Индицирование двигателей


Индицирование двигателя. Индикаторы Майгак. Диаграммы

Под индицированием понимается снятие с последующей обработкой индикаторных диаграмм, представляющих собой графическую зави­симость развиваемого в рабочем цилиндре давления в функции хода поршня S или пропорционального ему объема цилиндра Vs (см. рис. 1 и 2).

Индикаторы «Майгак»

Диаграммы снимаются с каждого рабочего цилиндра с помощью спе­циального прибора — индикатора поршневого типа «Майгак». Наличие диаграммы позволяет определить важные для анализа рабочего процесса параметры Рi, Рс и Рмакс. Диаграмма на рис. 1 типична для двигателей, при эксплуатации которых главная задача состояла в снижении уровня механической напряженности и содержания в выхлопе окислов азота. Для этого, как уже ранее отмечалось, осуществляется более поздний впрыск топлива и сгорание происходит с меньшим ростом давления и температур в камере сгорания.

Рис. 1 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ KL-MC

Если же главная цель состоит в повышении экономичности двигателя, то сгорание организуется с более ранней подачей топлива и, соответс­твенно, большим ростом давлений. При наличии электронной системы управления подачей топлива такая перестройка легко осуществляется.

На диаграмме рис. 2 четко видны два горба — сжатие и затем сгора­ние. Такой характер достигнут за счет еще более поздней подачи топлива. На рисунках приведены два вида диаграмм — свернутая, по которой оп­ределяется среднее индикаторное давление, и развернутая, позволяющая визуально оценить характер развития процессов. Подобные диаграммы можно получить при использовании поршневого индикатора «Майгак», для которого необходимо наличие индикаторного привода, позволяющего

Рис. 2 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ SMC

синхронизировать вращение барабана индикатора с движением поршня индицируемого цилиндра. Подключение привода позволяет получить свернутую диаграмму, планиметрированием площади которой определя­ется среднее индикаторное давление, представляющее собой некоторое среднее условное давление, действующее на поршень и совершающее в течение одного хода работу, равную работе газов за цикл.

Pi = Fинд.д/ L m, где Fинд.д — площадь диаграммы, пропорциональная работе газов за цикл, L — длина диаграммы, пропорциональная величине рабочего объема цилиндра, m — масштабный множитель, зависящий от жесткости пружины поршня индикатора.

По Pi подсчитывается индикаторная мощность цилиндра Ni = C Pi n, где η — число оборотов 1/мин и С — постоянная цилиндра. Эффективная мощность Ne = Ni ηмех кВт, ηмех -механический кпд двигателя, который можно найти в документации по двигателю.

Перед тем, как приступить к индицированию, проверьте состояние индикаторного крана и привода. Возможные ошибки в их состоянии проиллюстрированы на рис. 3.

Гребенка (рис. 2) снимается при ручном управлении шнуром, отсоединенным от индикаторного привода. Наличие гребенки поз­воляет оценить стабильность циклов и более точно замерить Рмакс. Если пики одинаковы, то это свидетельствует о стабильной работе топливной аппаратуры.

Важно отметить, что поршневые индикаторы обладают малой часто­той собственных колебаний. Последняя должна,как минимум, в 30 раз превышать число оборотов двигателя. В противном случае индикатор­ные диаграммы будут сниматься с искажениями. Поэтому применение

Рис. 3 Ошибки в настройке привода индикатора

поршневых индикаторов ограничивается 300 об/мин. Индикаторы со стержневой пружиной обладают большей частотой собственных коле­баний и их применение допускается в двигателях с частотой вращения до 500-700 об/мин. Однако, в таких двигателях индикаторный привод отсутствует и приходится ограничиваться снятием гребенок или раз­вернутых диаграмм, по которым среднее индикаторное давление не определить.

Второе ограничение касается величины максимального давления в цилиндрах. В современных двигателях с высоким уровнем форсировки оно достигает 15-18 МПа. При используемом в индикаторе «Майгак» пор­шне для дизелей диаметром 9,06 мм максимально жесткая пружина огра­ничивает Рмакс = 15 МПа. При такой пружине точность измерения весьма низкая, так как масштаб пружины составляет 0,3 мм на 0,1 МПа.

Существенно также, что работа по индицированию довольно утоми­тельна и трудоемка, а точность результатов невысока. Малая точность обусловливается ошибками, возникающими из-за несовершенства инди­каторного привода и неточности обработки индикаторных диаграмм при их ручном планиметрировании. Для сведения — неточность индикатор­ного привода, выражающаяся в смещении ВМТ привода от ее истинного положения на 1°, приводит к ошибке примерно в 10%.

Рекомендуется к прочтению:Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборыЭлектронные индикаторы

Декабрь, 23, 2017 80 0

Поделитесь с друзьями:

sea-man.org

Устройство для индицирования двигателей внутреннего сгорания

 

(72) Авторы изобретения (А.А.Медведев, А.М.Алятин и Ю. В. Сизов .

f /

Ордена Ленина, ордена Трудового Кра транспортного машиностроения им. В.И. (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИБИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к иэмеритегп ной технике, а именно к алектрометрическим устройствам для индицирования двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для индицирования тепловых двигателей внутреннего сгорания, которое содержит алектронное устройство, записывающее устройство, выполненное в виде барабана с намотанной на нем специальной бумагой, механический выключатель, причем записывающее устройство механически связано с коленчатым валом двигателя (1).

Недостатком известного устройства является сложность обработки индикаторной диаграммы из- за большой нестабильности рабочего процесса. Кроме того, изэа большой вибрации записывающее устройство характеризуется низкой надежHOCTblOe

Известно также устройство для замера давления в цилиндре двигателя, содержащее емкостный датчик, алектрическнй преобразователь н регистрирующий прибор.

Посредством емкостного датчика и электрического преобразователя, давление в камере сгорания преобразуется в электрический сигнал, который фиксируется регистрирующим прибором.

Устройство характеризуется высокой чувствительностью, а также тем, что возможно удаление индикатора давления на десятки метров от места включения датчика без существенной потери чув о ствительности f2 ).

Существенным недостатком устройства является низкая точность илмерений иэ» за того, что емкостный преобразователь чувствителен к температуре.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому аффекту является устройство, содержащее датчик давления, выполненный в виде пьезоэлектрического преобразователя с масштабной емкостью, подключенной параллельно датчику, алектрометрнческий усилитель, механический включатель3 1 002,860 4 кнопку, включенный параллельно масштаб- масштабной емкостью электрический усиной емкости и регистрирующий прибор (33. литель, механический включатель-кнопку

Недостатками устройства являются и регистрирующий прибор, введены алекнизкая точность и неудобство измерений. тронный ключ, усилитель-ограничитель и

При замере давлений в камере сгора схема задержки, выполненная в виде пония двигателя, электрический сигнал следовательно соединенных дифференцирудатчика, пропорциональный величине дав- ющей цепи, диодного ограничителя, ждуления, усиливается алектрометрическим щего мультивибратора, второй дифферен-, усилителем и регистрируется электронным пирующей цепи и второго диодного ограосциллографом. О ничителя, а алектронный ключ включен

Известно, что при использовании дат- параллельно механическому включателючиков давления с пьезоэлектрическим кнопке, и ere управляющий вход соединен эффектом для замера колебаний давления через схему задержки с выходом усилинаблюдается смещение изображения кривой теля — ограничителя, вход которого соедавления на экране алектроннолучевой д динен с выходом электрометрического трубки осциллографа в процессе замера. усилителя.

Скорость смещения в основном зависит Такое выполнение предлагаемого уст. от постоянной времени алектрометричес- ройства обеспечивает периодический раэкого усилителя и сопротивлений изоляции ряд масштабной емкости до нулевого податчика и соединительной линии. Смеще- тенциала, вследствие атого осуществляетние кривой давления обусловлено тем, ся возврат рабочей точки алектрометричто при замере колебаний давления про- ческого усилителя после каждого рабоче. исходит статический заряд сетки метри- FD цикла двигателя, используя при этом ческого каскада, что приводит к появле- сам измеряемый сигнал, преобразований нию на мас1птабной емкости, включенной у соответствующим образом. Так как возпараллельно датчику, какого то стати- врат рабочей точки алектрометрического ческого потенциала. При этом рабочая усилителя будет производиться через точка алектрометрического усилителя короткие промежутки времени (около смещается и следовательно смешается . 8,5 Гц при h =1000 об/мин), то из изображение кривой давления на экране бражение кривой давления на алектронэлектроннолучевой трубки осциллографа. ном осцилографе не будет смещаться

Перед замером оператор нажимает даже при менее жестких требованиях к . кнопку тем самым разряжает масштаб- алектрометрическому усилителю, изоляции ную емкость до нулевого потенциала и датчика и соединительной линии, а таквозвращает рабочую точку алектрометри- же температуре и влажности окружающего ческого усилителя в оптимальное поло- . воздуха. жение. На фиг. 1 представлена блок-схема

При аксплуатации устройства характер- предлагаемого устройства; на фиг. 2но следующее: часть блок-схемы с соответствующими

Постоянно отвлекается внимание опе- блоками и временными диаграммами прератора от основного измерения вследствие образования измеряемого сигнала.

40 необходимости манипулирования кнопкой. Устройство содержит датчик 1, выполПри каждом замере необходимо нажимать ненный в виде пьезоэлектрического прекнопку не менее пяти раз даже в случае образователя, масштабную емкость 2, хорошей изоляции соединительной линии. алектрометрический усилитель 3, механиЭлектрометрический усилитель, датчик ческий включатель-кнопку 4, включенную и соединительная линия должны удовлет- параллельно масштабной емкости 2, алект. ворять следующим техническим характе- ронный осциллограф 5, включенный к выристикам: постоянная времени усилителя ходу алектрометрического усилителя алекне менее 100 с сопротивление изоляции тронный ключ 6, включенный параллельно датчика и соединительной линии не менее контактам механического включателя10 t t 10"2 Ом кнопки 4, усилитель-ограничитель 7, Целью изобретения является повыше- вход которого связан с выходом электроние точности и удобства измерения. метрического усилителя 3, а выход свяПоставленная цель достигается тем, зан с управляющим входом алектронного что в устройство индицирования двигате" >> ключа 6 посредством схемы задержки 8, лей внутреннего сгорания, включающее выполненной в виде последовательно соедатчик давления, выполненный в виде диненных между собой первой дифференципьезоалектрического преобразователя с рующей цепи 9 и первого диодного огрь;

5 10028 ничителя 10, ждущего мультивибратора

11, второй днфференцируюшей цепи 12 и второго диодного ограничителя 1 3.

