Устройство для измерения давленияв цилиндрах поршневого двигателя

ОП ИСАН ИЕ

H3OSPKTE Н ИЯ

И ЙАУЮКТУ

Сотоз Соеетснмк

Соцмалмстмчесим«

Республмк ii 795519 (61) Дополнительный к патенту

{32) ЗанвленО 18.07, 77 {21) 2505405/18-10 (23) Приоритет — (32) 19-07.76 (31) .Р 2632470.9 {331 ФР

Опубликовано 07.01.8 1.Бтоллетень № 1

Дата опубликования описания 10.01.81

{Ы} М. Кл .

6т 01 23/00 йаударетввнЫ(конитет

СССР ао дадли изобретен«к и еткрмткй (53) УДК 531.787 (088. 8>

Иностранец

Олуф Рахбек Шмидт (Дания) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

"А/С Бурмайстер энц Вейкс Morop

1971 (Дания) {71) 3аивитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЛ(ЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

В ЦИЛИНДРАХ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ в цилиндрах поршневого цвкт агепя, соцержашем датчики аавпения в ципкнцрах, пагчики положения поршней,электронное вычкслигепьное усгройсгво и блок с пряжения цагчиков с элекгронным вычислительным усгр йсгвом цагчкки положения порш-. ней выполнены в вице перемещения, содержащих комплекты меток на частях двигателя жестко сое гиненных с поршнями к инцккагоры меток установленных на подвижных частях двигателя

Устройство, кроме гогоу содержит гепескопкческую грубу цпя подачи охлаждения к поршню установленную в уппогнигельной втулке, а метки расположены равномерно к выппнены на наружной поверхности этой грубы, при этом датчик положения поршня установлен эксценгркчнг и врашагельно во вставке, проходящей через уплогнитепьную втулку.

Кроме того, часгь двигателя снабжена мегкамк кроме участка, соответствукппего нижней мертвой точке (НМТ} положения поршня, При эгом в блок сопряжения введены счегчики и схемы переключения знаИзобретение относится к обласг» измеркгепьной техники а именно к усгройт сгвам цпя измерения аавления в цилиндрах поршневого цвкгагеля.

Известны усгройсгва цпя измерения давления в цилинцрах поршневого авкгагепя содержащие аагчкки сигналов sepxI ней к нижней мертвых точек вычислигельt ное ycrpohcraog 11.

Недостатком известного устройства (о является то, что оно не может быть использовано цпя измерения давления.

Наиболее близким по технической сущности является усгройствот содержащее цагчкки давления цилинцров датчики поло- (4 т жения поршней электронное вычислительI ное устройство и блок сопряжения цагчиков с вычислительным усгройсгвом (2).

Недостатком устройства являегся низкая г очи ость из мер ен кй, 20

Целью изобретения является повышение точности измерений за счег уменьшения погрешности измерения положения поршней.

П ставленная цель достигается гем, иго в ycrpolcrse цля измерения давления 26 фД ф

or Л1аскинфабркк АФ" "--

3 7955 ка кзмеряемой величины которая связана с выходом авухходового элемента ИЛИ, причем входы элемечта ИЛИ соединены со счетчиком и с элементом эааержки.

На фиг. 1 приведено вертккальное сечение цвухтактного дизельного двигателя; на фиг. 2 — вертикальное сечение гелескокической грубы, на фиг. 3 — блок-схема устройства; на фиг. 4 - инцикаторная диаграмма одного из цилинцров, 10

Двигатель содержит гкльзу 1, крышку

2 к поршень 3, соециняющийся через шток 4 с крейцкопфом 5. Последний через соединительную тягу 6 связан с коленчатым валом 7 двигателя. Охлаждающая 15 жидкость аля поршня подается от стационарного распределителя 8 через тейескопнческую трубу 9, жестко соединенную с крейцкопфом 5, и аалее через каналы, выполненные в последнем и в штоке 4 порUIIIsE K поршню 3.

Датчик давления 10 устанавливается в крышке 2 цилиндра и служит для измерений аавления в камере сгорания 11 над поршнем 3 и поаачи на ЭВМ 12 àíà- 25 логового сигнала напряжения, амплитуаа которого пропорциональна рабочему давлению в камере 11.

