Отметчик верхней мертвой точки поршня двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1983 года по МПК G01L23/30 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в йпектронных приборах, предназначенных для исспейования, испытания и диагностики дизельных двигателей внутреннего сгорания. При изменении и контроле параметров рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания, например, среднего индикаторного давления и других параметров, для определения верхней мертвой точки (ВМТ поршня широко используется способ фор ирования отметки ВМТ, основанный на свойстве симметричности кривой изменения внутрицилиндрового давления при отключенной подаче топлива. Согласно этому способу сигнал датчика давления пре образуется во временный интервал, середина которого соответствует максимуму амплитуды этого сигшла и, следоввтельно, ВМТ поршня. Середина временного интервала определяется путем форс иррвания порога срабатывания, раввого попов№не числа квантующих временной интервал период сяедования которых ли .импульсов, бо постоянен, либо связан с частотой врашения коленчатого вала. Известен отметчик ВМТ поршня, содержащий датчик положения уюршая, сод диненный с формирователем временного. интервала, датчик квантующих импульсов, цифровой пороговый элемент. В качестве датчика положения поршня в, устройстве может быть использован любой датчик, изменение сигнала которого связано с {{зменением положения tropui ня, в т.ч. и датчик внутрицилиндрового давления. Формирователь временного интервала в известном устройстве выполнен в виде обьгчного порогового устрсЛ- ства, например, триггер Шмитта, порог срабатывания которого или постоянный, или регулируется оператором. Ци4 х5вой пороговый элемент построен на базе счетчика, регистра и схемы сравнения кодов. В течение формируемых временных интер валов выход датчшса квантукяаих нмпул сов подключается к счет нему входу цифрового порогового элемента. Последний : измеряет общее число импульсов, поступивших на его вход в течение очередного временного интервала, в форгмирует порог срабатывания, равный поповине числа эти импульсов. Передний фронт импульса, фор мируемого в момент срабатывания, соответствует середине временного интервала и,следовательно,моменту ВМТ поршня {ЗЦ. Недостатком устройства лри использовании в качества датчика полож ввя поршня датчика давления в цилиндре является сложность процесса формирования отметок ВМТ. Этот недостаток вызван тем, что осцилл я рамма изменения внут- рицилиндррвого давления при отключенной подаче топлива не является строго си метричной из-за переменного показателя политропы на тактах сжатия и расширения и утечки воздушного заряда. При этом отклонение от симметричности тем MGHI ше, чем вь1ше уровень давления. Для по ВЫШ0НИЯ точности формирования отметки ВМТ по середине временного интервале в известном устройстве оператор вручную с псямошью осциллографа устанавливает порог срабатыватся формирователя врв менного интервала как ьюжно б люке к максимуму амплитудь сигнала датчика давления. Вследствие нестабильности процесса изменения давления оператор ш ьнужоен периодически производить повторные :регулировки порога срабатыва{шя и усташ яливать значение этого порога ииже оптимальнбгю, что к тему же снижает точнс)стьфор«1Ирования отметок ВМТ. Кроме того устройство сложно; Этот недостаток вызывается тем,что порог орабатывания цифрового порогового элемента в устройстве фо5ялируется с помошыо счетчика, регистра и схемы сравнения кодов, т.е. трех комбинационно-логических узлов, разрядность и, следовательно, объем которых прямо пропорциональны длитеЛ1« х ти временного интервала и частоте квантующих импульсов. Кроме того, налич.ие схемы сравнения кодов приводит к ;задвр жке появления на вь1ходе устройства пе реднего фронта отметки ВМТ. -, Наличие осциллографа в составе yci ройства дополнительно усложняет устройство. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является отметчик ВМТ поршня двигателя, содержащий датчик давления, усилитель, формирователь -врес- менного интервала, формирователь HNfrщгльсов, генератор квантующих импул1 сов, клапан, цифровой пороговый элемент, причем выход генератора квантующих . импульсов через клапан, связан со счетным входом цифрового порогового элемента, выход датчика через последовательно соединенные усилитель и форми{юватель временного интервала связан с первым управляющим входом клапана и входом формирователя импульсов выход которого подключен куправляющему вхооу цифрового порогового элемента. ,(2) Цифровой пороговый эпемент 7 подсчитывает чиспо импупьсов, пбступающих на его счетный вход, и к моменту окончания временного ннтервапа Т формирует порог срабатывания, равный К « N/2. В момент поступления импупьса форм роватегш 4 на управпяк нй вход цифро вого порогового элемента 7 соответствую шие счетные узлыпоследнего сбрасываю ся в исходное нулевое Состояние и цифровой эпемент подготавливаетсй к прием спедукинёй серив импульсов генератора 5 Таким образом, перед началом следуюше го цикла рабрты двигателя порог срабатывания цифрового порогового элемента 7определяется длительностью временнсяо интервала Т формирователя 8в предыдущем цикле работы дви-. гатетга. При формировании очередного, времен ного интервала Т цифровой пороговый апемёнт срабатывает в момент поступления на его вход N /2 импульсов генерат ра 5 и формирует на своем выходе импульс, передний фронт -которого сдвинут относительно начала временного интервала Т на время, равное i .(3) С учетом (2) получаем , т.е. появления ш шульса н& выходе ци4 ювого порогового элемента 7 соответствует середине временного интервала Т. Поскольку при выборе соответср вуюшего значения коэффициента К временной интервал Т формируется при пр&вышении уровня давления, близкого к максимальному и, следовательно, практически расположен симметрично чзтнос гельно момента появления максимального значеню давления, момент появления импульса на выходе цифрового порогрвог эпемевта 7 с достаточно ылсокой ст&пенью точности соответствует моменту ВМТ пориня. 1 Функционирование устройства при фори мировании очередного порога срабатывания формирователя 8 не нарушается, поскольку в этот момент клапан 6 заблокирован по первому управгаяюшемгу входу нулевым сигналом с выхода формирователя 3. Формирователь 8 временного интервала работает следующим образом. Сигнал с выхода усилителя 2 поступает на сигнальный вход компаратора ;1О И Через преобразователь 9 максимальных значений - на опорный вход этого компаратора. В момент ВМТ преобразователь 9 фиксирует максимальное значение сигнала Uj,, с выхода усилителя 2. По импульсу: формирователя 4, формируемому в конце такта расширения и поступающему на управляющий вход преобразователя 9, значение U щ фиксируется в элементе памяти преобразователя 9, и на выходе последнего формируется в соответствии с выражением (1) сигнал постоянного уровня (1 « К U Описанные операции повторяются . каждом цикле работы двигателя и, таким образом, к началу очередного цикла на опорном входе компаратора 10 образуется сигнал, пропорциональный и меньший по уровню максимального значения давления ка щзедыдущем цикле работы дввгателя. При повышении давления на такте сжатия до уроЬня U j, компаратор 1О срабатывает и формирует на выходе ед ничный сигнал. При снижении давления на такте расширения до уровня U происходит обратное срабатывание компаратора 10, и на его выходе формируется нулевой сигнал. Таким образом, предлагаемая конструкция формиррвателя 8 позволяет автоматически, без оператора, формировать на уровне U и временный интервал, близкий К уровню максимального значения сигнала давления. Значение U этого уровня и степень его близости к значению U j определяется коэффициентом преобразования преобразователя 9. Цифровой пороговый элемент 7 работает следующим образом. Импупьсы частотой f Q , поступающие на счетный вход элемента 7, проходят непосредственно на один вз выходов йереключателя 12 и через делитель 11 частоты с коэффициентом деления, равным двум, на другой вход этого переключате- j ля. Пусть в момент поступления импульсов тршгч р 16 находится в единичном состоянии. Тогда по сигналам триггера 16 в счетчиках 14 и 15 устанавливаются соответственно режимы суммирования И вычитания импупьсов, а переключатель 12 установлен в положение, при котором на счетный вход счетчика 14 поступают импульсы с выхода делителя 11 частотой о/2, а на счетный вход счетч1йа 15 - импульсы частотой { . Переключатель 13 установлен лри этом