Устройство работает следующим образом. 5

Электрический заряд, пропорциональный измерению давления в камере сгорания двигателя, возникающий на датчике 1, приводит к появлению; на масштабной емкости 2, а следовательно и на входе эле- >О ктрометрического усилителя 3 электрического сигнала (эпюра а фиг. 2). Усиленный электрометрическим усилителем

3, этот сигнал поступает на электронный осциллограф 5 и на вход усилителя-огра- ничителя 7. Сигнал, усиленный и огражченный усилителем-ограничителем 7, и имеющий почти прямоугольную форму (эпюра б фиг. 2) поступает на вход схемы задержки 8, где преобразуется диф- 20 ференцируюшей цепью 9, в два разнополярных коротких импульса, соответствую щих по времени переднему и заднему фронту сигнала усилителя-ограничителя 7 (эпюра в фиг. 2). Импульс, соответству- 25 ющий заднему фронту через диодный ограничитель 10 (эпюра г фиг. 2) запускает ждущий мультивибратор 1 1, который выдает на выходе прямоугольный импульс (эпюра д фиг. 2). Длительность импульсе зо ждущего мультивибратора 11 можно изменять. Затем прямоугольный импульс мультивибратора 1 1 -преобразуется второй дифференцирующей цепью 12. При этом также образуется два разнополярныхз коротких импульса (эпюра е фиг. 2), со» ответствующий по времени переднему и заднему фронту прямоугольного импульса мупьтивибратора 11. Импульс, соответствующий переднему фронту, отсекает« а ся вторым диодным ограничителем 13, а именно импульс, соответствующий заднему фронту (эпюра ж фиг. 2), поступает иа управляющий вход электронного ключа

6, который закорачивает контакты механического включателя-кнопки 4 на время действия импульса. При этом масштабная емкость 2 разряжается до нулевого потенциала вследствие чего рабочая точка электрометрнческого усилителя 3 возвращается в номинальное положение. цикл повторяется после каждого рабочего хода поршня двигателя. Начало сра60 э батывания электронного ключа 6 можно перемещать по времени относительно ðàбочего хода поршня, меняя длительность импульса ждущего мультивнбратора, что обеспечивает работоспособность предла гаемого устройства при различных ско ростных режимах двигателя.

Исйопьзование устройства для индицирования двигателей внутреннего сгорания позволит повысить точность замера, предо являть меньшие требования к электрометрическому усилителю и к сопротивлению изоляции датчика и соединительной линии и, кроме того, повысить произва дительность труда при исследовании двигателей внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Устройство для индицирования двигателей внутреннего сгорания, содержаш е пьезоэлектрический преобразователь с масштабной емкостью, эпектрометрический усилитель, механический включатель-кнопку и регистрирующий прибор, о т л и.ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения точности и удобства измерения, в устройство введены дополнительно электронный ключ, усилитель ограничитель и схема задержки, выполненная в виде последовательно соединенных дифференциру» юшей пепи, диодного ограничителя, жду щего мультивибретора, второй дифференцирующэй цепи и второго диодного ограничителя, а электронный ключ включен параллельно механическому включателюкнопке и его управляющий вход соединен через схему задержки с выходом усилителя-ограничителя, вход которого соединен с выходом электрометрического усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Электропневматический стробоскопический индикатор МАИ-2. Инструкция.

М., 1956.

2. Карпов Р;Г. Электроника в испытач нии тепловых двигателей. М., 1963, с. 19-31.

3. Карпов P.Ã. Электроника в нспыта нии тепловых двигателей. М., 1963, с. 37 (прототиц).

1002860

1002860

ВНИИПИ Заказ 1533/21 Тираж 871 Поцписное

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

     

www.findpatent.ru

Индицирование как метод регулирования и диагностирования параметров рабочего процесса дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

11. Сушков В. В., Велиев М. К., Гладких Т. Д., Мальгин Г. В. Экономия электроэнергии и снижение потерь в электротехнических комплексах нефтегазодобычи: моногр. Нижневартовск: Изд-во Нижневартовского гос. ун-та. 2015. 219 с.

БУБНОВ Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Электрическая техника» Омского государственного технического университета (ОмГТУ). Адрес для переписки: bubnov-av@bk.ru

МАЛЬГИН Геннадий Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Энергетика» Нижневартовского государственного университета. Адрес для переписки: mag_@list.ru РОВКИН Вячеслав Дмитриевич, аспирант кафедры «Электрическая техника» ОмГТУ. Адрес для переписки: rovkin.vd@gmail.cоm

Статья поступила в редакцию 02.02.2017 г. © А. В. Бубнов, Г. В. Мальгин, В. Д. Ровкин

УДК 629.436

В. Р. ВЕДРУЧЕНКО В. В. КРАЙНОВ Е. С. ЛАЗАРЕВ П. В. ЛИТВИНОВ

Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск

ИНДИЦИРОВАНИЕ КАК МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ_

Сформированы требования к индикаторной диаграмме дизеля как к основному экспериментальному материалу при испытаниях и исследованиях двигателя на разных по свойствам топливах. Приведена классификация индикаторов и рекомендации по их выбору для конкретных условий испытания дизеля. Рассмотрены различные конфигурации индикаторных диаграмм рабочего процесса двигателя и их связь с особенностями регулировки параметров рабочего процесса, необходимых при переводе дизеля на другие сорта и марки топлива. Проанализированы современные измерительные комплексы для диагностирования и визуального наблюдения за развитием рабочего процесса дизельного двигателя.

Ключевые слова: индикаторная диаграмма, альтернативное топливо, давление газов в цилиндре, угол опережения впрыска топлива.

Введение. Рабочий процесс, протекающий в цилиндрах дизеля, определяет основные показатели двигателя — мощность, удельный расход топлива, максимальные нагрузки в деталях и температурное состояние деталей цилиндропоршневой группы [1 — 5]. Главные задачи при исследовании рабочего процесса состоят в установлении зависимостей основных его показателей от различных конструктивных параметров, при которых достигаются наилучшие показатели рабочего процесса [1, 2, 4, 5].

Основным экспериментальным материалом, служащим для оценки совершенства рабочего процесса, протекающего в цилиндре дизеля, является индикаторная диаграмма процесса и часовой расход топлива [3, 5]. Из индикаторной диаграммы можно получить при соответствующей обработке большинство параметров, характеризующих рабо-

чий процесс, — среднее индикаторное давление Р, давление сжатия Р , максимальное давление сгорания Ршах, скорость нарастания КрКе, характеристики тепловыделения . к цилиндре дизеля (закон вы-горанея топлива хо = /(е), скоростьтепловыделения Кх1!Ке = /(е), продолжительность сгорания ц), температуру газа в цилиндре в любой момент времени и многие другие параметры. По часовому расходу топлива определяют средний индикаторный и средний эффективный (при известной эффективной мощности дизеля) расход топлива [3 — 5].

Таким образом, для оценки качества рабочего процесса дизеля основными параметрами, подлежащими измерению, являются эффективная мощность (крутящий момент и частота вращения коленчатого вала), часовой расход топлива и индикаторная диаграмма [1, 2, 4, 5].

Индикаторная диаграмма давления в цилиндре двигателя является наиболее существенной частью экспериментального материала, используемого при исследовании рабочего процесса [1—3, 5]. В зависимости от целей и задач исследования к индикаторам давлений предъявляют различные требования, которым полностью не удовлетворяет ни один из существующих индикаторов [1, 2, 5].

Выбор типа индикатора. Все существующие типы индикаторов классифицируются по виду записываемых диаграмм и по принципу работы [1, 2]. В зависимости от вида записываемой диаграммы различают индикаторы, записывающие изменение давления в зависимости от перемещения поршня (свёрнутые диаграммы), и изменение давления в зависимости от времени или угла поворота коленчатого вала (развёрнутые диаграммы). Первый вид наиболее удобен в эксплуатационных условиях для быстрого определения величины среднего индикаторного давления. Второй вид необходим при исследовании динамики тепловыделения, процесса газообмена и для решения других задач [4]. Свёрнутые индикаторные диаграммы имеют погрешности, связанные с работой привода [1, 5].

По принципу работы индикаторы делят на механические, электрические (электронные) и стробоскопические [1, 2].

Современная практика ориентируется на применение электронных индикаторов, обладающих практически неограниченными возможностями по частоте (до 2000 об/мин), и погрешность используемых датчиков не превышает 0,2 % [1, 2].

Например, в комплект индикатора фирмы «Аутроник» входят [1, 4]:

— персональный компьютер с программным обеспечением по обработке индикаторных диаграмм и принтером;

— переносные или стационарно устанавливаемые тензодатчики давления газов с пределами измерения до 10... 15 или 20 МПа и точностью 1 %; допустимая температура 300 °С. В последней модификации прибора фирма перешла на пьезокварце-вые датчики фирмы «Кистлер», допускающие температуры до 400 °С;

— переносной тензодатчик измерения давления топлива с пределами измерения 0—100 или 200 МПа и точностью 1 %. Допустимая температура 150 °С;

— тензодатчик давления наддувочного воздуха;

— индуктивный датчик для точного определения положения рабочего поршня и скорости вращения коленчатого вала.

