Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

Р1зобретение относится к приборостроению, может быть использовано в электронных приборах, предназначенны для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего егорания. По основному авт. св. № 739979 известно устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания, содержащее индуктивный датчик, усилитель, первый и второй компараторы, первый и второ формирователи импульсов, пиковый детектор, делитель напряжения, триггер ключ, причем датчик через усилитель подключен к одному из входов первого компаратора и к входу пикового детек тора, выход делителя напряжения связан с другим входом первого компаратора, один из входов триггера соедийен с выходом первого компаратора, другой вход - с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с входом управления ключа. Устройство дополнительно содержит динамический запоминакиций элемент сборки и первьй управляемый генератор импульсов, причемi динамический запоминающий элемент включен между выходом пикового детектора и входом делителя напряжения, один из входов элемента сборки соединен с выходом управляемо го генератора импульсов, управлякяций вход которого подключен к выходу клю ча и к другому входу элемента сборки, выход которого непосредственно соединен с входом управления динамического запоминающего элемента, через первый формирователь импульсов с входом управления пикового детектора, выход усилителя подключен дополнительнб к одному из входов второго компаратора, на другой вход которого подключен нулевой, потенциал, а к выходу через второй формирователь импульсов подсоединен вход ключа. Это устройство обеспечивает формирование отметок верхней мертвой точки (в.м.т.) при заданном соотношении сигнал/помеха. При эксплуатационной диагностике двигателей этого соотношения добиваются установкой датчика в.м.т. в фиксированное положение относительно маховика неработающего двигателя. Известное устройство не обеспечивает надежного формирования отме02ток в.м.т. в силу того, что отверстие (метка в.м.т.) на маховнке и зубья венца маховика находятся в непосредственной близости друг от друга и при определенном положении датчика относительно маховпка в датчике генерируются примерно равные по амплитуде сигналы как от метки в.м.т., так и от зубьев, т.е. нарушается требуемое соотношение сигнал/ помеха. На выходе устройства при этом формируется равномерная последовательность импульсов, частота следования которых во много раз превьш1ает частоту сигналов от.метки в.м.т. Кроме того, возможна частая поломка датчика в.м.т. поскольку при его фиксированной установке не учитывается, например, биение маховика, а также вследствие смещения датчика при работе двигателя из-за его вибрации и тряски. Цель изобретения - повьшение надежности процесса формирования отметок в.м.т. Цель достигается тем, что в устройство для определения в.ерхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания введены анализатор сигналов, блок сигнализации и элемент запрета, причем первый вход анализатора сигналов соединен с выходом динамического запоминающего элемента, второй вход - с выходом ключа, третий вход с выходом управляемого генератора импульсов, первые два выхода .анализатора сигналов соединены с одноименными входами блока сигнализации, а третий - с входом управления элемента запрета, причем блок сигнализации снабжен третьим входом для управляющего сигнала. Цель достигается тем, что анализатор сигналов содержит первый и второй компараторы напряжения, компаратор частоты, ключ и элемент запрета, причем выходы первого и второго компараторов напряжения соединены соответственно с входами управления ключа анализатора и его элементом запрета, выход первого из которых через компаратор частоты соединен с входом второго, а компараторы напряжения снабжены входами для опорных сигналов, при этом соединения другого входа первого компаратора напряжения с другим входом второго компаратора напряжения, входом ключа анализатора и другим входом компаратора частоты образуют соответственно первый, второй и третий входы анализатора сигналов, а выход второго компаратора напряжения, выход второго элемента запрета и выход компаратора частоты образуют соответственно первый, второй и третий выходы анализатора сигналов.