На наружной поверхности телеск пической грубы 9 имеются метки 13, выпол- 30 ненные в виае поперечных зубцов разделенных равномерно профрезерованными канавками 14. Зубцы 13 к канавки 14 выполнены на алине телескопической трубы, которая несколько меньше, чем хоц порш- 35 ня 3 а аля фиксирования. прохождения зубцов преаусмотрен аатчик 15. датчик 15 закрепляется в гориэонтапьаой втулке 16 вращажпьно поддерживаю- 40 щейся другой втулкой 17, которая на резьбе закрепляется в стенке вертикальной уппотнительной. втулки 18 окружающей трубу 9. Уплотнитепьная втулка 18 устанавливается в наружной трубе 19 с рациальным зазором с тем чтобы обеспечить ей перемещение без 1 помех при возможном поперечном смещении renecioпкческой грубы 9. Наружная труба 19 герметиэируется относительно части рамы .,5п

20 двигателя с помощью уплотнитепьного кольца 21, а с помощью другого уплотнктельного кольца 22, горизонтальная втулка 17 гермегиэируется относктельно рамы 20.

Вычислительное устройство содержит усилитель 23, подключенный к схеме ф рмирования импульсов 24у электронный переключатель 251 задерживающую цепь

19 4

26 и счетчик 27, выходы которого соединены со схемой ИЛИ 28. Выход задерживающей цепи 26 поцключен на процессор 29. Для индикации. результатов измерений служит дисплей 30. датчик

10 подключен к усилителю 31> гоцклю-! ченному к аналого-цифровому преобразователю 32.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении поршня 3 вверх и вниз в цилиндре груба 9 перемещается синхронно с ним. В результате зубцы 13 .проходят в непосрецственной близости or цатчика 15. Каждый раз, когда зубец проходит мимо датчика, вырабатывается цва электрических имульса, первый — в результаге прохождения передней кромки рассматриваемого зубца, а второй — при прохождении задней кромки этого зубца. .Пля получения цвух управляющих импульсов глубина канавок 14 должна быть по крайней мере такой> как разница .уровней напряжения или амплитуд импульсов выходного сигнала датчика 15. На практике глубина канавок может составить.поряцка 1,5 мм, а ширина канавкк 14 - примерно 4 мм. Таким образом, импульс управления вырабатывается каждый раэ, когда поршень проходит 3 мм.

Импульс сигнала or цатчика 15 (см; фиг. 3) поступает через усилитель 23 на схему формирования импульсов 24, которая в качестве выходного сигнала вырабатывает прямоугольный сигнал.

Сигнал or цатчика давления 10 поступает через усилктель 31 на аналого-цифровой преобразователь 32 углового положения в котором аналоговый сигнал напряжения от датчика преобразуется в дискретный выходной сигнал. Преобразователь 32 соединяется с выходной клеммой: схемы формирования импульсов

24 для йреобразования в цифровую форму цавпения, эамеренного датчиком 10. При этом каждый раз импульс поступает со схемы преобразования импупьсов 24, r.e. всякий раз когда поршень 3 пройдет расстояние, соответствующее половине шага зубцов 13. цифровые сигналы or преобразователя

32 поступают через электронный переключатель 25 на центральный процессор 29, в котором они аккумулируются и обрабатываются в соотвегсгвии с имеющейся в нем программой.

Процессор 29 снабжен авумя входными клеммами, перв. я из которых служит

5519 6

% 79 для приема цифровых сигналов, поступающих при ходе сжагия поршня 3, а вторая ля приема цифровых сигналов, поступающих во время хода расширения поршня.

Для расчета срецнего инцикагорндго цавпения необходимо подсчитать первые упомянутые сигналы с отрицательными знаками и последние упомянутые сигналы с положительными знаками. Таким образом, электронный переключатель 25 осуществляет изменение знака всякий раз когда поршень устанавливается в любой из двух своих мертвых точек и это происхоцит следующим обрвздм.