Результат измерений в виде кривых давлений и цифровых значений измеренных параметров выводятся на цветной дисплей и печатающее устройство. Встроенный в систему микропроцессор позволяет сохранять в памяти данные измерений, а также сопоставлять новые данные с прежними или эталонными.

Результаты индицирования и их анализ. На рис. 1 приведена типовая индикаторная диаграмма дизельного двигателя фирмы «Бурмейстер и Вайн» [1], снятая при отлаженной топливной аппаратуре, исправных индикаторе и его приводе.

Заметим, что нормальному состоянию привода индикатора должно соответствовать совпадение линий сжатия (2) и расширения (7) диаграммы. На практике часто на одной ленте индикаторной бумаги часто снимают и свёрнутую (6) и развёрнутую (8) диаграммы, что позволяет учитывать характер протекания рабочего процесса дизеля вблизи ВМТ.

Рис. 1 Типовая индикаторная диаграмма дизеля:

1 — атмосферная линия; 2 — линия сжатия; 3 — индикаторная бумага; 4 — воспламенение; 5 — сгорание; 6 — нормальная индикаторная диаграмма; 7 — линия расширения; 8 — развернутая индикаторная диаграмма; ! — длина индикаторной диаграммы; ВМТ — верхняя мертвая точка; НМТ — нижняя мертвая точка; P — давление сжатия;

Рис. 2. Индикаторная диаграмма при позднем впрыске топлива в цилиндр ^ — в норме; Pmax — низкое): 1 — свернутая; 2 — развернутая

На рис. 2 показана индикаторная диаграмма дизеля, снятая при слишком позднем впрыске топлива в цилиндр. При этом давление сжатия (Pc) в норме, а максимальное давление сгорания (Pmax) низкое. Это может случиться из-за следующих дефектов: неисправности форсунок, низкого давления впрыска топлива или низкого качества самого топлива, малого опережения угла впрыска топлива. Одновременно снижается давление Pmax, растёт температура выпускных газов t.

При слишком раннем впрыске топлива (рис. 3) P повышается сверх нормы при удовлетворительном значении P . Для нормализации рабочего процесса необходимо уменьшить угол опережения впрыска топлива, а при увеличении нагрузки проверяют Pmax, чтобы оно не превышало допустимое значение для данного типа дизеля.

Если P и P (рис. 4) ниже нормы, то возмож-

c max v± ' ^

ны следующие причины этого: прорыв газов через поршневые кольца, неплотность седла выпускного клапана, низкое давление надувочного воздуха и др. При этом значение характеризует экономичность протекания рабочего процесса и уровень механической напряжённости, а отклонение от среднего значения должно быть в пределах ±2,5 % от среднего. Уменьшение значения Pc свидетельствует о падении

Pmax — максимальное давление сжатия

Рис. 3. Индикаторная диаграмма при раннем впрыске топлива в цилиндр № — выше нормы, Pc — удовлетворительное): 1 — свернутая; 2 — развернутая

Рис. 4. Индикаторная диаграмма при значениях Pmax и Pc ниже нормы: 1 — свернутая; 2 — развернутая

давления наддува, потере плотности клапанов и износе деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Регулирование Ршах достигается путём изменения угла опережения впрыска топлива.

Регулировки при использовании альтернативных видов топлива. Наряду с использованием традиционных углеводородных топлив в судовых, стационарных и транспортных дизелях возможно применение искусственных или синтетических топлив ненефтяного происхождения (альтернативных) как в чистом виде, так и в качестве добавок к углеводородным моторным топливам (нефтяного происхождения) [4, 6, 7].

По прогнозам фирмы Даймлер-Бенц (ФРГ) в будущем наиболее вероятно использование следующих альтернативных топлив для дизелей: дизельное топливо из угля, растительные масла и их производные эфиры, спирты и их производные. В ряде стран предполагается использование в качестве сырья для топлива битумиозных песков и сланцев [2, 7].

Свойства искусственных жидких топлив (ИЖТ) изменяются в ещё более широком диапазоне, чем у выпускаемых ныне, и перспективных нефтяных топлив. Это выражается, прежде всего, в снижении цетанового числа (ЦЧ), повышении температур помутнения и застывания (отказы в работе при низких температурах окружающего воздуха), в увеличении содержания серы и образовании ок-

Рис. 5. Осциллограммы подачи топлива в дизеле при регулировках давления затяга пружины форсунки: а — затяг пружины форсунки ослаблен; б — затяг пружины форсунки чрезмерный

сида серы и кислот, увеличении воды и примесей и др. Так, топлива из угля содержат около 9,5—11 %, а из сланцев 10,5—12 % водорода, углерода — 80 — 89 %. В этих топливах (без специальной очистки) может быть повышенное содержание серы, азота, кислородсодержащих соединений.

В ряде стран, например в Японии, переход на газовое топливо рассматривается как радикальная мера снижения вредных выбросов автомобилей.

Однако топлива разных сортов и марок, в том числе альтернативные, обладают разными значениями вязкости, плотности, сжимаемости, фракционным составом, составом горючих элементов и т.д. Поэтому характер индикаторной диаграммы будет различным в связи с различной скоростью сгорания и тепловыделения, что проявляется в величине периода задержки воспламенения (ПЗВ). Величина ПЗВ предопределяет индикаторные показатели двигателя и конфигурацию индикаторной диаграммы [4].

Наиболее доступными мероприятиями по регулировкам двигателя при этом является изменение угла опережения впрыска топлива и изменение величины усилия затяга пружины форсунки [8].

Результаты названных технических мероприятий (регулировок) отображаются индикаторной диаграммой двигателя при сравнении с её эталонной конфигурацией на стандартном дизельном топливе [8].

Анализ процесса впрыска по осциллограммам.

На рис. 5 приведены осциллограммы подачи топлива в цилиндр дизеля при разных значениях усилия затяга пружины форсунки [4].

Анализ опыта эксплуатации дизелей и выполненные исследования с индицированием и осцил-лографированием показывают, что физическая сущность топливоподачи в дизелях в целом проявляется в регулировочных и рабочих характеристиках топливной аппаратуры [1, 2, 4]. Поэтому, когда практика эксплуатации ставит инженера-механика перед необходимостью анализа причин изменения

Рис. 6. Определение среднего индикаторного давления графическим способом на свернутой индикаторной диаграмме: Pi — среднее индикаторное давление; V — рабочий объем цилиндра; V — объем камеры сжатия; а, ь, с, у, z — характерные точки цикла дизеля

энергетических и экономических показателей работы дизеля или надёжности элементов деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), при условии стабильности воздухоснабжения цилиндров причину следует искать прежде всего в нарушении регулировочных или рабочих параметров топливной аппаратуры [4].

Правила технической эксплуатации регламентируют уровни допустимых отклонений параметров от их среднего (по цилиндрам) значения [1, 4].

Из кривых на рис. 5а видно, что открытие иглы форсунки происходит раньше эталона при более низком давлении, что свидетельствует об ослаблении затяга пружины иглы форсунки при её поломке.

Из кривых на рис. 5б видно, что давление открытия иглы выше нормального, и поэтому игла открывается позже. Из этого следует, что позже начинается и начало подачи топлива. Причина — затяг пружины иглы форсунки превышает нормальную величину, принятую установленными правилами эксплуатации дизелей данного типа [5].

Как уже было определено выше, результаты ин-дицирования позволяют получить непосредственно на экране осциллографа как развёрнутую, так и свёрнутую индикаторные диаграммы (рис. 1). Последняя используется обычно для определения значения среднего индикаторного давления Р. [7]. На практике для удобства ведения расчётов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, обеспечивающим получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Данное давление называется средним индикаторным давлением Р.. Графически среднее индикаторное давление (рис. 6) представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание — длине диаграммы [7].

Выбор технических средств индицирования дизеля. Для наблюдения и регистрации мгновенных значений электрических сигналов, пропорциональных быстро изменяющимся давлениям в рабочих

цилиндрах дизелеи, в настоящее время используются электрические индикаторы в составе электрических комплексов [1, 2].

Так, фирма «Аутроник» выпускает комплексы НК-5 [1, 4]. С помощью этого комплекса можно получить наиболее полную информацию о протекании рабочего процесса во всех цилиндрах двигателя и распознать возникающие в нём нарушения, в том числе и в работе топливной аппаратуры. С этой целью предусмотрен датчик высокого давления, устанавливаемый на топливопроводе высокого давления у форсунки. Кроме того, для данных целей предусмотрены следующие датчики: давления наддува, ВМТ, угла поворота вала, а также давления газов в цилиндре.

Измерительная система Diesel Master 1000 [1] предназначена для непрерывного контроля нагрузки дизеля и параметрической диагностики рабочего процесса в его цилиндрах. Система предназначена для использования на дизелях при частотах вращения от 30 до 3000 мин-1.

В состав системы входят:

— персональный компьютер ДМ1000-РС, рабочее место оператора;

— блок аппаратного интерфейса;

— датчики частоты вращения, давления газа, впрыска топлива и положения рейки топливного насоса.

На рис. 7 приведена схема комплекса «Дизель-Адмирал», разработанного отечественными специалистами [1]. Комплекс создан на базе разработанных уникальных высокотемпературных не-охлаждаемых датчиков давления газа и специального программного обеспечения, использующего современные компьютеры типа Workstation.

Специализированный комплекс «Дизель-Адмирал» предназначен для контроля рабочего процесса, измерения, обработки и протоколирования теплотехнических параметров дизеля.

Разработанные датчики и комплексы контроля широко используются на судах и кораблях, на железнодорожном и автомобильном транспорте. Датчиками и комплексами серии «Дизель-Адмирал»

Датчик угла поворота коленчатого вала Рис. 7. Схема комплекса теплотехнического контроля «Дизель-Адмирал»

оснащены дизельные стенды научных, учебных, производственных и ремонтных предприятий [1].