Цель достигается также и тем, .что блок сигнализации содержит уп-. равляемый генератор импульсов, инвертор, ключ и индикатор, соединенные последовательно, причем первый и второй входы управляемого генератора импульсов блока сигнализации и вход управления его ключа образуют соответственно первый, второй и третий входы блока. Цель достигается также и тем, что индикатор выполнен в виде источника света.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит установленный против маховика двигателя индуктивньш датчик 1, выход которого подключен к усилителю 2. Выход усилителя 2 через последовательно соединенные пиковый детектор 3, динамический запоминающий элемент 4 и делитель 5 связан с одним из входов первого компаратора 6 и непосредственно с другим его входом и с одним из входов второго компаратора 7. Выход компаратора 6 подключен к одному из входов 8, а выход второго компаратора 7 - к входу первого формирователя 9 импульсов. Выход последнего связан с входом ключа 10, вход управления которого подключен к выходу триггера 8. Выход ключа 10 соединен с управляющим входом управляемого генератора 11 импульсов и с одним из входов элемента сборки 12, другой вход которого соединен с выходом генератора 11., а выход элеме.нта 12 связан непосредственно с входом управления динамического запоминающего элемента 4 и через второй формирователь 13 импульсов - с входом управления пикового детектора 3 На вход 14 компаратора 7 подается нулевой потенциал.

В устройство введены анализатор сигналов с первыми 16, вторьЁм 17 и третьим 18 входами, блок 19 сигнализации с первым 20, вторым 21 и третим 22 входами и первый элемент запрета 23. Позицией 24 обозначены выход устройства.

Анализатор сигналов 15 содержит первый и второй компараторы напряжения 25 и 26,компаратор частоты 27,ключ 28 и второй элемент запрета 29. Вь1х6ды компараторов напряжения 25 и 26 соединены соответственно с входами управления ключа 28 и второго элемента запрета 29. Выход ключа 28 через компаратор частоты 27 соединен с входом второго элемента запрета 29 На вход 30 первого компаратора напряжения 25 подан опорньй сигнал U, на вход 31 второго кo mapaтopa напряжения 26 подан опорный сигнал Ug, а на вход 32 компаратора частоты 27 подан опорный сигнал fg (источники опорных сигналов на чертеже не показаны) .

Влок сигнализации 19 содержит последовательно соединенные второй управляемый генератор 33 импульсов, инвертор 34, ключ 35 и индикатор 36, выполненный в виде источника света.

Значение опорного сигнала U посп

тоянно и превышает уровень смещения компаратора напряжения 6.

Значение опорного сигнала U такж постоянно, определяется экспериментально и равно уровню сигнала на выходе динамического запоминающего элемента 4 при минимально допустимом зазоре между датчиком 1 и вращающимся маховиком при нижней частоте вращения двигателя.

На вход 32 компаратора частоты 27 подан опорный сигнал, соответствую- щий максимальной частоте f. вращения вала двигателя.

На вход 22 блока сигнализации 19 подается логический сигнал. При нулевом значении этого сигнала блок 19 блокируется, что обеспечивает программное управление устройства.

Устройство работает следующим образом.

Пусть двигатель находится в нерабочем состоянии. В этом случае сигналы на выходе датчика 1, на выходе усилителя 2, а следовательно, и на входах пикового детектора 3 и компараторов 6 и 7 отсутствуют. Генератор 11 формирует импульсы с некоторой частотой следования, равной fj... Импульс, появляющийся на выходе генератора 11, проходит через элемент

сборки 12 и поступает непосредственно на управляющий вход динамического запоминающего элемента 4, устанавливая последний в режим выборки сигна.ла с выхода пикового детектора 3, По заднему фронту импульса генератора 11 срабатывает формирователь 13 который сбрасывает пиковь ; детектор 3 в исходное нулевое состояние и переводит триггер 8 в нулевое соетояние, при котором ключ 10 закрыт. Одновременно по заднему фронту импульса генератора 11 элемент 4 переходит в режим хранения уровня сигнала, установившегося на выходе пиково го детектора 3 к моменту его сброса. Уровень сигнала, зафиксированный на выходе элемента 4, уменьшается в k раз с помощью делителя напряжения 5 и .поступает на один из входов компаратора 6. Поскольку в описываемом случае сигнал на выходе усилителя 2 отсутствует, то на выходах пикового детектора 3, элемента 4 и делителя 5, на обоих входах компаратора устанавливается нулевой потенциал. При этом компаратор 6 по одному из входов смещен так, что независимо от уровня шумов схемы сигнал на его выходе отсутствует и, следовательно, триггер 8 остается в исходном нулевом состоянии, соответствующем закрытому состоянию ключа 10. На обоих входах компаратора 7 потенциалы также равны нулевым. Вследствие внутренних шумов схемы и дрейфа смещения компаратора 7 последний может срабатывать и вызвать в свою очередь срабатывание формирователя 9. Однако поскольку ключ 10 закрыт, сигнал на его выходе, а следовательно, и на выходе 24 устройства отсутствует.