так, что его вход соединен с установочным входом счетчика 15.

К моменту окончания временного интервапа Т формирователя 8 на входы счетчиков 14 и 15 поступает соответственно N /2 и N импупьсов. Импупьс формирователя 4, поступающий на управляющий вход эпемента 7, проходит через переключатель 13 на установочный вход счетчика 15 и сбрасывает его в исходное состояние-. По заднему фронту импульса формирователя 4 триггер 16 изменяет свое состояние. При этом в счет чиках 14 и 15 устанавливаются соответственно режимы вычитания и суммирования и изменяется состояние переключателей 12 и 13. В результате в течение следующего временного штервала Т формирователя 8 ймпупьоы частотой Q поступают на вход счетчика 14, а импупьсы частотой Q /2 - на вход счетчика 15.

В момент поступления N /2 цмпупьсзрв на вход работающего в режиме вычитания счетчика 14 последний устанаь ливается в исходное нулевое состояние, и на его выходе формируется импульс, поступающий через элемент ИЛИ 17 на выход цифрового порогового эпемента 7 К моменту окончания временного интервала Т формирователя 8 в счетчике 15, работающем в режиме суммирования, фиксируется число N /2. Следующий импульс формирователя 4 устанавливает в исходное нулевое состояние счетчик

14 и вновь изменяет состояние триггера 16. В результате в течение следук шего временного интервала Т формирователя 8 в режиме вычитания работает счетчкк 15 , при, поступлении на его вход N /2 импульсов он формирует на своем выходе импульс, поступающий через элемент ИЛИ 17 на выхбд цифрового порогового элемента 7.

Используемый в аифровом пороговом элементе 7 число-импульсный способ сравнения кодов требует минимального числа комбинационно-логических узлов, минимального числа электрических связей и позволяет устранить дополнительные задержки в фо{%шрованин выходного импульса эпемента 7.

Введение нового элемента - второго формирователя временного интервала,

выполненного на базе преобразователя .максимальных значений, снабженного элементом памяти, и компаратора - выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет исклк чить рзгчные операции по регулировке порога срабатывания и осциллограф,-что упрощает процесс фoIЯvШpoвaШ(я отметки

вмт.