Наиболее простым вариантом таких систем являются переносные электронные индикаторы, включающие пьезокварцевый датчик давления, датчик частоты вращения и ВМТ и переносной электронный регистрирующий блок [4]. После завершения индицирования всех цилиндров двигателя информация переписывается в обычный персональный компьютер, в котором обрабатывается по специальной программе. Преимуществом электронных индикаторов является возможность индицировать любые двигатели, отсутствие ручной обработки диаграмм и удобство хранения и передачи информации.

Заметим, что в наших исследованиях по инди-цированию дизелей разной размерности [8] был создан измерительный комплекс, включающий в себя двухлучевой электронный низкочастотный осциллограф С1-19, тензометрическая станция типа УНТС-12, комплект тензометрических датчиков давления типа ДДТ-100, другие устройства и приборы. Названные элементы, как правило, составляют основу современных измерительных комплексов для индицирования дизелей.

Выводы.

1. Индикаторная диаграмма является основным экспериментальным материалом для оценки качества рабочего процесса дизельного двигателя.

2. Достоверность параметров рабочего процесса двигателя, полученных с помощью индикаторной диаграммы, определяется выбором типа сертифицированных индикатора и датчиков давления и тарировкой всей измерительной системы.

3. При переводе дизеля на работу с использованием альтернативных видов топлива индициро-вание является наиболее эффективным приёмом диагностирования и регулирования параметров рабочего процесса для приближения их значений к таковым при работе на стандартном дизельном топливе.

4. Наиболее информативными методами ин-дицирования двигателей является использование унифицированных диагностических комплексов на базе современных ПЭВМ.

Библиографический список

1. Пахомов Ю. А. Основы научных исследований и испытаний тепловых двигателей. М.: Транслит, 2014. 432 с.

2. Прокопенко Н. И. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Лань. 2010. 592 с. ISBN 978-5-8114-1047-7.

3. Стефановский Б. С., Скобцов Е. А., Корсин Е. К. [и др.]. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. 368 с.

4. Возницкий И. В., Пунда А. С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. М.: Моркнига, 2010. 382 с.

5. Райков И. Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1975. 320 с.

6. Епифанов, В. С. Применение природного газа в судовых энергетических установках // Речной транспорт. 2008. № 4. С. 77-84.

7. Фомин Ю. Я. [и др.]. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1989. 344 с.

8. Ведрученко В. Р. Методика индицирования среднеоборотного судового дизеля // Передовой опыт и новая техника: сб. ЦБНТИ МРФ / Центральное бюро научно-технической информации Минречфлота. М., 1981. Вып. 4. С. 37-42.

ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Теплоэнергетика».

Адрес для переписки: vedruchenkovr@mail.ru КРАЙНОВ Василий Васильевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теплоэнергетика».

Адрес для переписки: KrainovVV@omgups.ru ЛАЗАРЕВ Евгений Сергеевич, преподаватель, инженер кафедры «Теплоэнергетика». Адрес для переписки: Incoe@yandex.ru ЛИТВИНОВ Павел Васильевич, аспирант кафедры «Теплоэнергетика».

Адрес для переписки: p_vasilich55@mail.ru

Статья поступила в редакцию 01.03.2017 г. © В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, Е. С. Лазарев, П. В. Литвинов

cyberleninka.ru

3.5. Определение мощности отремонтированных автомобильных двигателей методами индицирования

3.5.1. Общие сведения о методах индицирования

Индицированием называют процессы, связанные с записью быстроизменяющихся давлений в цилиндрах, каналах и внутренних полостях двигателей, например, в трубопроводах системы питания, картерной полости и др. В применении к цилиндрам двигателя такие записи называют индикаторными диаграммами, в других случаях – осциллограммами, поскольку записи ведут обычно с помощью осциллографов [8,12].

Индикаторные диаграммы давлений в цилиндрах позволяют с наибольшей надежностью определять среднее индикаторное давление в них и, следовательно, индикаторную мощность двигателя, оценивать особенности отдельных рабочих процессов, механические потери на трение в двигателе, жесткость его работы, температуру рабочего тела и т.д.

Индицирование выпускного трубопровода двигателя дает возможность, например, определять значения мгновенных температур потока, плотность и расход газа, если записи полных и статических давлений сделаны одновременно для двух принятых сечений трубопровода.

Устройства для записи быстроизменяющихся давлений называют индикаторами. По принципу действия их разделяют на электрические и пневмоэлектрические, или стробоскопические (точечные). Ранее для тихоходных двигателей применяли также механические индикаторы.

Электрические устройства индицирования обеспечивают запись мгновенных давлений в цилиндрах за каждый рабочий цикл двигателя, т.е. позволяют получать одноцикловую диаграмму. Стробоскопические последовательно фиксируют давления, относящиеся к отдельным точкам индикаторной диаграммы за время протекания сотен циклов, обеспечивая, таким образом, получение многоцикловых диаграмм.

Основными звеньями любых индикаторов являются датчики давления и регистрирующие приборы. В электрических индикаторах для регистрации используют магнитоэлектрические, но чаще всего электронные (катодные) осциллографы общего назначения.

Давления на диаграммах (осциллограммах) записывают в функции времени, угла поворота вала двигателя, хода поршня или объема цилиндра. В процессе индицирования на поле диаграммы наносят отметки мертвых точек, момента подачи искры или топлива в цилиндры, времени в долях секунды и делают другие записи, необходимые для последующей обработки диаграмм ручным или машинным способами. Однако ручная обработка диаграмм непригодна для анализа индикаторных показателей двигателя в большом объеме. Поэтому в настоящее время применяют ЭВМ, позволяющие, кроме всего, оперативно осуществлять контроль в ходе самого эксперимента за всеми получаемыми показателями, включая и те, определения которых требуется особенно большой объем вычислительной работы.

3.5.2. Электрические индикаторы

Индикаторы этого типа основаны на применении или магнитоэлектрических, или электронных осциллографов. На рис. 44 показана схема типичного индикатора, состоящего из пьезокварцевого датчика I, коаксиального соединительного кабеля II, катодного (электронного) осциллографа III с усилителями постоянного тока для сигналов от двух датчиков, фотоприставки IV, блока питания V и фотоэлектрического отметчика VI, фиксирующего на диаграмме положение ВМТ. Иногда параллельно применяют оба типа осциллографов: магнитоэлектрический для записи давлений, а катодный для визуального наблюдения за процессами в индицируемой полости. Широко используют также двухлучевые электронные осциллографы с фотоприставками, позволяющие одновременно записывать сигналы от двух датчиков, основного и вспомогательного. Последний служит для нанесения различных отметок на диаграмме и включается, например, по схеме, изображенной на рис. 44. В группе двухлучевых или двухканальных известны, в частности, электронные индикаторы «Орион» (Венгрия), «Тесла» (ЧССР) и «Диза Электроник» (Дания). Последний отличается универсальностью назначения и наличием легкосъемных усилителей, работающих с датчиками различных типов, что расширяет его возможности.

Рис. 44. Схема электрического индикатора с пьезокварцевым датчиком:

1 –двухлучевая катодная трубка; 2 – флуоресцирующий экран; 3 – фотообъектив; 4– кассета фотоприставки; 5 – вращающийся барабан с фоточувствительным материалом; 6 – фотоэлемент; 7 – вращающийся диск с отверстием для отметок ВМТ; 8 – лампа; 9 – стандартное сопротивление против радиопомех на 10 кОм; 10 – емкостный отметчик момента зажигания

Электронные индикаторы допускают запись давлений как по углу поворота вала двигателя, так и в зависимости от хода поршня, если на пластины горизонтальной развертки осциллографа подается напряжение, пропорциональное пути, пройденному поршнем. Способы, обеспечивающие это, подробно изложены в литературе. Диаграммы, воспроизводимые на экране электроннолучевой трубки, регистрируют на кинопленку, протягиваемую вращающимся барабаном синхронно с работой двигателя и скоростью съемки. В результате получают серию одноцикловых диаграмм (рис. 45). Но наиболее четкое изображение можно получить при фотографировании одиночных диаграмм, когда время экспозиции принимают лишь немногим больше длительности одного рабочего цикла двигателя [8,12].

Рис. 45. Одноцикловая индикаторная диаграмма:

1 – цикл без зажигания; 2 – ВМТ; 3 –отметка подачи искры; 4 – НМТ

Однако оба упомянутых способа записи диаграмм не совсем полно характеризуют исследуемый процесс, если для обработки результатов брать одиночные диаграммы. Вследствие влияния различных случайных причин давления, фиксируемые в последовательных циклах, могут заметно отличаться друг от друга. Поэтому возникает необходимость в осреднении нескольких десятков диаграмм, а это усложняет обработку результатов индицирования, особенно при ручном счете. Чтобы упростить задачу, при использовании электронных индикаторов прибегают к регистрации диаграмм на неподвижную пленку, а в случае применения магнитоэлектрических устройств осреднения достигают путем наложения большого числа диаграмм на один и тот же участок пленки или фотобумаги.

Для развертывания диаграммы по времени в индикаторе (рис. 44) служит генератор пилообразных сигналов, состоящий из колебательного контура, образуемого конденсаторами и тиратроном с холодным катодом. Конденсатор, включаемый параллельно тиратрону, заряжается до величины потенциала, при котором происходит зажигание тиратрона, вызывающее быструю разрядку конденсатора. В результате потенциал, возникающий на обкладках конденсатора, поступает на пластины горизонтального отклонения луча осциллографа. Поэтому время, затрачиваемое на последующую зарядку конденсатора, а следовательно, и частота горизонтальной развертки предопределяются емкостью конденсатора.

При фотографировании диаграмм горизонтальную пилообразную развертку осциллографа выключают, вследствие чего лучи совершают только вертикальные перемещения, а развертка диаграммы обеспечивается равномерностью вращения барабана с фотопленкой.

Для воспроизведения входных сигналов с возможно большей точностью осциллографы, так же, как и датчики индикаторов, должны обладать высокой частотой собственных колебаний и соответствующими амплитудными характеристиками.

