УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения импульсов давления в цилиндре работающего двигателя внутреннего сгорания.
Для оптимизации работы двигателя внутреннего сгорания целесообразно иметь информацию о процессах, происходящих в камере сгорания топлива. В настоящее время наиболее информативным параметром, по которому можно оценивать работу двигателя внутреннего сгорания, является переменное давление. В последние годы создается достаточно много способов и устройств, позволяющих определять эффективность работы двигателя внутреннего сгорания по измерительной информации об изменении давления в одной или нескольких камерах сгорания топлива.
Известно устройство (DE 102006008062, F02D 41/00, 2007-05-10), для управления работой двигателя внутреннего сгорания, один из блоков которого осуществляет определение давления в камере сгорания работающего двигателя.
Известное устройство содержит датчики давления, установленные на цилиндрах двигателя внутреннего сгорания и сообщающиеся с их камерами сгорания. Датчики давления одновременно с датчиком угловой скорости вращения коленчатого вала подключены к блоку усиления и обработки сигналов, связанного с запоминающим устройством для хранения информации и при необходимости выдачи ее в блок усиления и обработки сигналов.
Известное устройство работает следующим образом.
Получаемая информация о временном угловом положении коленчатого вала относительно временных процессов, происходящих в камерах сгорания цилиндров двигателя, сравнивается с хранимыми в памяти устройства «эталонными» соотношениями. При отклонении реальных соотношений от «эталонных», например, из-за изменения геометрии топливных инжекторов, корректор вырабатывает сигнал, который через блок усиления и обработки сигналов информирует внешние устройства регулировки системы зажигания об изменении режима работы.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что с его помощью может измеряться не величина, а временное положение максимального значения давления в камере сгорания относительно угла поворота коленчатого вала для регулировки системы зажигания в двигателе внутреннего сгорания.
Известно также устройство, осуществляющее способ измерения давления в камере сгорания в зависимости от положения коленчатого вала (DE 19749814, F02B 75/02, F02D 35/02, G01L 23/32, 2009-01-22), которое может быть использовано для измерения давления как такового в цилиндре работающего двигателя внутреннего сгорания.
Известное устройство содержит, по крайней мере, один датчик давления, сообщающийся с полостью камеры сгорания цилиндра исследуемого двигателя внутреннего сгорания, датчик положения коленчатого вала, связанный с датчиками, блок управления, в состав которого входит микропроцессорный блок с аналого-цифровым преобразователем.
Известное устройство работает следующим образом.
На блок управления поступают сигналы от датчиков давления, датчика положения коленчатого вала, а также дополнительная информация, например, о температуре и нагрузке двигателя. В блоке управления сохраняется «эталонная» кривая давления в камере сгорания, отображающая «эталонные» зависимости давления в камере сгорания от угла поворота коленчатого вала. «Эталонные» зависимости предварительно определяются расчетным путем, исходя из конкретных параметров исследуемого двигателя внутреннего сгорания. Измеренные зависимости давления в камере сгорания от угла поворота коленчатого вала сравниваются с хранимыми в памяти устройства «эталонными» зависимостями. При отклонении реальных зависимостей от «эталонных» блок управления вырабатывает управляющие сигналы, которые поступают на регулировку режима работы двигателя, например, для регулировки момента зажигания в зависимости от положения коленчатого вала.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что с его помощью может измеряться не величина, а временное положение максимального значения давления в камере сгорания относительно положения коленчатого вала для регулировки режима работы двигателя внутреннего сгорания.
По совокупности существенных признаков наиболее близким заявляемому является устройство для измерения и оценки амплитудных значений пульсирующего сигнала напряжения и определения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания - измерения текущего значения вырабатываемой мощности и ее регулирования в соответствии с величиной потребляемой (ЕР 0021340, G01R 19/04, 1984-04-04). Известное устройство может быть использовано для измерения импульсного давления в цилиндре работающего двигателя внутреннего сгорания (см. описание патента, абз. [0003]).
Известное устройство содержит пьезоэлектрический датчик давления, сообщающийся с камерой сгорания цилиндра исследуемого двигателя внутреннего сгорания, и подключенный к нему блок регистрации, содержащий последовательно включенные согласующий усилитель, разделительный конденсатор, вычислительное устройство и индикатор. К выходу конденсатора подключены также ограничительный диод и ключевая схема на базе полевого транзистора, сигнальный вход которого через схему срабатывания, построенной на базе триггера Шмидта и мультивибратора, подключен к выходу вычислительного устройства.