Таким образом, при неработающем двигателе уровень сигнала на выходе динамического запоминающего элемента 4, и следовательно, на входе 16 анализатора 15 равен нулю, а импульсы на выходе ключа 10 и, следовательно, на входе 17 анализатора 15 отсутствуют, а на вход 18 анализатора 15 поступают импульсы генератора 11. Первый же импульс, образующийся на выходе генератора 11, вызьгеает срабатьшание анализатора 15 и на его втором и третьем выходах образуг ются единичные сигналы. При этом единичный сигнал, образующийся на третьем выходе, блокирует элемент

запрета 23. Единичньш сигнал со второго выхода анализатора 13 поступает на вход 21 блока 19. При этом при единичном значении сигнала на входе 22 блока 19 последний срабаты вает и формирует сигнал меньше, информирующий оператора о необходимости запустить двигатель и установить на нем датчик 1.

Пусть двигатель работает на заданном скоростном режиме, которому соответствует на выходе датчика частота сигнала .. Допустим, на выходе датчика 1 появляется импульс положительной полярности, возникающий при прохождении мимо индуктивного датчика 1 отметки в.м.т. на маховике двигателя. В момент появления импульса на выходе усилителя 2 компараторы 6 и 7 срабатывают. При этом на выходе компаратора 6 появляется сигнал, устанавливающий триггер 8 в единичное состояние, при котором ключ 10 открывается. В некоторый момент времени на выходе пикового детектора 3 фиксируется уровень сигнала U, соответствующий амплитудному -значению появившегося импульса. В момент прохождения момента в.м.т. импульс изменяет свою полярность, что вызывает обратное срабатывание компараторов 6 и 7. В этот момент по заднему фронту импульса компаратора 7 срабатывает формирователь 9, который формирует короткий импульс, проходящий через открытый ключ 10 на вход элемента 23 Одновременно этот же импульс с выхода ключа 10 поступает на управляющий вход генератора 11, срывая его очередное колебание, и на вход элемента 12. Сигнал с выхода последнего поступает на управляющий вход элемента 4, переводя его в режим выборки сигнала с выхода пикового детектора 3. По заднему фронту импульса формирователя 9 срабатывает формирователь 13, устанавливая триггер 8 в исходное нулевое состояние. При этом ключ 10 блокируется. Одновременно импульс с выхода формирователя 13 поступает на управляющий вход пикового детектора 3, устанавливая его в исходное нулевое состояние. На выходе элемента 4 фиксируется уровень сигнала U а на входе компаратора 6 подключенном к выходу делителя 5 пороговый уровень сигнала, равный

VA-

Таким образом, в результате описанного выше процесса на входе ком-. паратора 6, связанного с делителем 5 автоматически устанавливается пороговый уровень, пропорциональный значению амплитуды сигнала отметки В.М.Т., а на выходе ключа 10 в момент обратного срабатывания компаратора 7 формируется короткий импульс. Передний фронт этого импульса соответствует моменту изменения полярности сигнала отметки В.М.Т., поскольку порог срабатывания компаратора 7 устанавливается постоянным и равным нулю.

Описанный выше процесс формирования сигнала на выходе ключа 10 устройства повторяется при появлении на выходе усилителя 2 следующего импульса положительной полярности с амплитудой и , превышающей пороговый уровень компаратора 6, установившийся на выходе делителя 5. При этом если амплитуда этого импульса отличается от амплитуды предьщущего импульса, т.е. U,и,, то на выходе делителя 5 автоматически устанавливается новьй пороговый уровень сраба тывания компаратора 6, равный

Um/k.

Описанный вьше процесс формирования сигнала на выходе ключа 10 на происходит при появлении на выходе усилителя 2 следующего импульса положительной полярности с амплитудой, меньшей порогового уровня компаратора 6, установившегося на выходе делителя 5. При этом значение порого вого уровня не изменяется.

Таким образом, при работающем двигателе на звыходе элемента Аи, следовательноi на входе 16 анализатора 15 образуется сигнал, уровень и которого превьшает нулевой () , а на выходе ключа 10 и, следовательно, на входе 17 анализа. тора 15 образуются импульсы некоторой частоты fJ, .