Выходная клемма схемы 24 соединяется с задерживающей цепью 26 и со счетчиком 27 Bblxollbl которого соециняюгся индивидуально с входной клеммой схемы ИЛИ 28 с авумя входами. выходная клемма которой соединяется с перек.лючателем 25. Выходной сигнал с задерживающей цепи 26 поступает нв процессор 29> под цейсгвием которых îí срабатывает, Мегки перемещения поршня выполнены в виде зубцов 13 и канавок

14 нв участке телескопической трубы 9, длина которого несколько меньше, чем ход поршня 3. Самый нижний зубец 13 располагается нв оцной линии с датчиком

15, когда поршень устанавливается чуть ниже верхней мертвой гочки. На противоположном конце телескопической гру- бы имее;ся участок без меток который на практике может соответствовать угловому смещению коленчатого вала 7; примерно на 25 с каждой стороны or нижней мертвой гочки. Таким образом, датчик 15 не поцает сигналы нв этом участке перемещения поршня. = та часть

1см. рис.4) перемещения поршня соответствует перемещению поршня между нижней мертвой точкой нв индикаторной диаграмме и точкой О. Причем в это время давление в камере сгорания 11 практически оказывается постоянным, поскольку продувочные окна цилинцрв огкрылись при рабочем ходе поршня erne до точки О и, кроме того, еще не закрылись во время хода сжатия цо тех пор, пока поршень не пройдет эту точку 0 на такое н же расстояние. Поэтому в расчете среднего индикаторного давления не будет погрешности, если пренебречь областью, находящейся между точками НМТ и 0 на

-диаграмме. 3%

Задерживающая цепь 26 настраивается на такую задержку времени, которая была бы больше, чем максимальное вре» мя интервала межау двумя сигналами

5 !

l5

26

2S

3S

4S положения, поступающими от цвгчика 15 в той части телескопической трубы, в которой предусмотрены зубцы 13, Следовательно, в этот период перемещения поршня or эацерживающей цепи

26 выходной сигнал не поступает. C другой стороны на участке беэ меток< между точками НМТ и 0 индикаторной диаграммы цепь 26 подает сигнал на схему ИЛИ 28 которая в свою;очерець подает выходной сигнал и смешаег переключатель 25 нв цругую входную клемму процессора 29. Переключение в верхней мертвой точке t ВМТ) выражается в гом что счетчик 27 настраивается на подачу, выходного сигнала только тoraaj когда он от схемы формирования импульсов 24 получи1 количество импульсов, соответствующее удвоенному числу зуб цов 13 нв телескопической трубе 9.

Счетчик 27 срабатывает при первом переключении в нижней мертвой точке и возвращается в исходное положение после подачи выходного сигнала на схему

ИЛИ 28.

Процессор 29 обрабатывает хранящиеся в нем значения давлений в камере

11 сгорания и выдает показания оцин раз зв каждый цикл, т.е. совпадающие с одним изменением знака, при этом результаты расчета имеют визуальное отображение на дисплее 30 взаимодействующем с устройством. В этот же момент процессор 29 устанавливается в исходное положение н готов к следующему циклу.

Благодаря гому, что зубцы 13 выполнены в непосредственной близости or гого места нв трубе 9, которое соответствует верхней мертвой точке поршня, а также, что имеется воэможность производить точную регулировку положения датчика 15 относительно зубцов, обеспечивается измерение цввления в камере сгорания 11 почти у самой верхней мертвой точки. В данном случае максимальная погрешность позиционирования составляет примерно половину расстояния между зубцами или шага, что соответствует погрешности в срецнем индикаторном давлении примерно два нв тысячу для двигателя с ходом поршня 1600 мм и шагом зубцов 6 мм.

Йля двигателя, имеющего. ход поршня

1600 мм, участок беэ меток величиной в 3 мм с каждой стороны or верхней ме» ртвой гочки соответствует угловому смещению коленчатого вала в 8,8, что энао чительно меньше, чем угол в 50 в нижо

7955 ней мертвой точке, rae происходит изменение знака поц контролем задерживающей цепи 26. Измерительное устройство преаназначено цля работы только в таком диапазоне скоростей вращения двигателя, в котором максимальное число оборотов в трк раза превышает величину минимальных чисел оборотов. ro дости гается благодаря выбору величины зацержки времени, обеспечиваемой цепью 26, © которая прк маKcHMBnüíü õ числах оборorîâ соответствует величине в три раза превышающей 8,8, r е. угловому смешению на

