Устройство для измерения параметров внутрицилиндрового давления двигателей внутреннего сгорания

 

Союз Советсиик

Сощнапнстичесинк

Рве убя

ОПИСАНИИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () ))934261 (6l ) Дополнительное к авт. свиа-ву (22)Заявлено 05.06.80 (21) 2938094/18-10 (51)М. Кл.

G 0l L 23/08 с присоединением заявки М

9куяврствавМ квинтет

СССР ао Флам вэебувтввкЭ и еткрыткй (23) Приоритет (53) УДК 531.787 (088.8) Опубликовано 07 . 06. 82 . Бюллетень ))й 21

Дата опубликования описания 07.06.82 внтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ВНУТРИЦИЛИНДРОВОГО ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к приборам и системам для испытания и диагностирования двигателей внут.реннего сгорания (ДВС).

Одними из основных .внутрицилиндровых параметров давления, характеризующих техническое состояние ДВС, являются давление сжатия (Р ) и давление расширения (Рек), измеряемые при определенных Значениях угла (ф) поворота коленчатого вала (ПКВ), а также среднее индикаторное давление (Р„-), которое определяется по формуле ь Ок

),=+(PU)d) =)) Р(ф) и<э)аа, 0 0 где P(h), Р(ф) - внутрицилиндровое давление как функ-ция от величины хода поршня h или от угла Ф;

h - максимальное значе0 ние хода поршня;

1с - коэффициент тактности (для 4-х тактного двигателя

)с= 2);

М(ф) — относительная npodh(+)

1 изводная функции хода поршня по уг10 лу, которая характеризует тип кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Известно устройство для измерения параметров внутрицилиндрового давления ДВС для разных цилиндров,ДВС с центральным КШМ без механического поворота панели формирователя функции

М(Ф), содержащее дополнительные группы ламелей, наборы формирователей

М(Ф), которые смещены относительно друг друга по углу в соответствии с пространственным положением кривоши3 93 пов коленчатого вала ДВС, при этом ламели подключены к делителю напряжения через переключатель, каждая дополнительная группа ламелей размещена на соответствующей дополнительной кольцевой панели, причем кольцевые панели установлены в пазах, выполненных в панели формирователя функции с возможностью вращения и

Фиксации в определенном положении(13.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения параметров внутрицилиндрового давления ДВС, содержащее датчик давления, датчик цикла, датчик угловых меток, вычитающий счетчик, группу вентилей, два программных переключателя, два блока постоянных запоминающих устройств, два дешифратора нуля, два триггера, три цифро-аналоговых преобразователя, реверсивный счетчик, переключатель входов, схему совпадения,,суммирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, дешифратор, преобразователь кода, сумматор-накопитель, индикатор и блок управления Г2 3.

Недостатком этого устройства является возможность измерения Р; только для ДВС с центральным КШМ, кроме того, не обеспечивается измерение Р и Р х .

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения среднего индикаторного давления в цилиндрах различных ДВС, а также давления сжатия и давления расширения.

Указанная цель достигается тем,что в устройство для измерения параметров внутрицилиндрового давления ДВС, содержащее датчик давления, датчик цикла, датчик угловых меток, вычитающий счетчик, два программных переключателя, аналого-цифровой преобразователь, постоянное запоминающее устройство, сумматор, группу вентилей и блок управления, причем датчик цикла соединен с первым входом блока управления, а датчик угловых меток - с первым входом вычитающего счетчика, введены счетчик, два регистра, распределитель сигналов, умножитель,а блок управления снабжен дополнительными входами и выходами, при этом датчик давления соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, датчик цикла

4261 4 подключен к первому входу счетчика и к второму входу вычитающего счетчика, третий вход которого соединен с первым программным переключателем, датчик угловых меток подключен к второму входу блока управления, третий вход которого соединен с выходом вычитающего счетчика, а четвертый - с выходом счетчика и первым

tO входом постоянного запоминающего устройства, остальные входы которого подключены каждый к соответствующему выходу распределителя сигналов, выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра, первый вход расщ пределителя сигналов соединен с выходом второго программного переключателя, а второй - с вторым входом. аналого-цифрового преобразователя, первым выходом блока управления и первым входом второго регистра, второй вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя,а выход — к второму входу умножителя, второй выход блока управления соединен с третьим входом умножителя, а его третий выход - с третьим входом сумматора и первым входом первого регистра, второй вход которого подключен к первому входу группы вентилей и четвертому выходу блока