Пусть уровень U сигнала на входе 16 анализатора больше опорного уровня и и не превьш1ает опорный уровень UgCU ), а также выполняется условие , где kj-f,отношение сигнал/помеха на выходе датчика 1. Тогда пороговый уровень срабатывания компаратора 6 определяется только сигналами отметки в.м.т. и на выход ключа 10 поступают импульсы, образующиеся только в моменты изменения полярности сигналов отметок в.м.т.

В результате частота следования импульсов на выходе ключа 10 равна частоте вращения вала двигателя и, следовательно, выполняется соотношение fj, f J. Каждый импульс, появляющийся на выходе ключа 10, срывает колебания генератора 11 и импульсы на его выходе и, следовательно, на входе 18 анализатора отсутствуют. Первый же импульс, образующийся на выходе ключа 10, вызывает обратное срабатывание анализатора 15 и на его втором и третьей i выходах образуются нулевые сигналы. Поскольку выполняется условие U Ug, сигнал на первом выходе анализатора 15 имеет также нулевое значение. В результате элемент запрета 23 нулевьи сигналом с третьего выхода анализатора 15 разблокируется и импульсы с выхода ключа 10 поступают на выход 24 устройства. Нулевые сигналы с первого и второго выходов анализатора 15 поступают соответственно на входы 20 и 21дблока 19 и последний формирует сигнал норма.

Пусть вследствие вибрации и тряски двигателя или неправильной установки датчика 1 зазор между его торцом и плоскостью маховика уменьшается настолько, что уровень сигнала на выходе усилителя 2 и, следовательно, уровень и сигнала на выходе элемента 4 превьшает опорный уровень Ug{Un,7Ug). Тогда анализатор 15 срабатьшает и на его первом выходе появляется единичный сигнал, поступающий на вход 20 блока 19. При этом блок 19 формирует сигнал больше, информируниций оператора о необходимости увеличения зазора между торцом датчика 1 и йлоскостью маховика. Если при отношение сигнал/помеха снижается настолько, что выполняется условно k . (например, вследствие насыщения усилителя 2 при биении маховика), то частота fj( импульсов на выходе ключа 10 может превышать верхнее значение fJ рабочего диапазона частоты вращения вала двигателя. Тогда анализатор 15 срабатывает и на его третьем выходе формируется единичный сигнал

блокирующий элемент 23. При этом прекращается поступление импульсов на выход 24 устройства.

Пусть при зазор между торцом датчика 1 и плоскостью маховика увеличивается настолько, что вследствие влияния зубьев маховика нарушается условие k. k.. , При этом

т) СП

частота импульсов на выходе ключа 10 превышает верхнее значение fg.Тогда анализатор 15 срабатьшает и формирует единичные сигналы на втором и третьем выходах. По этим сигналам блокируется элемент 23, а блок 19 формирует сигнал меньше, информирующий оператора о необходимости уменьшения зазора между торцом датчика 1 и плоскостью маховика.

Анализатор 15 сигналов работает следующим образом. Сигнал U с выхода динамического запоминающего элемента 4 через вход 16 поступает на соответствующие входы компараторов напряжения 25 и 26-, на опорные входы 30 и 31 которых поданы сигналы и„ и Ug. Импульсы с частотой f с выхода ключа 10 через вход 17 поступают на вход ключа 28. Импульсы с частотой fр с выхода генератора 11 через вход 18 поступают йа опорный вход компаратора частоты 27, на другой опорный вход которого подан сигнал f..

Пусть двигатель находится в нерабочем состоянии, тогда , и f 0. В результате на выходах компараторов напряжения 25 и 26 сигналы имеют нулевое значение.

Нулевой сигнал с выхода компаратора напряжения 25 блокирует ключ 28 а нулевой сигнал с выхода компаратора напряжения 26 разблокирует элемент запрета 29 и одновременно поступает на первый выход анализатора 1 С выхода ключа 28 нулевой сигнал поступает на вход компаратора частоты 2 Последний срабатывает, и на его выходе образуется единичный сигнал, который поступает непосредственно на третий выход анализатора 15 и через разблокированный элемент запрета 29 - на второй выход анализатора.