Испопьзоваивэ при констру1фоввнш цифрового порогового эпемента число импульсного способа сравнения кодов позволяет упростить конструкцию и повысить точность работы этого элемента, и, спедовательво, отметчика в USJUOM. Формироватепь временного интервапа в известном устройстве выпопнен в виде обычного порогового устройства, , триггера Шмитта, порог срабатывания которого регулируется -оператором. Для регулировки порога срабатывания используется включенный в состав уст ройства осциллограф. Цифровой пороговый элемент выполнен на базе счетчика, схемы переноса коаа, регистра и схемы сравнения кодов 2. Недостатком известного устройства также является сложность процесса фори мирования отметок ВМТ, так как порог срабатывания формирователя временного интервала, как и в предыдущем устройстве, оператор устанавливает вручную с помощью осциллографа. Сложность самого устройства определяется по-прежнему вадичием осциллографа и поразрядным способом сравнения кодов. Целью изобретения является увеличение точности и упрощение процесса фо1 мирования отметки верхней мертвой точки.. Поставленная цель достигается тем, .что отметчик верхней мертвой точки пор шня двигателя внутреннего сгорания, содержащий датчик давления, усилитель, первый формирователь временного ингервала, формирователь импульсов, генератор квантующих импульсов, клапан, ииф ровой пороговый элемент, пртем выход генератора квантующих импульсов че рез клапан связан со счетным входом цифрового порогового элемента, выход датчика давления через последовательно соединенные усилитель и первый временного интервала связан с первым управляющим входом кпапа- ,. на и входс 4 формирователя импульсов, выход которого подключен к управляющему входу цифрового порогового элемента снабжен вторым формщюват пем временного интервала, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя, управляющий вход - р выходом формироватё1Ш импульсов, а выход - с вторым управляющим входом клапана. Второй формирователь временного интервала выполнен в виде преобразователя максимальных значений, снабженного, епе ментом памяти, и компаратора, причём сигнальный и опорный входы последнвгоодин непосредственно, а другой через преобразователь максимальных значенийсвязаны с сигнальным входом этого фор мнрователи, а выход компаратора и управ ляющий вход преобразователя максималхг ных значений подключены соответственно к выходу и управляющему входу этого формирователя. Цифровой пороговый элемент выполнен в виде делителя частоты, двух переклк чателей, двух реверсивных счетчиков, триггера и элемента ИЛИ, причем входы первого переключателя - один непосредственно, а другой через делитель частоты - подключены к cleTHoMy рходу цифрового порогового элемента, выходы первого переключателя соединены со счетны- мр входами соответствующих реверсивных сяетчиков, установочные .входы которых соединены с соответствующими выходами второго переключателя, а ЁЫХОДЫ через элемент ИЛИ подключены & выходу цифрового порогового элемента, один из ЁЫходов триггера соединен с управляющими входами переключателей и с управляющим входом одного из реверсивных счетчиков, другой выход соединен с управляющим входом другого реверсивного счетчика, а вход триггера параллельно с входом второго переключателя подключен к управляющему входу цифрового порогового элемента. На чертеже представлена структурная электрическая схема отметчика. Предлагаемое устройство содержит датчик 1 давления, усилитель 2, формиро ватель 3 временного интервала, формиро ватель 4 импульсов, генератор 5 кванту ющих импульсов, клапан 6, цифровой пороговый элемент 7. Выход генератора 5 квантующих импульсов соединен через клапан 6 со счетным входом ци фового порового элемента 7, выход датчика 1 давления через последовательно соед ненные усилитель 2 и формирователь 3 временного интервала связан с первым угфавляющим входом клапана 6 и входом формирователя 4 импульсов, выход, ко торого подключен к управляющему входу цифрового порогового этхемента 7. Отметчик снабжен форм фователем 8 временного интервала, сигнальный вход которохч) соединен с выходом усилителя 2, управляющий вход - с выходом формирователя 4 импульсов, а выход - с вторым управляющим входом клапана б. Формирователь 8 временного интервала содержит преобразователь 9 максимальных значений, снабженный элементом памяти (не показан), и компаратор 10. Сигнальный