УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ДЕТОНАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК G01M15/00 F02M65/00 F02P5/152 

Изобретение относится к измерительной и диагностической технике и может быть использовано для регистрации детонации двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

В качестве аналога изобретения может быть рассмотрен датчик детонации, устанавливаемый на двигатель автомобиля семейства ВАЗ с распределенным впрыском топлива (фиг. 2) [1]. В датчике детонации использован пьезоэлектрический кристалл, который во время вибрации генерирует напряжения. Он выполнен таким образом, что резонансная частота его характеристики совпадает с частотой детонации. Датчик установлен в верхней части блока цилиндров двигателя. При обнаружении детонации датчик генерирует сигнал переменного тока, который поступает непосредственно на контроллер. Амплитуда и частота сигнала зависят от уровня детонации. Контроллер обрабатывает этот сигнал, выделяет из всего спектра шума двигателя частоту и амплитуду сигнала, принадлежащего детонации, и в соответствии с ними формирует прямоугольный импульс, по которому корректирует угол опережения зажигания для гашения обнаруженной детонации. Недостатками аналога [1] для двигателей с широкой полосой частот детонационных колебаний является восприятие датчиком детонации колебаний кузова автомобиля при езде по неровной дороге, совпадающих с частотой детонации двигателя, что приводит к ложной работе системы управления двигателем, ухудшает качество работы электронной системы управления двигателем.

Задача изобретения - повышение эффективности работы электронной системы управления двигателем.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании изобретения, является своевременное безошибочное определение возникшей детонации двигателя, что повышает эффективность управления работой двигателя, улучшает его тягово-экономические показатели работы.

Устройство регистрации детонации двигателя содержит датчик детонации, установленный на двигателе автомобиля и соединенный с входом контроллера, входящего в электронную систему управления двигателем, усилитель канала двигателя, модуль определения автокорреляционной функции канала двигателя, фазочувствительный детектор канала двигателя, вычитающее устройство, датчик детонации, установленный на переднем лонжероне кузова автомобиля, фильтр низких частот, усилитель, модуль определения автокорреляционной функции канала кузова, фазочувствительный детектор канала кузова, логический блок, блок сравнения, устройство сравнения, блок формирования уставки, индикатор, при этом выход датчика детонации, установленного на двигателе, соединен с входом усилителя канала двигателя, выход которого подключен к входу модуля определения автокорреляционной функции канала двигателя, выход которого подключен параллельно к входу фазочувствительного детектора канала двигателя и первому входу вычитающего устройства, выход датчика детонации, установленного на переднем лонжероне кузова автомобиля, соединен со входом фильтра низких частот, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом модуля определения автокорреляционной функции канала кузова, выход которого параллельно соединен со вторым входом вычитающего устройства и со входом фазочувствительного детектора канала двигателя, выход вычитающего устройства соединен с первым входом логического блока, выход фазочувствительного детектора канала двигателя соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного детектора канала кузова, выход блока сравнения соединен со вторым входом логического блока, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования уставки, выход устройства сравнения соединен параллельно с входом индикатора и с входом контроллера.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства регистрации детонации двигателя, также приведены схема включения датчика детонации двигателя автомобиля семейства ВАЗ (фиг.2) и осциллограммы, поясняющие работу устройства регистрации детонации двигателя (фиг.3).

Устройство регистрации детонации двигателя состоит из датчика детонации 1, установленного на двигателе, соединенного с входом усилителя 2, выход которого подключен к входу модуля 6 определения автокорреляционной функции канала двигателя, выход которого подключен параллельно к входу фазе чувствительного детектора 9 канала двигателя и первому входу вычитающего устройства 8.