Кроме высокой собственной частоты колебаний, датчики должны отвечать еще специфике быстроходных автомобильных и тракторных двигателей, имеющих относительно малый объем цилиндров и большие степени сжатия. В частности, от них требуется высокий уровень сигнала с линейной зависимостью его от давления, малая чувствительность к вибрации и изменению температурного режима, приемлемые размеры и стабильность характеристики при достаточном ресурсе работы. Мембрана датчика должна находиться заподлицо с внутренней поверхностью стенок камеры сгорания. Наличие каких-либо соединительных каналов нежелательно, поскольку в таких каналах возможно образование резонансных волн давления, искажающих диаграмму, а также вследствие неизбежного увеличения объема камеры сгорания двигателей.

Частоту собственных колебаний датчика подбирают из условий, чтобы она заведомо превышала частоту гармоники наивысшего порядка из числа составляющих диаграмму исследуемого процесса. С учетом этих обстоятельств и уточняют полосы частот, обеспечивающих надежную регистрацию индикаторных диаграмм. Наиболее полно диаграмма может быть записана при учете гармоник не ниже 150 порядка. Следовательно, верхний предел полосы частот (Гц), которую должен пропускать датчик, а также в целом индикатор:

для двухтактного двигателя

,

для четырехтактного двигателя

,

где п – скорость вращения коленчатого вала в минуту.

Для двухтактного дизеля, работающего при n = 2000…4000 об/мин, требуется частота порядка 5000…10000 Гц, а для че­тырехтактного – соответственно 2500…5000 Гц.

Двигатели с внешним смесеобразованием, как правило, имеют меньшую скорость нарастания давления в процессе сгорания, что снижает верхний предел полосы частот. Однако, учитывая их быстроходность (4000…8000 об/мин), следует принимать верхний предел полосы частот такой же, как для дизелей. Таким образом, с учетом необходимого двукратного запаса частота собственных колебаний датчика должна быть не ниже 10…20 кГц, иначе не может быть гарантирована неискаженная запись индикаторной диаграммы.

Для индицирования быстроходных двигателей применяют пьезо­электрические, емкостные, тензометрические и другие датчики, в связи с чем электрические индикаторы подразделяют соответственно на пьезоэлектрические, емкостные и т. д.

Наилучшими динамическими качествами из них обладают емкостные, в которых упругим элементом служит мембрана, не связанная механически с преобразователем. Близкими к ним свойствами обладают тензодатчики с непосредственным размещением преобразователя на мембране. Частота (с-1) собственных колебаний круглых мембран таких датчиков с массой единицы площади s = Нс2/см3 при малых перемещениях:

,

где м – круговая частота собственных колебаний круглой мембраны, 1/с;  и Rм – толщина и радиус круглой мембраны, защемляемой по контуру, см;  = s/ = /g – массовая плотность материала мембраны, Нс2/см4.

В более простом виде

.

Для мембран из стали с Е = 20106Н/см2,  = 7,85 тс/м3, 1 = 10,21 и  = 0,3 коэффициент  = 1106 см/с.

Собственная частота пьезодатчиков обычно не превышает 40 кГц, а тензодатчиков, в которых мембрана разделена с преобразователем, – около 20 кГц и только в отдельных случаях достигает 50 кГц.

Определенные трудности вызывает необходимость охлаждения датчиков, так как электрические свойства, например, кварцевых кристаллов, начинают заметно изменяться с увеличением температуры до 150 °С и более. В практике индицирования применяют поэтому датчики охлаждаемые (рис. 46,а), но иногда и с охлаждаемой (рис. 46,б) мембраной. Датчик с неохлаждаемой мембраной состоит из корпуса 6 с завальцованной в его нижнюю часть мембраной 1, на которую через шаровую опору 2 непосредственно опираются два кварцевых кристалла 3 (диаметром 4,5 и толщиной 2 мм). Вывод заряда осуществляют проводником 5, изолированным от верхней опоры кристаллов стеклянной трубкой 4 и от корпуса датчика керамической трубкой 7. Общее охлаждение датчика осуществляют водой, циркулирующей в полости его рубашки.

Рис. 46. Пьезоэлектрические датчики

Датчик с охлаждаемой мембраной отличается от датчика с неохлаждаемой мембраной тем, что кристаллы кварца 10 и нижняя сферическая опора 11 помещены в герметический стальной стакан 15 с дном 14, изготовленным из медной фольги толщиной 0,1 мм и плотно облегающим нижнюю опору кристаллов. Кристаллы кварца через нижнюю опору и дно стакана опираются на мембрану 13, изготовленную из инвара и прижатую к корпусу датчика гайкой 12. Охлаждающая вода по каналу 8 поступает внутрь датчика, омывает мембрану и стакан, а затем по каналу 9 выводится из датчика. Вывод заряда осуществляют так же, как в датчике с неохлаждаемой мембраной.

В настоящее время широко применяют различные малогабаритные датчики. Так, в случаях исследования переменных давлений в газовых потоках с пульсирующим движением или быстроизменяющихся процессов успешно используют индуктивные малогабаритные датчики типа ДМИ. Такие датчики вырабатывают большой выходной электрический сигнал и допускают статическую градуировку. Промышленность выпускает их для диапазонов измерений ±0,1…100 Н/см2.

Рис. 47. Тензометрический датчик для малых давлений

Для измерения быстроизменяющихся давлений в последнее время успешно применяют тензометрические датчики. На рис. 47 показано устройство такого датчика, разработанного Владимирским политехническим институтом для малых давлений. В стальном корпусе 11 находится гофрированная мембрана 9, изготовленная из бериллиевой бронзы толщиной 0,2 мм. Через толкатель 7 мембрана жестко связана с упругой кольцевой балочкой 5, на которую наклеены четыре тензометра сопротивления типа ФКПАЗ-100 с базой 5 мм и но­минальным сопротивлением 92 Ом. Верхняя часть балочки прикреплена к ползуну 4, положение которого в корпусе регулируется гайкой 3. Штифт 1 препятствует повороту ползуна при вращении регулировочной гайки.

Тензосопротивления соединены таким образом, что все они являются рабочими плечами четырехплечего моста. Выводные проводники их присоединены к штепсельному разъему 6.

Измеряемое давление, действуя на мембрану, вызывает деформацию балочки, которая регистрируется осциллографом с помощью тензометрической аппаратуры.

Для охлаждения датчика при установке его на горячих деталях предназначена водяная рубашка 10. Балочка с тензометрами защищена от нижней части корпуса двумя тепловыми экранами 8 из латуни толщиной 0,2 мм. Конструкция датчика позволяет выполнять его тарировку непосредственно на месте измерения. Для этого воздух известного давления через штуцер 2 подается в полость над мембраной.

Датчик можно применять для исследования периодически изменяющихся давлений частотой до 300 Гц. Линейность характеристики датчика (в комплекте с тензометрической установкой типа ТУЧМ) сохраняется при избыточном давлении (или разрежении) до 6,5 Н/см2.

Анализ индикаторной диаграммы начинают с определения начала видимого сгорания в цилиндре, которое соответствует отрыву линии сгорания от линии сжатия. Чтобы найти эту точку, на рабочую индикаторную диаграмму необходимо наложить диаграмму сжатия–расширения. Однако получение такой диаграммы с линией сжатия, совпадающей с линией сжатия рабочей индикаторной диаграммы, сопряжено с трудностями: Наиболее простое решение, на первый взгляд, состоит в выключении зажигания и фотографировании диа­граммы сжатия–расширения методом прокрутки вала двигателя с выключенным зажиганием или без подачи топлива. Но наполнение двигателя заметно при этом изменяется, что влечет соответствующее изменение давления в цилиндре. Кроме того, трудно поддерживать строго одинаковыми скорости вращения барабана при фотографировании рабочей индикаторной диаграммы на одном снимке и диаграммы сжатия–расширения без сгорания на другом. Разные скорости вращения барабана обусловливают различные масштабы диаграмм по углу поворота коленчатого вала, что делает невозможным их совмещение без предварительной перестройки в одинаковых масштабах, а это усложняет методику обработки диаграмм и снижает точность нахождения момента начала видимого сгорания.

Поэтому для более точного определения момента начала видимого сгорания диаграмму сжатия–расширения без сгорания смеси фотографируют на ту же пленку, на которой зафиксированы рабочие индикаторные диаграммы с минимальным возможным разрывом по времени и без остановки вращения барабана фотоприставки. Обычно эту задачу решают с помощью устройства, которое позволяет выключать зажигание в последнем периоде фотографирования и обеспечивает фоторегистрацию процессов сжатия–расширения на ту же пленку (см. рис. 45). Линии сжатия на диаграмме сжатия–расширения практически полностью совпадают при этом с линией сжатия рабочих циклов, что и позволяет сравнительно точно определять момент начала видимого сгорания.

studfiles.net

Устройство для индицирования двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях и испытаниях двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - повышение точности индицирования двигателя внутреннего сгорания в независимости от скоростного режима работы двигателя. Цель достигается тем, что устройство определяет момент времени, соответствующий ВМТ в фазе продувки, и в этот момент с периодичностью через один рабочий цикл работы цилиндра производит закорачивание входной масштабной емкости электрометрического усилителя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s G 01 L 23/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,6

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4706761/06 (22) 19,06,89 (46) 23,09.92; Бюл. ¹ 35 (71) Производственное объединение "Звезда" (72) З.П.Гольдберг, В.Д.Миронов, В.П.Закржевский, Л.П,Крутицкий и А.И.Душевский (56) Авторское свидетельство СССР

¹1002860,,кл. G 01 L 23/10, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИЦИРОВАНИЯ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электрометрическим устройствам для индицирования двигателей внутреннего сгорания.

Известна система согласования выхода пьезодатчиков с ЭВМ, которая содержит пьезоэлектрические датчики давления, преобразователи зарядов в напряжение, блок связи, включающий стабилизированные источники питания и элементы дистанционной установки "нулей" каналов, Недостатком известного устройства является то, что установка "нулей" в измерительных каналах осуществляется вручную.