и опорный входы компаратора 1О - один непосредственно, другой ., через 1феобразователь 9 - связаны с свгнальным входом формирователя 8, а выход компаратора 1О и управляющий вход преобразоватепя 9 поцкпючены соответственно к выходу и управляющему входу формироватепя 8., Цифровой пороговый эпемент 7 содер жит депитепь 11 частоты, перекшочаг©ди 12 и 13, реверсивные счетчики 14 И 15, триггер 16 и эпемент ИЛИ 17, Входы переключателя 12 - один непосре ственно, другой черЬз депитепь 11 частоты - подключены к счетному входу эпемента7, выходы переключателя 12 соединены со счетными входами счетчиков 14 и 15ч установочные входы которых соединены с соответствующими выхо дами переключатетш 13, а выходы через элемент ИЛИ 17 подключены к выходу элемента 7. Один из выходов триггера 16 соединен с управляющими входа ми перекшочатепей 12 и 13 в с управля ющим входом счетчика 14, другой выход соединен-с управляющим входом .счетчика 15, а вход триггера 16 параллельно с входом переключателя 13 подключен к управляющему входу эпемента7. Формирователь 3 временного интервала может быть выполнен в виде обычног порогового устройства, например, тригге ра Шмитта с фиксированным порогом сра батывания. Порог срабатывания формирователя 3 должен превышать максимал ное значение сигналов датчика 1 давления в момент1 1 нижних мертвых точек поршия на тактах сжатия и расширения и следовательно, практически может иметь одно и то же значение для любого типа двигателя. Преобразователь 9 максимальных зна чений, снабженный элементом памяти, может быть выполнен, например, на базе последовательно соединенных пикового детектора и уст|к йства выборки и запоминания. Коэффициент преобразования К преобразователя 9 определяет порог срабатывания формирователя 8 и мо жет быть установлен, например, с помощью выходного делителя преобразователи. Принцип действия устройства 3ajtn« чается в автоматическом, без згчастия оператора, формтфовании порога срабатывания Un формирователя 8 временного интервапа на уровне, близком к максимальному текущему значению U сигнала датчика 1 давления и равному .Um,d) где К - коэффициент пропорциональности Значение К выбирается достаточно близким к единице , поскош ку. основная 676 погрещность формирования отметки ВМТ вызывается несимметричностью осциллограммы давления, а последняя у / еньшаегся по мере увеличения уровня давления до максимального. Предлагаемое устройство работает следующим образом Сигнал датчика 1, отображающий вэменение давления внутри цилиндра двих тепя, через усилитель 2 поступает На входы формирователей 3 и 8. Фо1жл1рователь 3 срабатывает при повыщении давления на такте сжатия, при понижении давления на такте расширения происходит обратное срабатывание. В результате на каждом иикте работы двигателя на выходе формирователя 3 форм руется временный интервал в виде прямоугольного импульса, длительность которого примерно соответствует суммарной длительности тактов сжатия и расширения. Импульс с выхода формирователя 3 разблокирует по первому управлякь щему входу клапан 6 и одновременно поступает на вйсод формирователя 4. По окончании кмпупьса формироватепя 3 кпапан 6 вновь блокируется по . первому управляющему входу, а формирователь 4 срабатывает и формирует короткий им- , пульс, поступающий на управляющие входы цифрового порогового элемента 7и фор : мирователя 8 временного интервала. Последний фиксирует максимальное амдпйтудное значение Uyp сигнала на выходе усилителя 2, а в момент поступления импульса на его управляющий вход формирует порог срабатывания U ц , близкий, к значению Ь в соответствий с выражением (1). Таккм. образом, перед (шчолом спедутощего дик па работы двигателя порог срабатывания формирователя, ойре депяется максимальным значением давления в цилиндре в предыдущем анкпе работы двигателя. При постижении порога срабатывания U п формирователь 8 срабатывает и фор- ; :мирует на своем выходе временный и№тервал в виде праддаэуголыюго импульса, длительность Т которого равна времени превышения сигнала на выходе усипитепя 2 порога срабатывания ( . Импупьс, с выхода формирователя 8 разблокирует клапан 6 по второму управляющему входу, и на счетный вход ци()рового порогового эпемента 7 1шчинают поступать импульсы частотой 0 генератора 5. В течение временного интервала Т на вхоа цифрового nopoi oboro элемента 7 поступает число импульсов, равное