Выход датчика детонации 3, установленного на переднем лонжероне кузова автомобиля, соединен с входом фильтра низких частот 4, выход которого соединен со входом усилителя канала кузова, выход которого соединен со входом модуля 7 определения автокорреляционной функции канала кузова, выход которого параллельно соединен со вторым входом вычитающего устройства 8 и с входом фазочувствительного детектора 9. Выход вычитающего устройства 8 соединен с первым входом логического блока 12. Выход фазочувствительного детектора 9 соединен с первым входом блока сравнения 11, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного детектора 10. Выход блока сравнения 11 соединен со вторым входом логического блока 12, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения 13, второй вход которого соединен с выходом блока формирования уставки 14. Выход устройства сравнения 13 соединен параллельно с входом индикатора 15 и с входом контроллера 16.

Датчик детонации является прибором акселемометрического типа. Напряжение генерируется датчиком детонации U_вx.д.
U_вx.д.=dР/dC_д,
где Р - давление, действующее на пьезоэлемент;
С_д - емкость кабеля усилителя, активное сопротивления самого пьезодатчика.

Фильтр низких частот 4 представляет собой активный RC-фильтр низких частот с полосой пропускания, определения частот диапазона колебаний кузова. Фильтр служит для исключения высокочастотных составляющих ускорений, которые в реальной системе не проникают на кузов.

Модуль 6 определения автокорреляционной функции канала двигателя выполняет измерение автокорреляционной функции k_д(τ), используя усреднение по времени:

где Т - время усреднения, с;
t - мгновенное значение времени, с;
U_вx.д.(t) - текущее значение напряжения, выработанное датчиком детонации, установленным на двигателе, В;
U_вx.д.(t-τ) - значение напряжения, выработанное датчиком детонации, установленным на двигателе в предыдущий момент времени (t-τ), В.

Модуль 7 определения автокорреляционной функции канала кузова выполняет измерение автокорреляционной функции k_к(τ):

где Т - время усреднения, с;
t - мгновенное значение времени, с;
U_вх.д.(t) - текущее значение напряжения, выработанное датчиком детонации, установленным на двигателе, В;
U_вх.д.(t-τ) - значение напряжения, выработанное датчиком детонации, установленным на двигателе в предыдущий момент времени (t-τ), В.

Вычитающее устройство 8 определяет разницу k(τ) автокорреляционных функций k_д(τ) и k_k(τ)
k(τ) = |k_д(τ)-k_к(τ)|.
Фазочувствителъный детектор 9 канала кузова определяет значение текущей фазы сигнала канала кузова ϕ_к.
Фазочувствительный детектор 10 канала двигателя определяет значение текущей фазы сигнала канала кузова ϕ_д.
Блок сравнения 11 определяет сдвиг Δϕ автокорреляционных функций k_д(τ) и k_к(τ):
Δϕ = ϕ_кmax-ϕ_дmax.

Логический блок 12 производит определение сигнала U_вых:

Устройство сравнения 13 вырабатывает сигнал U_дет прямоугольной формы, сравнивая сигнал U_вых с опорным напряжением U_on, вырабатываемым блоком формирования уставки 14. Сигнал U_дет, являющийся выходным сигналом устройства регистрации детонации двигателя, подается на индикатор 15 или на соответствующий вход контроллера двигателя 16.

В качестве индикатора используются светодиоды. Зависимость между амплитудой, исследуемых виброускорений G_B частотой вибрации f, ускорением g и амплитудой смещения Х_в определяется для автомобиля в целом:

При работе двигателя внутреннего сгорания возникают вибрации различной величины при различных режимах работы двигателя, в том числе при детонации:

Устройство регистрации детонации двигателя работает следующим образом.