Известное устройство работает следующим образом.
Сигнал с выхода датчика давления усиливается, проходит через разделительный конденсатор и поступает в вычислительное устройство, затем в индикатор блока регистрации для обработки и дальнейшей индикации. Если величина давления в камере сгорания цилиндра выше нулевого значения, то сигнал без ограничений поступает в вычислительное устройство. Если же величина давления в камере сгорания ниже нулевого значения (разрежение), то срабатывает ограничительный диод и отрицательная часть сигнала не поступает на вход вычислительного устройства. Для снижения дрейфа измерительной схемы применяется ключевая схема на базе полевого транзистора, работа которого управляется вычислительным устройством. При поступлении сигнала о наличии дрейфа сигнальный выход конденсатора замыкается с корпусом («землей»), а на вход вычислительного устройства поступает нулевой сигнал. Триггер Шмидта и мультивибратор служат для получения более крутого импульса для срабатывания ключевой схемы. Полученная информация анализируется и используется для определения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится отсутствие в измеренной величине давления отрицательной составляющей амплитудного значения импульсного давления в цилиндре работающего двигателя, которая «срезается» и не используется для выработки информации об эффективности работы двигателя.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение точности измерения давления в цилиндре работающего двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении возможности учета всех составляющих амплитудных значений переменного давления.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в заявляемом устройстве для измерения давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащем сообщающийся с камерой сгорания цилиндра пьезоэлектрический датчик давления и подключенный к нему блок регистрации, включающий согласующий усилитель, в отличие от известного устройства, блок регистрации заявляемого устройства выполнен в виде согласующего усилителя и последовательно подключенных к его выходу пикового детектора отрицательных импульсов и инвертирующего усилителя, подключенного к первому входу сумматора (вход «а»), выход которого подключен к блоку обработки информации и индикации, при этом выход согласующего усилителя дополнительно подключен ко второму входу сумматора (вход «b»).
На фиг.1 изображена блок-схема заявляемого устройства, на фиг.2 - эпюра преобразованых электрических сигналов на выходе согласующего усилителя, на фиг.3 - эпюра преобразованых электрических сигналов на выходе пикового детектора отрицательных импульсов, на фиг.4 - эпюра преобразованых электрических сигналов на выходе инвертирующего усилителя, на фиг.5 - эпюра преобразованых электрических сигналов на выходе сумматора.
Заявляемое устройство (фиг.1) содержит пьезоэлектрический датчик давления 1, сообщающийся с полостью цилиндра (камерой сгорания) двигателя внутреннего сгорания (на фиг.1 не показано) и подключенный к датчику 1 блок регистрации 2. Блок регистрации 2 содержит последовательно включенные согласующий усилитель 3, пиковый детектор отрицательных импульсов 4, инвертирующий усилитель 5, подключенный к нему первым входом (вход «а») сумматор 6 и блок обработки информации и индикации 7. Выход согласующего усилителя 3 дополнительно подключен ко второму входу (вход «b») сумматора 6.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Переменный сигнал с выхода датчика давления 1 подается в блок регистрации 2, усиливается с помощью согласующего усилителя 3 (фиг.2) и поступает на вход пикового детектора отрицательных импульсов 4, который выделяет отрицательные импульсы переменного сигнала и преобразует отрицательные импульсы в постоянный отрицательный сигнал, значение которого равно амплитуде отрицательных импульсов (фиг.3). С помощью инвертирующего усилителя 5 отрицательный постоянный сигнал преобразуется в положительный (фиг.4) и поступает на первый вход «а» сумматора 6. На второй вход «b» сумматора 6 поступает переменный сигнал с выхода согласующего усилителя 3. После суммирования двух сигналов с выхода сумматора 6 (фиг.5) на вход блока обработки информации и индикации 7 поступает положительный сигнал, пропорциональный измеренному переменному давлению, максимальное значение которого равно сумме положительной и модуля отрицательной частей исходного сигнала с выхода согласующего усилителя 3. С помощью блока обработки информации и индикации 7 осуществляется измерение, обработка и отображение различных параметров сигнала, учитывающего все составляющие амплитудных значений импульсного сигнала датчика давления в камере сгорания цилиндра работающего двигателя.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемой полезной модели, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.