Устройство для измерения давленияв цилиндрах поршневого двигателя - SU795519A3

Код документа: SU795519A3

Чертежи

Описание

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРАХ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ 37 ка измеряемой величины, которая связана с выходом двухходового элемента ИЛИ, причем вхоссы элемента ИЛИ соединены со счетчиком н с элементом задержки, На фиг. 1 приведено вертикальное сеченяе авухгактного дизельного двигателя; на фяг. 2 - вертикальное сечение телескояической трубы; на фиг. 3 - блок-схема устрсЛства; на фиг. 4 - индикаторная диаграмма одного из цилиндров. Двигатель содержит гильзу 1, крышку 2 и поршень 3, соединяющийся через шток 4 с крейцкопфом 5. Последний через соединительную тягу 6 связан с коленчатым валом 7 двигателя. Охлаждающая жидкость для поршня подается от стационарного распределителя 8 через теПескопнчвскую трубу 9, жестко соединенную с крейцкопфом 5, и далее через каналы, выполненные в последнем и в штоке 4 поршня , к поршню 3. Датчнк давления 10 устанавпивается в крышке 2 цилиндра и служит для измеренвА давления в камере сгорания 11 над поршнем 3 и подачи на ЭВМ 12 аналогового сигнала напряжения, амплитуда которого пропорциональна рабочему давпению в камере 11. На наружной поверхности телескопической трубы 9 имеются метки 13, выполненные в виде поперечных зубцов разделенных равномерно профрезерованными канавками 14. Зубцы 13 и канавки 14 выполнены на длине телескопической тру6ь1, которая несколько меньше, чем ход поршня 3 а для фиксирования прохождения предусмотрен датчик 15. Датчик 15 закрепляется в горизонтапь иой втулке 16 вращатепьно поддерживающейся другой втулкой 17, которая на резьбе закрепляется в стенке вертикапьной уплотннтельной втупки 18 окружающей трубу 9. Уплотнитепьная втулка 18 устанавливается в наружн Л fpy6e 19 с радиальным зазором с тем чтобы обеспечить ей перемещение без помех при возможном поперечном смещении телескопической трубы 9. Наружная труба 19 герметизируется относительно части рамы 2О двигателя с помощью уплотнитеаьного кольца 21, а с помощью другого уплотнителыюго кольца 22, горизонтапьная втулка 17 герметизируется относительно рамы 2О. Вычислительное устройство содержит усилитель 23, подключенный к схеме ф мирования импульсов 24, электронный переключатель 25 i задерживающую цепь 94 26 и счетчик 27, выходы которого соедчнены со схемой ИЛИ 28. Выход задерживающей цепи 26 подключен на прснессор 29. Для индикации.результатов измерений служит дисплей 30. Датчик 10 подключен к усилителю 31 подключенному 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 от датчика 15. Каждый раз, когда зубец проходит мимо датчика., -вырабатывается: два электрических имупьса , первый - в результате прохождения передней кромки рассматриваемого зубца, а второй - при прохождении задней кромки этого зубца, Для получения двух 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 порядка 1,5 мм, а ширина канавки 14 - примерно 4 мм. Таким образом, импульс управления вырабатывается каждый раз, когда поршень проходит 3 мм. Импульс сигнала от датчика 15 (см. фиг. 3) поступает через усилитель 23 на схему формирования импульсов 24, которая в качестве выходного сигнала вьфабатьюает прямоугольньй сигнал. Сигнал от датчика давления Ю поступает через усилитель 31 на аналого-цифровой преобразоватепь 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 преобразования в цифровую форму давления, замеренного датчиком 1О. При этом каждый раз импульс поступает со схемы преобразования импупьсов 24, т.е. всякий раз.