Сигнал с выхода датчика детонации 1, пропорциональный ускорению двигателя, усиливается усилителем 2, после чего амплитуда сигнала усредняется по времени модулем 6 определения автокорреляционной функции и поступает на первый вход вычитающего устройства 8 и на вход фазочувствительного детектора 9. Сигнал с выхода датчика детонации 3, пропорциональный ускорению переднего лонжерона кузова автомобиля, пропускается через фильтр 4 низких частот, усиливается усилителем 5. После чего амплитуда сигнала усредняется по времени модулем 7 определения автокорреляционной функции и поступает на второй вход вычитающего устройства 8 и на вход фазочувствительного детектора 10. На выходе вычитающего устройства 8 сформируется сигнал, соответствующий разности автокорреляционных функций сигнала с датчика детонации, установленного на двигателе, и сигнала с датчика детонации, установленного на переднем лонжероне кузова, который поступает на первый вход логического устройства 12, на второй вход которого поступает сигнал, сформированный блоком сравнения 11 и соответствующий сдвигу фаз автокорреляционных функций сигнала с датчика детонации, установленного на двигателе, и сигнала с датчика детонации, установленного на переднем лонжероне кузова. Логическое устройство 12 формирует сигнал, учитывающий при сравнении двух автокорреляционных функций сдвиг фаз этих функций, сравниваемый устройством сравнения 13 с опорным напряжением, сформированным блоком формирования уставки 14. Сигнал прямоугольной формы с выхода устройства сравнения 13 поступает на вход индикатора 15 и на вход контроллера 16, входящего в электронную систему управления двигателем, который по этому сигналу изменит режим работы двигателя.

Список используемой литературы
1. Автомобили ВАЗ 21083, ВАЗ 21093, ВАЗ 21099, ВАЗ 21102, ВАЗ 2111. Система управления двигателем ВАЗ 2111 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива (Российские комплектующие и контроллер М 1.5.4.).

2. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. -М.: Изд-во ЛИВР, 1998. - 86 с.

Изобретение относится к измерительной и диагностической технике и может быть использовано для регистрации детонации двигателя. Сигнал датчика детонации, установленный на двигателе, усиливается усилителем, усредняется модулем определения автокорреляционной функции канала двигателя и подается на фазочувствительный детектор канала двигателя и вычитающее устройство, определяющее разницу автокорреляционной функции сигнала датчика детонации канала двигателя и сигнала канала кузова автомобиля, получаемого от датчика детонации, установленного на лонжероне, нормированного фильтром низких частот, усиленного усилителем и усредненного модулем определения автокорреляционной функции канала кузова. Фазочувствительные детекторы определяют фазу сигнала соответствующего канала, сдвиг которых относительно друг друга определяется блоком сравнения. Логическое устройство формирует выходной сигнал, который сравнивается с нормированным сигналом блока формирования уставки и поступает на индикатор или контроллер. Техническим результатом является повышение эффективности работы электронной системы управления двигателем за счет своевременного и безошибочного определения возникшей детонации двигателя. 3 ил.

Устройство регистрации детонации двигателя, содержащее датчик детонации, установленный на двигателе автомобиля и соединенный с входом контроллера, входящего в электронную систему управления двигателем, отличающееся тем, что дополнительно введены усилитель канала двигателя, модуль определения автокорреляционной функции канала двигателя, фазочувствительный детектор канала двигателя, вычитающее устройство, датчик детонации, установленный на переднем лонжероне кузова автомобиля, фильтр низких частот, усилитель, модуль определения автокорреляционной функции канала кузова, фазочувствительный детектор канала кузова, логический блок, блок сравнения, устройство сравнения, блок формирования уставки, индикатор, при этом выход датчика детонации, установленного на двигателе, соединен с входом усилителя канала двигателя, выход которого подключен к входу модуля определения автокорреляционной функции канала двигателя, выход которого подключен параллельно к входу фазочувствительного детектора канала двигателя и первому входу вычитающего устройства, выход датчика детонации, установленного на переднем лонжероне кузова автомобиля, соединен со входом фильтра низких частот, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом модуля определения автокорреляционной функции канала кузова, выход которого параллельно соединен со вторым входом вычитающего устройства и со входом фазочувствительного детектора канала двигателя, выход вычитающего устройства соединен с первым входом логического блока, выход фазочувствительного детектора канала двигателя соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного детектора канала кузова, выход блока сравнения соединен со вторым входом логического блока, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования уставки, выход устройства сравнения соединен параллельно с входом индикатора и с входом контроллера.