Известен микропроцессорный измеритель максимального давления сгорания в цилиндрах дизеля, который содержит датчики давления, блок усилителей заряда, аналоговый коммутатор, аналого-цифровой и реобразователь, микроЭ ВМ, электромагнитные клапаны. Для повышения надежности датчики давления переодически подключаются к полости цилиндра на время измерения с помощью электромагнитных клапанов. Для исключения дрейфа нуля, ха. Ж,„, 1763918 А1. исследованиях и испытаниях двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения— повышение точности индицирования двигателя внутреннего сгорания в независимости от скоростного режима работы двигателя, Цель достигается тем, что устройство определяет момент времени, соответствующий

ВМТ в фазе продувки, и в этот момент с периодичностью через один рабочий цикл работы цилиндра производит закорачивание входной масштабной емкости электрометрического усилителя. 2 ил. рактерного для пьезодатчиков и усилителей заряда, производится периодическое закорачивание цепи обратной связи (усилитель

"обнуляется" ), Недостатком такого измерителя является то, что обнуление производится периодически через несколько рабочих циклов, что снижает достоверность результатов, так как между рабочими циклами может произойти уход "нуля".

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее датчик давления, масштабную емкость, механический включатель-кнопку, электрометрический. усилитель, электронный осциллограф, усилитель-ограничитель, схему задержки, электронный ключ, который осуществляет закорачивание контактов механического включателя-кнопки и тем самым разряжает масштабную емкость (производит "обнуление" ) после каждого рабочего хода поршня. Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения "обнуления" без ручной регулировки длительности импульса ждущего

1763918 мультивибратора на различных скоростных режимах двигателя, что не позволяет использовать устройство на переходных режимах, а также в широком диапазоне изменения скоростей вращения. Кроме того, известное устройство не обеспечивает обнуление электрометрического усилителя в процессе статической тарировки пьезокварцевых датчиков на гидравлических прессах.

Цель изобретения — повышение точности измерений в независимости от режима работы двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что усиленный сигнал пьезоэлектрического преобразователя давления проходит через выделитель экстремума и поступает в логическую схему, где определяется середина между двумя экстремумами, что соответствует BMT в фазе продувки, и в этот момент с помощью ключа производится закорачивание входа электрометрического усилителя, т.е. перед проведением измерения производится автоматическая установка элементов измерительной цепи в исходное состояние. Для этого в устройство индицирования двигателя внутреннего сгорания, включающее пьезоэлектрический преобразователь, масштабную емкость, ключ, снабженный управляющим входом и включенный параллельно масштабной емкости, электрометрический усилитель и регистрирующий прибор дополнительно введены выделитель экстремума, формирователь уровня, блок управления, схема "И вЂ” НЕ", схема "И", генератор, первый и второй счетчики, схема совпадений, делитель частоты и ждущий мультивибратор. Такое выполнение предлагаемого устройства позволяет независимо от скоростного режима работы двигателя производить путем закорачивания разряд масштабной емкости до нулевого потенциала в положении ВМТ в фазе продувки, когда давление в цилиндре близко к атмосферному, причем длительность "обнуление" свести к единицам мс, что позволяет свести к минимуму погрешность при интегрировании (дифференцировании) индикаторной диаграммы, что особенно существенно при работе на ЭВМ.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы преобразования измеряемого сигнала.

Устройство для индицирования двигателей внутреннего сгорания содержит электрометрический усилитель 4, вход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем 1 и масштабной емкостью 2, параллельно которой подсоединен ключ 3, 5

55 снабженный управляющим входом, а выход — с регистрирующим прибором 5 и входом блока выделения экстремума 6, выход которого подключен к формирователю уровня 7 и входу блока управления 8, снабженного тремя выходами, выход формирователя уровня соединен с первым входом схемы

"И-НЕ" 9, второй вход которой подключен к первому выходу блока управления 8; генератор 4, выход которого соединен с входом первого счетчика 12 и с вторым входом схемы "И" 10, первый вход которой подключен к второму выходу блока управления 8, третий выход последнего соединен с входом

"уст.0" первого счетчика 12; выход схемы

"И" 10 через делитель 15 соединен с счетным входом второго счетчика 16, установочный вход которого подключен к выходу схемы "И вЂ” НЕ" 9; выходы первого 12 и второго 16 счетчика подключены соответственно к первому и второму входу схему совпадения 13, выход которой связан со входом ждущего мул ьтивибратора 14, выход последнего подключен к входу управления ключа 3. Ключ представляет собой магнитоуправляемый контакт, выполненный в стеклянном корпусе, что обеспечивается сопротивлением изоляции в обесточенном состоянии 10" — 10" Ом, Управление осуществляется подачей тока на обмотку, Устройство работает следующим образом.

Электрический заряд, возникающий на преобразователедавления 1, приводит к появлению на масштабной емкости 2, а следовательно. и на входе электрометрического усилителя 4 электрического сигнала (эпюра

А, фиг. 2), пропорционального давлению в камере сгорания двигателя. Усиленный электрометрическим усилителем 4 сигнал поступает на регистрирующий прибор 5 и на выделитель экстремума 6. Выделитель экстремума 6 при достижении максимума давления вырабатывает короткий импульсный сигнал (эпюра Б, фиг. 2). Этот сигнал проходит на формирователь уровня 7, на выходе которого появляется напряжение соответствующее логической 1 (эпюра В фиг, 2), которое снижается, где т — постоянная времени падения напряжения выбирается из расчета обеспечения нормальной работы схемы И-НЕ на самых низкооборотных режимах дизеля. Одновременно импульсный сигнал с выделителя экстремума 6 поступает на вход блока управления 8, в котором на первом потенциальHOM выходе формируются через экстремумы короткие импульсы логического "0" (эпюра Г, фиг. 2), на втором выходе формируются прямоугольные импульсы (эпюра Д, фиг. 2), на третьем выходе

1763918 храняется набранная в первом периоде, f2 T1 т.е. 2 2 (эпюра M. фиг, 2). Это позволяет получать равенство информации в двух счетчиках через один рабочий цикл в сере55 короткие импульсы предварительной установки первого счетчика (эпюра Е, фиг. 2), Сигнал логической "1" с выхода 3 блока управления 8 производит установку "0" в первом счетчике 12. Сигнал установки "0" во 5 втором счетчике 16 вырабатывается схемой

И вЂ” НЕ 9.

Генератор 11 начинает работать одновременно с включением прибора. Прямоугольные импульсы с частотой f2 поступают 10 в первый счетчик и на вход схемы И 10— (эпюра Ж, фиг. 2). Таким образом, в первом счетчике 12 счет импульсов происходит каждый рабочий цикл заново, т.к. с каждым сигналом экстремума в счетчик поступает 15 импульс установки 0 (эпюра И, фиг. 2).

Одновременно с этим через схему И 10 с периодичностью через один рабочий цикл проходит счетные импульсы с генератора 11 на второй счетчик 16, предварительно де- 20 ленные на 2 в делителе 15. такая периодичность обусловлена тем, что для прохождения импульсов через схему 10 необходим также разрешающий сигнал с второго выхода блока управления 8 (эпюра К, 25 фиг, 2), Таким образом, во второй счетчик через каждый рабочий цикл поступает и запоминается количество импульсов в два раза меньше, чем в то же время в первый счетчик (эпюра Л, фиг. 2). Сброс информа- 30 ции во втором счетчике осуществляется через цикл, Информация с первого и второго счетчика поступает в схему совпадения 13, которая выдает сигнал на ждущий мультивибратор 14 при условии равенства инфор- 35 мации в обоих счетчиках. Из графиков фиг, 2 видно, что условия равенства информации в счетчиках возникает дважды: в начальный момент счета, когда в счетчиках отсутствует информация и в середине между двумя экс- 40 тремумами через один рабочий цикл, Чтобы исключить ложный сигнал со схемы совпадения в первом случае во второй счетчик при установке "0" вводят число "2" т,е, в момент t1в первом счетчике после установ- 45 ки "0" произойдет сброс всей информации, а во втором установится "2". 3а период Т1 в первом счетчике наберется число импульсов равное N1 = f2T2, а во втором наберется

12 Т1 и запомнится N2 = 2, 2

Во второй период Т2 цикл набора информации в первом счетчике повторится, а во второй информация не поступает, а содине между экстремумами с точностью 2 — 3 счетных импульсов, т.е. в ВМТ 8 фазе продувки (эпюра Н, фиг. 2), При этом надо иметь ввиду, что частота генератора на 2 — 3 порядка выше частоты основного процесса, Схема совпадений при равенстве информации первого и второго счетчика выдает сигнал на срабатывание ждущего мультивибратора 14, который с помощью ключа 3 производит кратковременное закорачивание (обнуление) масштабной емкости

2 (эпюра О, фиг. 2).

Кратковременное закорачивание измерительной схемы в фазе продувки не оказывает какого-либо влияния на погрешность измерений, так как этот процесс занимает около 3 град. поворота коленвала при давлении в камере сгорания 1 — 2 кг, При статической тарировке производимой оператором на гидравлическом прессе нет необходимости в автоматическом обнулении, поэтому схему обнуления отключают.

Устройство позволяет повысить точность измерений на любом режиме работы двигателя, уменьшить число повторных измерений, снизить затраты времени на обработку индикаторных диаграмм, а в сочетании с электрическим усилителем позволяет создать преобразователь давления для измерительно-вычислительных комплексов, предназначенных для комплексной автоматизации испытаний ДВС.

