ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01L23/08 

Изобретение относится в контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системе управления электронного впрыска топлива и диагностики двигателя и компрессора.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении точности преобразователя давления двигателя внутреннего сгорания.

Известны устройства измерения и преобразования давления (авт. св. СССР N 416584, кл. G 01 L 25/08, 1974, патент США N 3521452, кл. G 01 L 9/04, 1971), в качестве чувствительного элемента используют пьезоэлемент и акустический волновод. Датчик давления (авт. св. СССР N 777525, кл. G 01 L 23/10, 1980), содержащий пьезоэлемент (кварцевый кристалл), акустический волновод, корпус, который заполнен демпфирующим веществом, например, резиноподобным материалом НКА-С-4М, а между пьезоэлементов и световодом расположен электрод, сигнал с которого снимается кабелем, причем пьезоэлемент, электрод и торец световода связаны эпоксидной смолой. Вторым электродом служит мембрана, закрывающая торцевую поверхность датчика.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения давления с помощью пьезоэлемента из-за высокой чувствительности к механическим колебаниям, создаваемым двигателем и не реагирует на медленно изменяющееся давление.

Наиболее близким по технической сущности с заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа (авт. св. СССР N 1751646, кл. G 01 L 25/08, 1980), содержащее два датчика давления двигателя и атмосферы, включенные на входах формирователей сигналов, с выходом каждого из которых соединен соответствующий интегратор, с выходом одного из которых связан входом усилитель-инвертор, связанное с его выходом и выходом другого интегратора аналого-вычитающее устройство.

Недостатком прототипа является низкая точность измерения давления двигателя внутреннего сгорания при перепадах атмосферного давления и отсутствует привязка к нормальному атмосферному давлению.

Задача изобретения повышение точности измерения давления двигателя внутреннего сгорания независимо от перепада атмосферного давления, обеспечивающегося условия ΔU_вых= K₁(ΔP_к-P_ат+P_ат), что он снабжен двумя сумматорами, причем первый вход первого сумматора соединен с выходом аналого-вычитающего устройства, второй вход соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом интегратора, предназначенного для связи с источником опорного напряжения.

Для достижения поставленной задачи изобретение "Преобразователь давления двигателя внутреннего сгорания" содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только с одной, связанной с целью изобретения задачи.

На фиг.1 показана блочная схема преобразователя давления; на фиг.2 - характеристика работы преобразователя давления.

Устройство состоит из двух датчиков давления двигателя и атмосферы 1 и 2, формирователей 3 и 4 сигналов, инвертора-усилителя 5, двух интеграторов 6 и 7, формирователя 8 импульсов, аналогового вычитающего устройства 9 и двух блоков 10 и 11 суммирования.

Датчики давления 1 и 2 помещены в корпусе (конструкция которого показана в авт.св. N 1751646), который соединен с одной стороны через штуцер с впускным коллектором двигателя, а с другой с атмосферным давлением через крышку, между корпусом и крышкой закреплена жесткая шайба, на которой установлены датчики давления 1 и 2. В качестве датчиков давления использованы микрофон типа МК-30, обеспечивающий максимальный динамический диапазон, чувствительность при малых изменениях давления и компенсация звуковых колебаний и атмосферных давлений.

Устройство работает следующим образом. При включении двигателя пульсирующее давление во впускном трубопроводе вызывает изменение емкости датчика 1 давления двигателя, одновременно второй датчик 2 атмосферного давления будет воспринимать все механические колебания и изменения атмосферного давления, выходные сигналы от датчиков двигателя и атмосферного поступают на формирователи 3 и 4 сигналов, чувствительность которых составляет 0,3 мВ, входное сопротивление 47 кОм, нелинейные искажения 0,5 Компенсация влияния входных токов и напряжения смещения ОУ (операционного усилителя) производит подстройкой величины резистора (схема усилителя 13 см а.с. N 1751646). Конденсатор включен в схему для обеспечения развязки по постоянному току. Базовым элементом усилителя использована (м/с 140 УД6). Выходное напряжение с формирователя 3 сигналов подключено к входу интегратора 6 с непрерывной выборкой и автоматическим сбросом результатов интегрирования. Устройство выборки-хранения (УВХ) поочередно осуществляет выборку и хранение предыдущего значения проинтегрированного входного сигнала. В качестве ключей УВХ могут использоваться либо две пары дополняющих МДП-транзисторов КП 313 с одной шиной управления по цепи затворов, либо другие МДП-транзисторы, но с разделенными цепями управления.