35 управления, третий вход первого регистра соединен с выходом сумматора и вторым входом группы вентилей, выход которой подключен к выходу

40 устройства, пятый и шестой выходы блока управления соединены с вторым и .третьим входами счетчика соответственно, а его пятый и шестой входы с двумя входами устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема

45 устройства; на фиг.2 — функциональная схема блока управления.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 давления, датчик 2 цикла, датчик 3 угловых меток, программный переключатель 4, вычитающий счетчик

5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, регистр 7, счетчик 8, блок

9 управления., постоянное запоминающее устройство ПЗУ 10, распределитель 11 сигналов, программный переключатель 12, умножитель 13, регистр

14, группу вентилей 15, сумматор 16,i выход 17, входы 18 и 19, при этом

934261

5 выход датчика 1 соединен с первым входом преобразователя 6, выход датчика 3 подключен к первым входам счетчика 5 и блока 9, выход датчика 2 соединен с первым входом счетчика 8 и вторыми входами блока 9 и счетчика 5, третий вход которого подключен к выходу переключателя

4, а выход - к третьему входу блока

9, четвертый вход блока 9 соединен 0 с выходом счетчика 8 и первым входом запоминающего устройства 10, остальные входы которого подключены каждый к соответствующему выходу распределителя 11 сигналов, выход ПЗУ 10 1 соединен с первым входом сумматора умножителя 13, выход которого подключен к первому входу сумматора

16, второй вход которого соединен с выходом регистра 14, первый вход 20 распределителя 11 сигналов соединен с выходом переключателя 12, а второй - с вторым входом АЦП 6, первым выходом блока 9 и первым входом регистра 7, второй вход которого под- 2$ ключен к выходу АЦП б, а выход - к второму входу умножителя 13, второй выход блока 9 соединен с третьим входом умножителя 13, а его третий выход - с третьим входом сумматора Эв

16 и первым входом регистра 14,второй вход которого подключен к первому входу группы вентилей 15.и четвертому выходу блока 9, а третий вход регистра 14 соединен с выходом сумматора 16 и вторым входом группы вентилей 15, выход которой подключен к выходу 17 устройства, пятый и шестой выходы блока 9 соединены с вторым и третьим входами счетчика р

8 соответственно, а его пятый и шестой входы - с двумя входами 19 и

18 устройства.

Блок 9 управления (фиг.2) включает в себя дешифратор 20 нуля, схему 21 сборки, триггеры 22 и 23, схемы

24 и 25 совпадения, формирователь 26 импульсов заднего фронта, схему 27 совпадения, дешифратор 28, схему 29 сборки, схемы 30-32 задержки, при этом вход дешифратора 20 соединен с третьим входом блока 9, а выходс первым входом триггера 22, второй вход которого подключен к выходу схемы 21 сборки, а выход - к первому входу схемы 25 совпадения, первый вход триггера 23 соединен с вторым входом блока 9 и первым входом схемы 21 сборки, второй вход которой подключен к выходу формирователя

26 и к первому входу схемы 29 сборки, второй вход которой соединен с выходом дешифратора 28 и вторым входом триггера 23, выход триггера

23 подключен к первому входу схемы

24 совпадения, второй вход которой соединен с шестым входом блока 9, третий вход схемы 24 совпадения

1подключен к выходу схемы 25 совпадения, к первому входу схемы 27 cosпадения, к входу схемы 30 задержки и к первому выходу блока 9, а ее выход - к пятому выходу блока 9, второй вход схемы 27 совпадения соединен с пятым входом блока 9, а ее выход - с входом формирователя

26 и с шестым выходом блока 9, первый вход которого подключен к второму входу схемы 25 совпадения, выход схемы 29 сборки соединен с входом схемы 32 задержки, выход которой подключен к четвертому выходу блока 9, четвертый вход которого соединен с входом дешифратора

28, выход схемы 30 задержки подключен к второму выходу блока 9 и к входу схемы 31 задержки, выход которой соединен с третьим выходом блока 9.

Перед началом измерения осуществляется программирование устройства при помощи программных переключателей 4 и 12. Выбор конкретного цилиндра ДВС осуществляется при помощи переключателя 4, при этом на его выходе формируется код угла между пространственным расположением кривошипов опорного (первого и исследуемого) цилиндра или коды углов, при которых необходимо измерять параметры давления в исследуемом ци". линдре, например Ре эа 12 до ВИТ о исследуемого цилиндра, Ре - через

36 после соответствующей ВИТ.