Формула изобретение

Устройство для индицирования двигателей внутреннего сгорания, содержащее пьезоэлектрический преобразователь с масштабной емкостью, электрометрический усилитель, ключ, снабженный управляющим входом, регистрирующий прибор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений.и независимости от режима работы двигателя в устройство введены дополнительно выделить экстремума, блок управления, формирователь уровня, схема И вЂ” НЕ, схема И, генератор, первый счетчик импульсов, делитель числа импульсов, второй счетчик импульсов, схема совпадений, ждущий мультивибратор, при этом выход электрометрического усилителя сое-, динен с входом выделителя экстремума, выход которого подключен к формирователю уровня и входу блока управления, снабженного тремя выходами, выход формирователя уровня соединен с первым и входом схемы И вЂ” НЕ, второй вход которой подключен к первому выходу блока управления, генератор, выход которого соединен с входом первого счетчика и вторым входом схемы И, первым входом которой подключен к

1763918 второму выходу блока управления, третий выход последнего соединения с входом "Установка О" первого счетчика, выход схемы И через делитель соединен с счетным входом второго счетчика, установочный вход кото- 5 рого подключен к выходу схемы И вЂ” НЕ, выходы первого и второго счетчиков подключены соответственно к гервому и второму входам схемы совпадения, выход которой связан с входом ждущего мультивибратора, выход последнего подключен к входу управления ключа.

17б3918 б il; &0 у радл.

В 4 ЕЛОКа управ. ц Осюпчига

„Усхемы И (элемент)0

Юи. 2

Редактор С.Горячева

Заказ 3451 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ц, V уилателя б У Жди,улр

6 0 ррмар урйа

Z 7 JI0Eu у радл.

Ж U гене0ащк

3 (леиена 3) Л Ус,те ы

denv me a УСчетчцк

h с еиы соападену

0 0)e.ä пула

my/

Составитель В.Золотов

Техред M.Моргентал Корректор С.Л иси на

     