Пусть двигатель работает. При U.Uf единичньй сигнал на выходе компаратора частоты 27 не изменяется независимо от значения частоты fj( на выходе ключа 28, поскольку

последний по-прежнему заблокирован нулевым сигналом с выхода компаратора напряжения 25. Состояние остальных элементов анализатора 15 при этом не изменяется.

При компаратор напряжения 25 срабатывает, и импульс с выхода ключа 10 через разблокированный ключ 28 поступает на выход компаратора частоты 27. При этом на его выходе образуется нулевой сигнал при f.fji,fg. Соответственно на выходах анализатора 15 сигналы имеют нулевое значение.

При срабатывает также и компаратор напряжения 26, на его выходе образуется единичный сигнал, который поступает на первый выход анализатора 15 иодновременно блокирует элемент запрета 29. В результате независимо от значения сигнала на выходе компаратора частоты 27 сигнал на втором выходе анализатора 15 имеет нулевое значение.

Блок 19 сигнализации работает следующим образом.

Сигналы с первого и второго выходов анализатора 15 поступают на одноименные входы управляемого генератора 33 соответственно через входы 20 и 21 . При сигнале на входе 22 блока 19 ключ 35 заблокирован, и нулевым сигналом на входе индикатора 36 лампа его выключается. При единичном сигнале на входе 22 ключ 35 разблокирован и лампа индикатора 36 включается по сигналам, поступающим с выхода управляемого генератора 33 через инвертор 34.

При единичном сигнале на входе 20 на выходе генератора 33 образуются импульсы с малой частотой (например 1 Гц) и скважностью, равной двум. Эти импульсы поступают на индикатор 36, вызывая редкое мигание его лампы.

При единичном сигнале на входе , 21 блока 19 генератора 33 вырабатывает импульсы с большей частотой (например 5 Гц) и скважностью, равной цвум. Лампа индикатора 36 при этом мигает с большей частотой.

При нулевых сигналах на входах 20 и 21. блока 19 на выходе генератора 33 образуется нулевой сигнал. На выходе инвертора 34 при этом образуется единичный сигнал, который вызывает равное горение лампы инднкатора 36. Таким образом, введение анализатора сигналов, блока сигнализации и элемента запрета выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, поскольку исключает прохождение на 100 0 выход устройства сигналов с частотой отличной от частоты вращения вала двигателя, а также формирует сигналы, позволяющие оператору получить на выходе устройства требуемую последовательность отметок в.м,т., т.е. повышает надежность процесса формирования отметок в.м.т.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт. . св. № 739979, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности процесса формирования отметок верхней мертвой точки, в него введены анализатор сигналов,, блок сигнализации и элемент запрета, причем первый вход анализатора сигналов соединен с выходов динамического запоминающего элемента, второй входс выходом ключа, третий вход - с выходом управляемого генератора импульсов, первые два выхода анализатора сигналов соединены с одноименными входами блока сигнализации, а третий - с вxoдo f управления элемента запрета, причем блок сигнализации снабжен третьим входом для управляющего сигнала. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что анализатор сигналов содержит первый и второй компараторы напряжения, компаратор частоты, ключ и элемент запрета, причем выходы первого и второго компараторов напряжения соединены соответственно с входамиуправления ключа анализатора и его элементом запрета, выход первого из которых через компаратор частоты соединен с входом второго, а компараторы напряжения снабжены входами для опорных сигналовJпри этом соединения другого входа первого компаратора напряжения с другим входом второго компаратора напряжения, входом ключа анализатора и другим входом компаратора частоты образуют соответственно первый, второй и третий входы анализатора сигналов, а выход второго компаратора напряжения, выход, второго элемента запрета и выход компаратора частоты образуют соответственно первый, второй и третий выходы анали- 5 затора сигналов. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о т личающееся. тем, что блок сигнализации содержит управляемый генератор импульсов, инвертор, ключ и индикатор, соединенные последовательно, причем первый и второй входы управляемого генератора импульсов блока сигнализации и вход управления его ключа образует соответственно первый, второй и третий входы блока. 4.Устройство поп.З, отличающееся тем ,что индикатор вы-, полнен в виде источника света.