Выбор одного из блоков ПЗУ 10 осуществляется программным переключателем 12. При этом в первых 9, по порядку их адресации (g " 0 1

2...,6), ячейках каждого иэ блоков

ПЗУ 10 записаны коды отдельных отсчетов функции И (ф) соответствующей типу КШИ (при этом значение Р; вырамается в единицах давления), а в (9+1)-х.ячейках блоков записаны коды масштабных коэффициентов, позволяющих получать значение Р и Ре в единицах давления.

7 93426

Устройство работает в двух режимах.

В режиме 1 осуществляется измерение Р в одном из цилиндров ДВС. При этом производится измерение мгновенного значения давления Р (ф ), считывание соответствующего М ф ) с выхода одной из первых 0 ячеек блока ПЗУ, последовательное суммирование в течение цикла работы ДВС произведений P (ф ) x M (ф -) для всех Ф и выдача P через выход 17 устройства.

В режиме 2 осуществляется измерение мгновенного значения давления в цилиндре при заданном значении угла, т.е. Р, Рех, считывание соответствующего масштабного коэффициента из (0+1)-х ячеек блока ПЗУ, перемноже- ние соответствующих кодов и выдача параметра давления через выход 17.

Режим 1 задается подачей "1" на вход 18 устройства.

Ф

Датчик 1 преобразует давление в напряжение электрического тока,которое поступает на информационный вход АЦП 6. Датчик 2 в начале каждого цикла работы ДВС формирует на своем выходе короткий сигнал (отметка ВМТ опорного цилиндра). Этим импульсом осуществляется запись кода с выхода переключателя 4 и вычитающий счетчик 5 и установка в "0" счетчика 8 адреса, а также этот импульс поступает на второй вход блока 9.

С второго входа блока 9 импульс поступает на вход установки в "0" триггера 23, а через схему 21 сборкина вход установки в "0" триггера 22.

Датчик 3 формирует на своем выходе угловые метки (импульсы, квантующие по углу ПКВ цикл работы ДВС), 4О которые поступают на счетный вход вычитающего счетчика 5 и на первый вход блока 9. С первого входа блока

9 угловые метки поступают на вход схемы 25 совпадения. При равенстве числа импульсов, поступивших на

45 счетный вход счетчика 5, числу, предварительно записанному в него с выхода переключателя 4, на выходе счетчика 5 формируется код нуля и поступает на третий вход блока 9. С третьего входа блока 9 код поступает на дешифратор 20 нуля, который формирует на своем выходе импульсы всякий раз, когда на его вход поступает -код нуля. При этом импульсы с выхода дешифратора 20 устанавли.вают триггер 22 в состояние "!" и раэблокируют схему 25 совпадения.

1 8

В результате этого угловые метки, поступающие на другой вход схемы

25, проходят на ее выход и далее на первый выход блока 9 и на вход схемы 30 задержки, а через разблокированную B данном режиме схему

24 совпадения - на пятый выход блока 9.

С пятого выхода блока 9 угловые метки поступают на вход счетчика 8 адреса, код на выходе которого является адресом соответствующей ячейки в каждом иэ блоков ПЗУ 10.

С первого выхода блока 9 импульсы поступают на входы распределителя

11 сигналов, АЦП 6 и регистра 7. Запуск АЦП 6 осуществляется передним фронтом импульса, поступающего на вход запуска, а результат преобразо.вания с выхода переписывается в регистр 7 по заднему фронту этого же импульса (длительность импульса запуска должна быть больше времени преобразования АЦП 6).

В распределителе 11, на один из входов которого поступает код с выхода переключателя 12, импульсы, поступившие с первого выхода блока 9, проходят, в зависимости от кода, на один из его выходов, каждый из которых соединен с входом считывания соответствующего блока ПЗУ 10. При этом выходные импульсы задерживаются относительно входных на величину,необходимую для установления кода на выходе счетчика 8 и выбора соответствующих ячеек в блоках ПЗУ !О. Затем коды с выхода выбранного блока

ПЗУ 10 поступают на один вход умножителя 13, на.другой вход которого поступают коды с выхода регистра 7.

Умножитель 13 осуществляет перемно жение кодов, поступающих на оба его входа. Запуск умножителя 13 осуществляется импульсами, поступающими с второго выхода блока 9.