27, и одновременно, соответствует менее, чем 50О, с целью гарантирования (s того,что задерживающая цепь 26 не прекратит изменение знака в верхней мертвой точке,.а произойдет это полностью в нижней мертвой rome. Еспи устройство будет использоваться при скоро- з) стях вращения, находящихся в значительно большем интервале, чем время задержки, устанавливаюшееся в зависимости or скорости вращения авигателя, например, путем преобразования выходного 2g усилителя 23 в преобразователе напряжения в частоту в напряжение, зависящее от частоты, ro максимальное значение последнего используется в задерживающей цепи, 36

Аналогичным образом можно контролировать изменение знака в верхней мертвой точке с помощью отдельной задерживающей цепи. Учитывая, что время задержки такой задерживающей цепи будет значительно меньше, чем в нижней мертвой точке, благодаря меньшему углу поворота коленчатого вала, необходимому для изменения знака, необходимо, чтобы время задержки зависело or скорости вра- щ щения двигателя. Благодаря использованию задерживающей цепи вместо счетчика, измен ние знака в верхней мертвой точке становится независимым. от то(ности, с которой выполнены метки. 45

19 8 гут присоецкняться и отсоеаиняться вручную or остального оборудования.

При расчете среднего индикаторного давления можно, когда нужно, производить интегрирование (суммировнке), значений давлений в цилиндрах за несколько последовательных оборотов коленчатого вала вместо оцного, как это было раньше. После этого рассчитывается средняя вепичина в процессоре 29, Кроме гого, процессор 29 и дисплей ЗО могут служить цля раздельного показа, например, работы расширения (площадь под кривой расширения на фиг. 4) к работы сжатия, Кроме гого, процессор 29 может использоваться в сочетании с осцилпоскопом, осуществляющим непосредственную запись ин анка т орной диаграммы, отражношей давление в цилиндре в функции перемещения поршня, ипи в функции времени в течение рабочего цикла. Устройство также может использоваться дпя поаачи аварийного сигнала в случае возникновения поломки, например, прч регистрации абсураного значения измерения.

Формула изобретения

1. Устройство аля измерения давления в цилиндрах поршневого двигателя, содержащее аатчики цавпения в цилиндрах, датчики положения поршней, эпектронное вычислительное устройство и блок сопряжения датчиков с электронным устройством, о r и и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения, погрешности измерения положения поршней, в нем цатчики поло жения поршней выполнены в вице дагчиков перемещения, содержащих комплекты меток, выполненных иа частях двигателя, жестко соединенных с поршнем, к индикаторы меток, установленные на неподвижных частях двигателя.

Процессор 29 может использоваться цля показа требуемого мгновенного значения цавления в цилиндре, соогаегсгауюшего заранее выбранным точкам на индикаторной диаграмме (ркс, 4, например, давление сжатия и максимапьнм аавленке при сгорании). Процессор 29 устройства в сочетании с электронным оборудованием, взаимодействующим непосредственно с ним, является общим цля всего двигателя, тогда как преобразователь цавпенкя (датчик давления) 10 и датчик 15 устанавливаются для каждого цилиндра и мо2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что оно содержит телескопическую грубу аля подачи охлаждения к поршню, установленную в уплотнитепьной втулке, а метки расположены равномерно и выполнены на наружной поверхности этой трубы, прк этом датчик положения поршни установлен эксцентрично в цилинцркческой вставке, проходящей через уплотнительную втулку, причем вставка установлена с воэможностыв вращения вокр уг своей оск.

9 795519 10

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и - соединены со счетчиком и с элементом ч а ю щ е е с я тем, что часть двигате- задержки. ля снабжена метками, кроме участка, со- Источники информации, ответствующего нижней мертвой точке принятые во внимание при экспертизе положении поршня, при этом в блок соп- и 1. Авторское свидетельство СССР ряжения введены счетчики и схема перви- Ж 377784, кл Cj 014 23/08, 1973. лючения знака измеряемой величины, кото- 2. Asropcaoe свидетельство CC

СССР рая связана с выходом двухвходового эле- М 514218, an. Cj Oll„23/08, 1976 мента ИЛИ, причем входы элемента ИЛИ прототип).

795519

Сосгавигель А. Зоажевский

Редактор О. Фщаляпова Техред ЕГавридеяко Корректор Н. Швыдкая

Заказ 10167/1а. Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений ы открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a, 4/5 филиал ППП "Пагенг, г. Ужгород, ул Проектная, 4