www.findpatent.ru

Устройство для индицирования двигателя внутреннего сгорания — SU 785665

(53) УДК 621,431280 07,1230. Бюллете аиия описания 0 531,. 78 (088. вта опублино,С,Гуткин, В ,Е,Магер, В. Комовск ий, 3, А, Кудряшов, Е. С, Левшина Оисейченко,П,В,НОвицкий и С,С.Сокол Ленинградский ордена Ленина политехнический инстит имени М, ИКалинина 71) Заяви 54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИНДИЦИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯпри ОРШ. м являю малы икатор х зада узк Изобретение относится к облаинформационно-измерительной техи может найти широкое применениеразработке и усовершенствовании игневых машин, двигателей внутреннегосгорания, компрессоров и т,д,Известны устройства для индицирования двигателей внутреннего сгорания содержащие датчик параметра сформирсвателем и датчик угла поворота вала, усилитель, счетчики метоки выборок, формирователь, ключ режима,триггер управления, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), аналогово-цифровой преобразователь (АУП),усилитель-согласователь, транскритор,и регистратор, причем датчик параетра через усилитель связан с АЗУ,на другом входе которого включенсчетчик меток, а на выходе через 2последоваТельно соединенные усилитель-согласователь итранскриторрегистратор, при этом формировательимпульсов соединен параллельно стриггером управления, счетчиком ме-. 2ток и счетчиком выборок, которыйсоединен также с триггером управления 1,Недостатком инд а тсяий круг решаемы ч й 3 диапазон рабочих скоростей машиныиэ-за отсутствия согласования быстродействия регитсратора со скоростьювращения коленвала. слржнос-шифратора. особенно прн увеличен.,;числа градиций па углу," избытс .настьинформации об измеряемой величинепри значениях угла поворот- ксленвала из области нижней мертвой точи:низкая тОчнОсть измерений в режименасОсных ходоваЦелью изобретения является обеспе"чение воэможности индикации пара-метров в широком диапазоне скоростных режимов и на заданном участкехода поршня,Укаэанная цель достигается тем,что устройство дополнительно содержитпервую и вторую схемы задержки,схему вычитания единицы, схему И итриггер пересчета, причем разрешающий выход регистратора соединен с егоуправляющим входом через последовательно соединенные схемы задержки,первая из которых включена междусчетчиком меток и АЦП другой выходрегистратора через последовательносоединенные схему вычитания единипыи триггер пересчета соединен со счетчиком меток, триггер управления полключен к одному иэ входов схемы И,другой вход которой связан с датчикомугла, а выход - со схемой вычитанияединицы, Кроме того, в устройстводополнительно введены селектор верхней мертвой точки, включенный междудатчиком угла и ключом режима, испусковое устройство, входы которогосоединены с выходом ключа режима,датчиком угла и триггером управления,а выход - с третьим входом схемы И,В устройство, кроме того, введенусилитель-ограничитель и ключ масштаба, включенные последовательно междудатчиком параметра и АЗУ, причемключ масштаба связан также с усилителем.На Фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - схема временных сигналов,Датчик 1 содержит на оси коленвала диск с метками угла в виде,например, радиальных щелей, а с двухсторон диска установлена фотопара(светодиод и фотодиод), Сигнал сфотодиода поступает на фотоэлектрический преобразователь 2 угла псворота,Фотоэлектрический преобразователь2 содержит три фотопары и осуществляет формирование трех последовательностей импульсов: импульсов верхнеймертвой точки (ВМТ) импульсов нижнеймертвой точки (НМТ) и рабочих импульсов (метки угла) (Фиг, 2).В рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания (ДВС) вмонтированпъезоэлектрический датчик давления 3,выходной сигнал которого через ключмасштаба 4 поступает на вход усилителя 5 пъеэотоков и усилителяограничителя б насосных ходов. Выходное напряжение усилителя 5 пъеэотоков, пропорциональное величине давления в цилиндре поступает на аналоговое запоминающее устройство 7 (АЗУ),которое осуществляет выборку мгновенных значений измеряемого давленияв соответствии с сигналами с устройства управления, Формируемыми поуправляющим импульсам поворота коленвала, Выход АЗУ соединен со входоманалого-цифрового преобразователя 8(АЦП), цифровой выход которого черезусилитель-согласователь 9 и транскриптор 10 поступает на вход регистратора 11, например, перфоратора.Работа АЗУ, АБП и перфоратораосуществляется выходными импульсамиуправлрющего устройства, Управляющее устройство предлагаемого индикатора рабочих процессов в поршневыхмашинах позволяет в отличие от аналогов, исследовать рабочие процессыс различными периодами рабочихциклов, например, в компрессорах спериодом 360 ф угла поворота коленвала или с периодом 720 О угла поворота в ДВС или дизелях, причем в последнем случае характеризуетсявозможностью селективного исследования ходов рабочего цикла: рабочегоили насосного хода с соответствующимизменением параметров устройства.индицирования, С этой целью на вход.ную ячейку И 12-управляющего устройства поступают импульсы угла поворота коленвала, а также импульсыНМТ через спусковое устройство 13и импульсы,ВМТ через селектор ВМТ 14,ключ 15 режима и спускойое устройство 13, Выход ячейки И через схему16 вычета единицы и триггер 17 пересчета соединен со входом счетчика 18меток. Выход счетчика 18 соединен с1 управляющим входом 7 АЗУ через первую схему 19 задержки соединен суправляющим входом 8 АЦП и черезвторую схему задержки 20 соединенс управляющим входом перфоратора20 11 (ПЛ) . Импульсный выход перфоратора соединен со входом счетчика21 импульсов выборок и с управляющим входом схемы 16 вычитания единицы,5 Вход Формирователя импульсов 22соединен с кнопками Начальнаяустановка и Пуск и выходимпульсов "Начальная установкасоединен с установочными входамиЗ схемы 16 вычета единицы, счетчика 18меток угла, счетчика 21 импульсоввыборок и триггера управления 23,Выход импульса Пуск формирователя22 соединен с управляющим входомтриггера 23 управления,Работа устройства осуществляетсяследующим образом,Исходно ключ 4 масштаба давленияи ключ 15 режима синхронно устанав 4 О ливаются в требуемое положение арабочий ход или б - насосныйход. НажатиеМ кнопки Начальнаяустановка Формирователь 22 выдаетимпульс Начальная установка, покоторому счетчики 18 и 21, схема 16вычитания единицы и триггер 23 устанавливаются в исходные состояния,при которых счетчик, 18 полностью заполнен, счетчик 21 сброшен в ноль,.а с триггера 23 поступают на вход.спускового устройства 13 и схему И12 запрещающие сигналы, в результате чего на счетчик 18 не поступаютимпульсы меток угла, После нажатиякнопки Пуск формирователь 2255 выдает импульс пуска на триггер 23,который устанавливается в положение,разрешающее работу спускового устройства и прохождение импульсов метокугла через схему И 12, СпусковоеО устройство 13 воспринимает первыйимпульс ВМТ, отсчитывает от негоследующий по времени импульс НМТ,и в этот момент открывается схемаИ 12, позволяющая импульсам метокугла проходить через схему 16 итриггер пересчета 17 на счетчик 18меток угла.Первый же импульс после НМТпереполняет счетчик 18, и выходнойсигнал его (перепад 0является запускающим для АЗУ, которое осуществляет точечную выборкуиз сигнала П(Р) давления.Напряжение О (Р) хранится в АЗУи с помощью АЦП 8 преобразуется нкод, Для этого через время задержкиФормируемое первой схемой 19 эадержки и необходимое для занершения процесса выборки АЗУ, дается схемой 19импульс запуска на АЦПв течениенремени осуществляет преобразование,напряженияР н цйфровой код,кото-,1рйй требуется зарегистрировать наперфоленте. Для этого через времязадержки необходимое для срабатыванияАЦП и формируемое второй схемой 20задержки, последней выдается импульс запуска на пЕрфоратор 11.После того, как перфоратор 11 закончил регистрацию первого значениянапряжения Ц (Р) давления, он ныдает импульс вычитания на схему16, Схема 16 фвыбивает один импульс иэ последовательности импульсов отметок угла поворота и возвращается в исходное состояние. Крометого, на вход счетчика 21 поступаетпервый импульс выборки.Таким образом, происходит сдвигпо Фазе сигнала на выходе счетчика18, то есть импульса запуска АЗУ,по отношению к отметкам ВМТ и НМТ,АЗу будет выбирать теперь иэ сигнала З 5(Р) следующее второе значение П(Р),Измерение второго значения давления,задерживается на время, необходимое для завершения регистрации егозначения перфоратором, Это обеспечивается запрещающим сигналом с выхода перфоратора, пока идет процессрегистрации, на схему 19, по которому запрещается прохождение импульсов запуска на АЦП,Когда процесс регистрации закончен с выхода перфоратора на схему 19поступает сигнал, разрешающий зацуск АЦП, второй счетный импульсвыборки на счетчик 21 и сигнал насхему 16 .нычитания единицы, т.е.50производится сдвиг на.следующуютретью точку и т.д. После того, какбудет зарегистрирован полный периоддайления, т.е. осуществлены все выборки давления, число которых определяется числом меток угла на диске,т.е. коэфФициентом деления счетчиКа21, выходной сигнал 21 (перепад0 - 1) опрокидывает триггер 23, при этом импульсы меток углаповорота перестают поступать на счетчик 18, и процесс измерения и регистрации останавливается.Для возобновления цикла работысистемы необходимо нажимать последовательно кнопки Начальная установка и Пуск,при этом ключи масштаба 4 и хода 15 должны находитьсяв требуемом положении (рабочий илинасосный) .Переключатель может быть какручным, так и автоматическим,Предлагаемое устройство скомплектовано из стандартных блоков. Так,в качестве АЦП, усилителя-согласователя и транскриптора использованыблоки информационно-измерительнойсистемы промышленного назначениятипа К 200, Это АЦП Ф 203, транскриптор Ф 253, усилитель-согласователь Ф 270. В качестве регистратора использован перфоратор типа ПЛ.Давление в камере сгорания измеряется с помощью пъезокварцевыхдатчиков давления ЦНИДИ с номинальнойчувствительностью 0,2 10 %о/Па, Разработаны усилители пъеэотоков 5 и 6с номинальной чувст(вительностью 80 310В/Кл и Б = 3 109 В/Кл, Ониобеспечивают два режима - записи иконтроля всей диаграммы (рабочийход) - усилитель 5 или увеличеннойв 10 раэ ее нижней части (насосныехода) " усилитель 6,Анализ исследований рабочих процессов в поршневых машинах, проводимых как у нас в стране, таки эа рубежом, покаэынает, что для измерений теплоэнергетических параметровмашин с погрешностью порядка 1 в . 2дискретизация по углу поворота коленвала должна быть не более одногоградуса, что соответствует 360 значениям в цикле, например,.температуры н рабочей полости компрессораили 720 значениям давлений в цилинд"ре ДВС в полном цикле.Априорные сведения об исследуемомпроцессе давления показывают, что нрабочем ходе поршня имеется явновыраженный пик давления в областиВМТ, т.е. участок с большой производной, который не превышает 90 О поворота коленвала и расположен не более,чем эа 30 ф до ВМТ и 60 после ВМТ,Именно на этом участке требуетсяизмерять исследуемый сигнал давления(температуры) с минимальным шагом поуглу не более 1 О . На остальной частиинформационного периода (рабочегохода 270 ф) давление изменяется плавнов небольших пределах. Чтобы нЕ вносить избыточности в результаты измерений, достаточно при заданной точности (1 + 2) производить измерения с шагом по углу не менее 10т.е. адаптироваться к характеру изменения исследуемого процесса. Такуюадаптацию коленвала проиэнодят нанесением соответствующих меток (прорезей)в диске (фиг.1 или 2),что и осуществлено в предлагаемом устройстве.Преимущества данного устройства очевидны,так как вместо 360 точек регистрируются 117 точек, при этом н три раза уменьшается время измерения, во столько же раз экономится перфолента при сохранении той же точности измерения. К тому же и аппаратура несколько упрощается за счет меньшей емкости счетчиков (18-и 21) .Исследуемые процессы в ДВС носят периодический характер, с периодом, равным двум оборотам коленвала, т.е, 720 , причем наиболее интересный рабочий ход поршня, на который приходится пик давления, составляет1 О 360 ф (фиг. 2), Вторую половину цикла составляет насосный ход, В процессе исследований наибольший интерес представляет именно рабочий ход, В предлагаемом устройстве осуществляет ся избирательность режима измерения вручную или автоматически с помощью соответствующих ключей 4 и 15 (фиг,1) и простейшего усовершенствования путем введения пересчетного триггера 2 О 17 на входе счетчика 18 импульсов меток угла с коэффициентом деления К: =117.Выбор рабочего хода в качестве информативного обеспечивается с помощью селектора ВМТ, 25 Для регистрации рабочего ходанужно выделить ВМТ насосного хода и начать измерение со следующейпо времени метки НМТ, Для регистрации насосного хода нужно выделить ВМТ рабочего хода (по большомууровню давления) и начать измерение с НМТ,33Сказанное выае осуществляется спомощью селектора. ВМТ 14, ключа 15,спускового устройства 13 и схемИ 12 (фиг, 1). На насосных ходахуровень давления существенно меньше40, пика давления более, чем н 10 разПоэтому при регистрации давления насосных ходов для обеспечения ныходного сигнала пъезоусилителя,. соизмеримого с нормальным входным напряжением АЦП, пъезоусилитель б имеет 45коэФфициент усиления в 10 раз вышеноминальной чувствительности усилителя 5, В этом режиме рабочий ходне квляется информативным и пъеэоусилитель 6 работает в режиме огра Оничения пика давления,В процессе разработки поршневых машин исследования их проводятсяв широком диапазоне скоростей вращения коленвала двигателя, по крайней мере 300 + 3500 об/мин При использовании перфоратора ПЛ. на номинальной скорости вращения двигателя время регистрации определяется быстродействием перфоратора, При малых скоростях вращения коленвала двигателя, время регистра.ции обуславливается уже скоростью двигателя, Для обеспечения устойчивой работы устрой ства на разных скоростях вращения коленнала управляющий импульсный выход перфоратора ссединен с управляющим входом схемы задержки 19 пуска АЦ 17. Таким образом, при скорости регистрации перфоратора ПЛ-150 строк/сек, нремя регистрации 5-ти разрядного числа составляет не более 70 мс, и время регистрации одного цикла составляет порядка 45 с при скорости двигателя 300 об/мин, при этом произвоцится выборка точек из 117 информационных периодов, При скорости двигателя 3500 об/мин время регистрации составляет порядка 8 с и ныборка точек проиэводится из 34 информационных периодов, поскольку перфоратор на успевает работать в темпе работь; двигателя,При исследовании многоцилиндроныхдвигателей (дизелей), для индицирования процессов н каждом цилиндре фотодатчик устанавливается на червячномколесе, которое с помощью червячнойпередачи поворачивается относительнодиска с метками угла, жестко установленного на коленвале двигателя,что позволяет использовать один Фотодатчик угла, Таким образом, фотодатчик может быть точно совмещен с положением ВМТ любого иэ цилиндровдвигателя, После выставки.фотодатчикачервячное колесо жестко стопорится,Малс=. время регистрации индикаторной диаграммы (8 сек при номинальныхоборотах) позволяет в течение сраннительно короткого интервала времени(2-5 минут) зарегистрировать десятоки более ийдикаторных диаграмм, чтопозволяет с помощью ЭВМ осуществитьстатическую обработку результатовизмерения и получить наиболее достоверные характеристики рабочего процесса поршневой машины,Предлагаемое устройство исключаетизбыточную информацию и позволяетбеэ потери точности экономить машинноевремя на обработку информации и,по меньшей мере в три раза уменьшитьпотребление носителя информации(перфоленты) и в три раза выигоатьв быстродействии подобных устройствс перфоратором в качестве регистратора,Формула изобретенияУстройство для индицирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик параметра с форми-. рователем и датчик угла поворота нала, усилитель, счетчики меток и выборок, формирователь, ключ режима, триггер управления, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), усилитель-сбгласонатель транскрип- тор и регистратор, причем датчик параметра через усилитель связан с9 785665 лроиолФсР цг.1 УпраАЮю АЗУ, на другом входе которого включен счетчик меток, а на выходе через последовательно соединенные усилитель-согласователь и транскриптор-регистратор, при этом формирователь импульсов соединен параллельнос триггером управления, счетчикомметок и счетчиком выборок, которыйсоединен также с триггером управления, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью индикации параметров в широком диапазоне скоростныхрежимов и на заданном участке ходапоршня, устройство дополнительносодержит первую и вторую схемы задержки, схему вычитания единицы,схему И и триггер пересчета, причемразрешающий выход регистратора соединен с его управляющим входом через последовательно соединенныесхемы задержки, первая из которыхвключена между счетчиком меток иАЦП, другой выход регистратора через последовательно соединенныесхему вычитания единицы и триггер пересчета соединен со счетчиком меток, триггер управления подключен кодному из входов схемы И, другой входкоторой связан с датчиком угла, авыход - со схемой вычитания единицы.2, устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, в негодополнительно введены селектор верхней мертвой точки, включенный междудатчиком угла и ключом режима, нспусковое устройство, входы которогоО соединены с выходом ключа режима,датчиком угла и триггером управления,а выход - с третьим входом схемы И,3, Устройство по п,п. 1 и 2,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что внего дополнительно введен усилительограничитель и ключ масштаба, включенные последовательно между датччком параметра и АЗУ причем клю-.масштаба связан также с усилителем,20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Иоог 1 есЪпзсЬе ге 1 Сзспг 111,1975, 36, Р 2, с; 33-38,785665 нит Мпгуафа и(,о) Составитель Н. Патрахальцеведактор Т. Глазова Техред Н,Ковалева Макаренко Корректс Заказ 8 Подписи иал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Фф бар) 9143 Тираж ВЧИИПИ Государст по делам изобр113035, Москва, Ж 019енного комитета СССРтений и открытий5, Раушская наб д, 4/

patents.su


Смотрите также