Импульсы на втором выходе блока 9 формируются с задержкой по отношеwe к импульсам, формируемым на первом выходе блока 9. Импульсы, поступающие на первый вход блока 9, поступают также на вход схемы 30 задержки и далее с ее выхода - на второй выход блока 9. Величина этой задержки определяется временем, необходимым для установления кодов множителей на входах умножителя !3.

С выхода умножителя 13 код произведения Р(ф ) х М(Ф -) поступает на

9 934261 один вход сумматора i6 другой вход которого соединен с выходом регистра 14. Запуск сумматора 16 осуществляется передним фронтом импульсов с третьего выхода блока 9. Импульсы на третий выход блока 9 поступают с выхода схемы 31 задержки, которая задерживает импульсы, поступающие на ее вход с выхода схемы 30 задержки, на величину, необходимую для -le выполнения операции перемножения двух кодов.

В регистре 14 в течение каждого цикла работы ДВС накапливается сумма предыдущих результатов умножения, которая затем суммируется с текущим результатом умножения в сумматоре

16, вновь запоминается в регистре

14 и так до окончания цикла работы.

Результат очередного суммирования переписывается с выхода сумматора

16 в регистр 14 по заднему фронту импульсов с третьего выхода блока

9, что позволяет исключить переходные процессы в сумматоре 16 и обеспечивает надежную запись результатов суммирования.

В конце каждого цикла измерения на четвертом выходе блока 9 формируется импульс. Этот импульс формируется дешифратором 28, когда ячейки блока ПЗУ 10 от первой 1 = 0 до ) е Р опрошены, и на входе дешифратора формируется соответствующий код. Тогда на выходе дешифрато3$ ра 28 формируется соответствующий импульс, который через схему 29 сборки поступает на вход схемы 32 задержки, на выходе которой он появляется с задержкой на величину времени, необходимого для выполнения операций умножителем и сумматором,. и поступает на четвертый выход блока 9. По nåðeäíåìó фронту этого импульса через разблокированную группу вентилей 15 выдается код Р„ на

45 выход 17 устройства, а по заднему фронту этого импульса происходит установка в состояние "0" регистра

14 и подготовка -его, тем самым, к новому циклу измерения.

Режим 2 задается подачей "l на вход 19 устройства.

Сигнал с выхода датчика 1 поступает на информационный вход АЦП 6.

Импульсом отметки ВМТ опорного цилиндра с выхода датчика 2 осуществляется запись кода с выхода переключателя 4 в вычитающий счетчик 5

10 установка в "0" счетчика 8 адре=а, а также этот импульс поступает на второй вход блока 9. С второго входа блока 9 импульс поступает на вход установки в "0" триггера 23, а через схему 21 сборки - на вход установки s "0" триггера 22.

Угловые метки с выхода датчика

3 поступают на счетный вход вычитающего счетчика 5 и на первый вход блока 9. С первого входа блока

9 угловые метки поступают на вход схемы 25 совпадения. При равенстве числа импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 5, числу, предварительно записанному в него с выхода переключателя 4, на выходе счетчике 5 формируется код нуля.

Этот код поступает на третий вход блока 9. С третьего входа блока 9 код поступает на дешифратор 20 нуля, который при этом формирует на своем выходе импульс, последний устанавливает триггер 22 в состояние "1" и разблокирует схему 25 совпадения,в результате чего ближайшая угловая метка, поступившая на другой вход схемы 25 проходит на ее выход, а затем на первый вход блока 9 и на вход схемы 20 задержки, и через раз" блокированную в данном режиме схему

27 совпадения - на шестой выход бло" ка 9 и на вход формирователя 26 импульсов заднего фронта, который формирует на своем выходе короткий импульс в момент окончания импульса на входе и устанавливает через схему 21 сборки в состояние "0" триггер 22, который, в свою очередь, блокирует схему 25 совпадения. В результате этого последующие импульсы угловых меток, поступающие на . вход схемы 25 совпадения,на ее выход не проходят. .Кроме того, импульс с выхода формирователя 26 через схемы 29 сборки поступает на вход схемы 32 задержки, с выхода которой через заданную величину задержки поступает на чет,вертый выход блока 9.

Импульс с шестого выхода блока 9 устанавливает все разряды счетчика

8 адреса в состояние "1". При этом код, формируемый на выходе счетчика

8, является адресом (8+1)-й ячейки в наждом иэ.блоков 10.