когда поршень -3 пройдет расстояние, соответствующее половине шага зубцов 13. Цифровые сигналы от преобразователя 32 поступают через электронный переключатель 25 на центральный прсжессор 29, в котором они аккумулируются и обрабатываются в соответствии с имеющейся в нем программой. Прсщессор 29 снабжен двумя входными клеммами, первая из которых служит для приема цифровых сигналов, посгупаю ших при хоае сжатия поршня 3, а вторая аля приема цифровых сигналов, поступаю щих во время хода расширения поршня. Дпя расчета среднего инаикагорнбго аавпения 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 свпих мертвых точек и это происходит следующим образом. Выходная клемма схемы 24 соединяется с задерживающей цепью 26 и Со счетчиком 27 выходы которого соединяются индивидуально с входной клеммой схемы ИЛИ 28 с авумя входами, выходная клемма которой соединяется с перек лючателем 25. Выходной сигнал с задер живающей цепи 26 поступает на процессор 29, под действием которых он срабатывает , Метки перемещения поршня выполнены в виде зубцов 13 и канавок 14 на участке телескопической трубы 9, длина которого несколько меньше, чем ход поршня 3. Самый нижний зубец 13 располагается на одной линии с датчиком 15,когда поршень устанавливается чуть ниже верхней мертвой точки. На проти-. воположном конце телескопической трубы имеется участок без меток, который на практике может соответствовать угловому смещению коленчатого вала 7-. примерно на каждой стороны от нижней мертвой точки. Таким образом , датчик 15 не подает сигналы не этом участке перемещения поршня. часть VCM. рис.4) перемещения поршня соогветствует перемещению поршня между нижней мертвой точкой на индикатсфной диаграмме и точкой О. Причем в это время давпение в камере 11 практически оказывается постоянным, поскольку продувочные сжна цилиндра открылись при рабочем ходе поршня еще цо точки О и, кроме того, еще не закрылись во время хода сжатия до тех пор, пока поршень не пройдет эту точку О на такое же расстояние. Поэтому в расчете среднего индикаторного цавпения не будет погрешности, если пренебречь областью, находящейся между точками НМТ и О на диаграмме. Задерживающая цепь 26 настраивается на такую задержку времени, которая была бы больше чем макснмапьное 6-мя интервала между двумя сигналами положения, поступающими от датчика 15 в той части телескопической трубы, в которой предусмотрены зубцы 13. Следовательно, в этот пе{Ьиод переме- щения поршня от задерживающей цепи 26 выходной сигнал не поступает. С другой стороны на участке беа меток( между точками НМТ и О индикаторной диаграммы цепь 26 подает сигнал на схему ИЛИ 28j которая в свою очередь подает выходной сигнал и смещает переключатель 25 на другую входную клемму процессора 29. Переключение в верхней мертвой точке ВМТ) вьфажается в том., что счетчик 27 настраивается на чодачу; выходного сигнала только тогда. когда он от схемы формирования импупь-г сов 24 пoлyчиf количество импульсов, соответствующее удвоенному числу зуб нов 13 на телескопической трубе 9. Счетчик 27 срабатывает при первом переключении в нижней мертвой точк 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 один раз за каждый цикл, т.е. совпадающие с однчм изменением зн.ака, при этом результаты расчета имеют визуальное отображение на дисплее 30, взаимодействующем с устройством. В этот же момент процессор 29 устанавливается в исходное попоженне и готов к следующему циклу. Благодаря тому, что зубцы 13 выполнены в непосрецсгвенной близости от того места на трубе 9, которое соответ- ствует верхней мертвой точке поршня, а также, что имеется возможность производить точную регулировку положения датчика 15 относительно зубцов, обеспечивается измерение давления в камере сгорания 11 почти у самой верхней мертвой точки, в данном случае максимальная погрепгаость позиционирования составляет примерно половину расстояния между зубцами нпи шага, что соответствует погрешности в среднем индикаторном- давлении примерно два на тысячу для двигателя с ходом поршня 16ОО мм и шагом убцов 6 мм. Для двигателя, имеющего ход поршня 16ОО мм, yiacTOK без меток величиной в 3 мм с каждой стороны от верхней мертвой точки соответствует угппвому смещению коленчатого вала в 8,8 что знаительно меньше, чем угол в 5О° в ниж77

