управляющий интегратор, ключ памяти, запоминающее уст- ройство и цифровой вольтметр', при этом вход ключа вьщеления рабочего хода поршня цилиндра соединен с выходом дифференциатора, а выход - с входом инвертора и переключателя разгона-выбега, управляющий вход ключа выделения рабочего хода поршня цилиндра соединен с выходом формирователя строба, выход переключателя разгона-выбега соединен с сигнальным входом управляющего интегратора, выход которого соединен через сглаживающий фильтр, ключ памяти и запоминающее устройство с цифровым _ вольтметром, причем управляющие входы S ключа памяти и вольтметра соединены с выходом селектора уровня, управляющий вход самообнуляющегося счетчика с регулируемой емкостью соединен с выходом задатчика угловых меток цикла, первый установочный вход связан с выходом блока синхронизации начала отсчета угловых меток, второй счетный·вход - с датчиком частоты вращения вала двигателя, первый выход связан с входом интегратора, а второй выход - с сигнальным входом блока формирования угловых меток, управляющий вход которого связан с задатчиком номера угловых меток, а выход - с входом формирователя строба, вход блока синхронизации начала отсчета угловых меток связан с выходом блока формирования начала отсчета, вход которого, в свою очередь,соединен с датчиком синхронизации.