Импульсы с первого выхода блока 9 поступают на входы распределителя

l1 сигналов и запуска АЦП 6, который

934261 запускается в этом режиме один раз за цикл. Запуск АЦП 6 осуществляется передним фронтом импульса, поступающего на вход запуска, а в результате преобразования с выхода переписывается в регистр 7 по заднему фронту этого же импульса.

В распределителе ll, на один из входов которого поступает код с выхода переключателя 12, импульсы, поступившие с первого выхода блока

9, проходят в зависимости от кода на один из его выходов, каждый из которых соединен с входом считывания соответствующего.ПЗУ 10. При этом вы- ls ходные. импульсы задерживаются относительно входных на величину, необхоГ димую для установления кода на выходе счетчика 8 и выбора (Р+1).-x ячеек в блоках ПЗУ 10.

Затем коды с выхода блока 10 поступают на один вход умножителя 13, а на другой вход поступает, код с выvopa регистра 7, Умножитель перемножает оба кода, поступивших íà его ys входы. Запуск умножителя 13 осуществляется импульсами, поступающими со второго выхода блока 9, которые формируются так же, как и в режиме 1.

C выхода умножителя 13 код поступает 39 на один вход сумматора 16, другой вход которого соединен с выходом регистра 14. При этом в режиме 2 в регистре 14 хранится код нуля,так как каждый раз после окончания цикла измерения регистр 14 устанавss ливается в состояние. "0". Запуск сумматора 16 осуществляется передним фронтом импульса с третьего выхода .блока 9, а запись результата суммирования в регистр 14 осуществляется задним фронтом этого же импульса, который формируется так же, как и в режиме 1.

По переднему фронту импульса с

4S четвертого выхода блока 9 через разблокированную группу вентилей 15 выдается код Р или Ре на выход 17 устройства, а по заднему фронту этого импульса происходит установка в состояние "0" регистра 14.

Предлагаемое устройство обеспечивает измерение давления сжатия Р, давления расширения РЕ> и среднего индикаторного давления Р в различных цилиндрах ДВС с произвольным кривошипно-шатунным механизмом..

12

Использование устройства обеспечивает сокращение затрат на измерительную аппаратуру для диагностирования ДВС с нецентральным кривошипно-шатунным механизмом.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров внутрицилиндрового давления двигателей внутреннего сгорания, содержащее датчик давления, датчик цикла, датчик угловых меток, вычитающий счетчик, два программных переключателя, аналого-цифровой преобразователь,постоянное запоминающее устройство, сумматор, rpynny вентилей и блок управления, причем датчик цикла соединен с первым входом блока управления, а- датчик угловых метокс первым входом вычитающего счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства эа счет обеспечения измерения среднего инди каторного давления в цилиндрах раз-. личных двигателей внутреннего сгорания, а также давления сжатия и давления расширения, в него введены счетчик, два регистра, распределитель сигналов, умножитель, а блок управления снабжен дополнительными входами и выходами, при этом датчик давления соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, датчик цикла подключен к первому входу счетчика и к второму входу вычитающего счетчика, третий вход которого соединен с первым программным переключателем, датчик угловых меток подключен к второму мходу блока управления, третий вход которого соединен с выходом вычитающего счетчика, а четвертый - с выходом счетчика и первым входом постоянного запоминающего устройства, остальные входы которого подключены каждый к соответствующему выходу распределителя сигналов, выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом nepaoro регистра, первый вход распределителя сигналов соединен с выходом второго программного переключателя, а второй - с вторым входом аналого-цифрового

13 934261 преобразователя, первым выходом блока управления и первым входом второго регистра, второй вход которого подключен к выходу аналого-циФрового преобразователя, а выход - к второму S входу умножителя, второй выход блока управления соединен с третьим входом

i умножителя, а его третий выход - с третьим входом, сумматора и первым входом первого регистра, второй вход которого подключен к первому входу группы вентилей и четвертому выходу блока управления, третий вход первого регистра соединен с выходом сум14 матора и вторым входом группы вентилей, выход которой подключен к выходу устройства, пятый и шестой выходы блока управления соединены с вторым и третьим входами счетчика соответственно, а его пятый и шестой входы - с двумя входами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

У 502263,кл. G 01 L 23/08, 1974.

2.Авторское свидетельство CCCP no заявке И 2916156/18-10, кл. G 01 L 23/08, 1980 (прототип).

934261

Составитель И. Сумцов

Теехред Е. Харитончик Корректор М. Коста

Редактор Г. Ус

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раувская наб., д. 4/5

Заказ 3913/34

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная,4