ней мертвой точке, гае происходит изменение знака под контролем задерживающей цепи 26. Измерительное устройство предназначено для работы только в таком диапазоне скоростей вращения дайгателя , в котором максимальное число оборотов в т(эи раза превышает величину минимальных чисел оборотов. Это дости гается благодаря выбору величины задержки времени, обеспечиваемой цепью 26, которая ари максимапьньрс чиспах оборото соответствует величине в три раза превышающей 8,8 , т е. угловому смещению на 27 , и одновременно. соответствует менее , чем 50°, с аелью гарантирования того, что задерживающая цепь 26 не прекратит изменение знака в верхней мертвой точке,-а произойдет это полностью в нижней мертвой точке. Еспи устройство будет использоваться при скоростях вращении, находящихся в значитеаьно большем интервале, чем время задержки , усганавливающееся в зависимости от скорости вращения двигателя, например , путем преобразования выходного усилителя 23 в преобразователе напряжения в частоту в напряжение, зависящее от частоты, то максимальное значение последнего используется в задерживающей цепи.

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 от скорости вращения двигателя. Благодаря использованию зааерживающей цепи вместо счетчика, изменение знака в верхней мертвой точке становится независимым от точности, с которой выпопнены метки.

Процессор 29 может использоваться для показа требуемого мгновенного значения давления в цилиндре, соответствующего заранее выбранным точкам на инцикаторной диаграмме рис. 4, например, цаваение сжатия и максимальное давление при сгорании). Прсщессор 29 устройства в сочетании с электронным оборудованием взаимодействующим непосредственно с ним, является общим для всего двигателя , тогаа как преобразователь давпения 1датчнк давления) Ю и аатчик 15 устанавпвваются для каждого цилиндра и мо-

198

гут присоединяться и отсоединяться вручную от остального оборудования.

При расчете среднего индикаторного давпения можно, когда нужно, производит интегрирование суммировние), значений давлений в цилиндрах за несколько последовательных оборотов коленчатого вала вместо одного, как это было раньше. После этого рассчитывается средняя вепичина в процессоре 29, Кроме того, процессор 29 и дисплей 30 могут служить для раздельного показа, например, работы расширения (площадь под кривой расширения на фиг, 4) и работы сжатия. Кроме того, процессор 29 может использоваться в сочетании с.осциллоскопом, осуществляющим непосредственную запись индикаторной диаграммы, отражающей давление в цилиндре в функции перемещения поршня, или в функции времени в течение рабочего цикла. Устройство также может использоваться для подачи аварийного сигнала в случае возникновения поломки, например, при регистрации абсурдного значения измерения.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения давления в цилиндрах поршневого двигателя, содержащее датчики давпения в цилиндрах, датчики положения поршней, эпектронное вычислительное устройство и блок сопряжения датчиков с электронным устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения, погрешности измерения положения поршней, в нем датчики поло«. жеиия поршней выполнены в виде датчиков перемещения, содержащих комплекты меток , выполненных на частях двигателя, жестко соединенных с поршнем, и индикаторы меток, установленные на неподвижных частях двигателя.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно содержит телескопическую трубу для подачи охлаждения к поршню, усгановпенную в уплотнитепьной втулке, а метки расположены равномерно и выполнены на наружной поверхности этой трубы, при этом датчик положения поршня установлен эксцентрично в цилиндрической вставке, проходящей через уплотнительную втулку, причем вставка установлена с возможность вращения вокруг своей оси.

979

3, Устройство по пп. 1и 2, отличающееся тем, что часть авигателя снабжена метками, кроме участка, соответствующего нижней мертвой точке положення поршня, при этом в блок селряженяя ввеаены счетчики в схема аерекпючения знакд измеряемой величины, которая связана с выходом пвухвхоаового элемента ИЛИ, причем входы элемента ИЛИ

1910

соеаинены со счетчиком и с элементом задержке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свндетепьство СССР № 377784. кл Q OIL 23/08, 1973.

2- Авторское сввдетеньство СССР № 514218. кл. q OIL 23/08. 1976 iпрототип).

Фиг 1