1. ОТМЕТЧИК ВЕРХНЕЙ МЕРТЁОЙ ТОЧКИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕЮ СЮРАНИЯ, содержащий датчик давления, усипитеиь, первый фо{ мироватеЯь временного интервала, формирователь импульсов, генератор квантующих импульсов, клапан, цифровой порого.вый элемент, причем выход генератора .квантующих импульсов через клапан связан со счетным входом цифрового пороговогс элемента, выход датчика давления через последовательно соединенные усилитель и первый формирователь временного Кйтбрвала связан с первым управляющим входом клапана и входом формирователя импульсов, выход которого подключен к . управляющему входу цифрового элемента, от личающий ся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса формирования отметки, он снабжеа Ёторым формирователем BpeNieHHoro шггервапа, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя, управляющий вход - с выходом формирователя импут1ьсов, а выход - с вторым управляк иим входом клапана. 2. ОтметЕИк поп. l,oтличa;Ю щ в и с я тем что второй формирователь временного интервала выполнен в виде преобразователя максимальных значений, снабженного элементом памяти, и компаратора, причем сигнальный и опорный входы последнего - один непрсредст венно, а другой через преобразователь максимальных значений-связаны с сигнальным входом этого формирователя, а выход компаратора и управляющий вход преобразователя максимальных значений подключены соответственно к выходу и управляющему входу этого формироватегш. 3. Отметчик по п. 1, от п и ч а ю ш и и с я тем, что цифровой пороговый элемент выполнен в виде делители частоты, двух переключателей, двух реi версивных счетчиков, триггера и элемента ИЛИ, причем входы перекшочаW теля - один непосредственно, другай через делитель частоты - подключены к. , счетному входу цифрового порогового элемента, первого переключателя соединены со счетнЫми входами соответствукядих реверсивных счетчиков, установочные входы которых соединены с со ответствующими выходами второго пере4i)k ключателя,а выходы через элемент ИЛИ подключены к выходу цифрового порогоа вого элемента, один из выходов тригге ра соединен с управляющими входами пе« реключателей и с управляющим входом одного го реверсивных счетчиков, другой выход.средивев с управляющим входом другого реверсивногд-гяетчика, а вход триггера параллельно с входом второго переключателя подключен к управляющему вхоау цифрового порогового элемента.