Интегрирующий блок 6 (ОУ) построен в виде обычного интегратора на базе (ОУ) типа 153У-5, имеющего малый дрейф параметров. Кодировка схемы осуществляется сначала при разомкнутой обратной связи подбором сопротивления так, чтобы получить необходимую скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя, затем замыкается обратная связь и подбирается сопротивление из расчета минимальных искажений выходного сигнала при ступенчатом изменении напряжения на входе. Погрешность интегрирования такой схемы достигает 0,1%
Аналогичные операции выполняет второй интегратор 7, но сигналы поступают от усилителя-инвертора 5. Использование инвертирующего усилителя необходимо для того, чтобы обеспечить идентичность характеристик по обоим каналам обработки сигналов, т.е. формирователи сигналов 3 и 4 выполнены по одной и той же схеме (этим обеспечивается идентичность характеристик усилителей формирователей и их температурная стабильность). Для управления прецизионными интеграторами используется автоколебательный генератор 8 с амплитудой выходных напряжений ±15 В с частотой f 1 Гц. Выходные сигналы от интеграторов 6 и 7 поступают в блок 9 вычитания, обеспечивающий вычитание сигналов U₁-U₂= ΔU ≃ ΔP_к Выходной сигнал ΔU с блока 9 вычитания поступает в сумматор 10, на второй вход сумматора 10 поступает сигнал с выхода сумматора 11, на первый вход которого подается сигнал с выхода интегратора 7, а на второй подается электрический сигнал U_экв пропорциональный атмосферному давлению 760 мм рт. ст. блока опорного напряжения. Выходной сигнал обеспечивает условия
U_экв-U₁=U⁺<760>0
U_экв-U₂=U^- >760<0
Характеристика работы преобразователя давления приведена на фиг.2.

Как показали результаты опытной проверки двигателей УАЗ на тормозном стенде в лаборатории НТЦ моторного завода АвтоУАЗ при использовании заявляемого устройства обеспечивается достижение следующих показателей: плотность цилиндро-поршневой группы относительно нормального атмосферного давления при различных перепадах; показания величины приработки двигателя после обкатки и износа после дорожных испытаний.

Согласно данным, приведенных экспериментов в промышленных условиях, заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: снижает трудоемкость вычисления давления двигателя относительно нормального атмосферного давления, повышает точность измерения параметров двигателя.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Использование: системы управления электронным впрыском топлива и системы диагностики двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: преобразователь содержит датчик 1 давления двигателя во впускном трубопроводе, датчик 2 атмосферного давления, формирователи 3 и 4 сигналов, инвертор-усилитель 5, интеграторы 6 и 7, формирователь 8 импульсов, аналого-вычитающее устройство 9, два блока 10 и 11 суммирования. 2 ил.

Преобразователь давления двигателя внутреннего сгорания, содержащий последовательно соединенные первый датчик давления двигателя и атмосферы, первый формирователь сигналов, первый интегратор и аналого-вычитающее устройство, последовательно соединенные второй датчик давления двигателя и атмосферы, второй формирователь сигналов, усилитель-инвертор и второй интегратор, выход которого соединен с вторым входом аналого-вычитающего устройства, и формирователь импульсов, два выхода которого соответственно соединены с вторыми входами интеграторов, отличающийся тем, что он снабжен двумя блоками суммирования, причем вход аналого-вычитающего устройства соединен с первым входом первого блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом второго блока суммирования, первый вход которого соединен с выходом второго интегратора, а второй вход второго блока суммирования предназначен для связи с блоком опорного напряжения.