Устройство измерения угла опережения впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1985 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для иЛледования, испытаний и диагностики дизельных 5 двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повышение точности путем повьшения помехоустойчивости устройства.

На фиг. 1 представлена структур- О ная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные Датчик 1 давления на- tS кладного типа, усилитель 2, фильтр 3 и источник 4 опорного сигнала, компаратор 5, первый вход которого соединен с выходом усилителя.2, а второй вход-с первым выходом источника 20 4, датчик 6 отметки верхней мертвой точки , подключенный к первому входу измерительного блока 7.

В устройство введены второй компаратор 8, формирователь 9 временных 25 интервалов, формирователь 0 импульсов , временной селектор II, а источник 4 снабжен вторым выходом. Первый вход компаратора 8 соединен с выходом усилителя, второй вход - с вто- зо рым выходом источника 4, а выход - с первым управляющим входом временного селектора 11 и первым входом формирователя 9. Второй вход последнего соединен . с выходом компаратора 5, а Q выход связан через формирователь 10 с выходом временного селектора 11, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока, а второй

управЛЯЮПЩЙ вход - с выходом ДаТЧИ- an

ка 6.

Временной селектор 11 содержит последовательно соединенные элемент

12опорной задержки, формирователь 45

13опорного временного интервала и ключ 14, формирователь 15 импульсов и преобразователь 16 частоты. Первые и вторые управляющие входы элемента 12 и формирователя 13 соедине- go ны соответственно с выходом формирователя 5 и выходом преобразователя 16. Вход формирователя 15 соединенный с входом элемента 12, и вход преобразователя 16 образуют соответствен- 55 но первый и второй управлякицие входы, а вход и выход ключа соответственно вход и выход временного селектора 11.

Л.атчик I устанавливается на трубопровод высокого давления двигателя внутреннего сгорания и содержит чувствительный- к деформации наружного диаметра трубопровода один или несколько пьезоэлементов, которые расположены ь корпусе датчика I и соединены с поверхностью трубопровода через силопередающие элементы. При деформации трубопровода, например, в момент впрыска топлива, чувствительный элемент датчика вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный деформации наружного диаметра трубопровода и, следовательно, давлению внутри него.

Усилитель 2 усиливает и преобразует электрический сигнал датчика 1 в напряжение и может быть выполнен в виде усилителя заряда (схемы построения известны).

В качестве операционного усилителя может быть использована, например микросхема К544УД2.

Фильтр 3 выполнен в виде фильтра низких частот с частотой среза, обеспечивающей подавление высокочастотных составляющих сигнала 1,- возникающих вследствие воздействия виброакустических сигналов помех от соударений в кинематических парах двигателя в форсунке, вь зывающих паразитную деформацию трубопровода. Фильтр 3 может быть выполнен в виде активного фильтра.

Б качестве операционного усилителя фильтра может быть использована, например, микросхема К140УД8.

Источник 4 выполнен в виде амплитудного выпрямителя, преобразующего амплитуду входного сигнала в постоянное напряжение, и секционированного выходного делителя. Выводы первой и второй секции делителя образуют соответственно первый и второй выходы источника 4 и обеспечиваю деление выходного сигнала амплитудного выпрямителя с коэффициентами деления, равными соответственно 0,7-0, и 0,1-0,2. Схемы построения амплитудных выпрямителей известны.

В качестве операционного усилителя могут быть использованы микросхемы серии К140.

Компаратор 5 представляет собой аналоговый компаратор напряжения СсхегФ построения известны) и может 3 быть реализован в микросхемном испо нении, например, на микросхеме типа 521 САЗ. Датчик 6 формирует один импульс за оборот коленчатого вала в момент достижения верхней мертвой точки (в.м.т.) поришя контролируемого цилиндра и может быть выполнен в вид установленного против отверстия в маховике индукционного преобразователя частоты вращения и подключенно го к его выходу формирователя, выра батывающего импульс в момент измене ния полярности сигнала индукционног преобразователя. Измерительный блок 7 измеряет сдвиг фаз между импульсами, поступа ющими на его входы, и может быть вы полнен в виде цифрового фазометра с умножителем частоты или цифрового измерителя отношения временных инте валов. Например, может быть использован измеритель отношения временных интервалов. Конструкция компаратора 8 аналогич на компаратору 5. Формирователь 9 может быть выполнен в виде тактируемого фронтом Dтриггёра, вход D которого подключен к источнику сигнала с уровнем 1. Тактовый вход С триггера и его управляющий вход R образуют соответственно первый и второй входьь формирователя 9, а выход Q триггера - выход формирователя 9,- Триггер может быть реализован, например, на микросхеме К155ТМ2. Формирователь 10 срабатьшает по срезу входного импульса, формируя короткий импульс фиксированной длительности, и может быть реализован на микросхеме К155АГ1. Элемент 12 формирует импульс, задержанный относительно входного на фиксированное опорное значение угла поворота коленчатого вала j- 4 0110 где /( минимально возможная длительность нарастания сигнала давлени при впрыске топлива между уровнями, формируемыми источником 4. Элемент 12 выполнен на базе управляемого ждущего мультивибратора, времязадающая цепь которого питается управляющим напряжением, и подключенного к его выходу формирователя импульсов. Величина задержки обратно пропорциональна управляющему напряжению. 3 Ж.ау1ций мультивибратор может быть выполнен на базе интегрального таймера, в том числе в микросхемном исполнении по микросхеме типа КР1006ВИ. Конструкция формирователя элемента 12 аналогична конструкции формирователя 10. Формирователь 13 вырабатывает им пульс, длительность которого соответствует фиксированному опорному угЧ 5- W - kf лу поворота вала о fnax m«n где V, максимально возможная длительность нарастания сигнала давления при впрыске топлива между .уровнями, формируемыми источником 4. Конструкция формирователя 13 аналогична ждущему, мультивибратору элемента 12. Ключ 14 представляет собой логический элемент 11. Конструкция формирователя 15 аналогична формирователю 10. Преобразователь. 16 вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное частоте импульсов. Преобразователь может быть выполнен по известной схеме, состоящей из ан.члогового переключателя, коммутируемого |на вход фильтргг низких частот сигнал с выхода источника опорного напряжения либо нулевой потенциал соответственно в течение длительности импульса и паузы ждущего мультивибратора, запускаемого импульсами входной частоты. Аналоговый переключатель может быть выполнен на микросхеме типа К590КН2, источник опорного напряжения на базе операционного усилителя серии К140 и стабилитроне типа 818. Ждущий мультивибратор может быть выполнен на микросхеме типа К155ПГ1, конструкция фильтра низких частот аналогична конструкции фильтра 3. Частота среза фильтра выбирается меньшей минимальной частоты следования входных.импульсов. Принцип действия предлагаемого устройства заключается в формировании импульса в момент достижения сигналом давления при впрыске топлива уровня, равного амплитудного значения сигнала давления и измерении угла опережения фронтом этого импульса момента достижения в.м.т. контролируемого цилиндра. Измерение осуществляется, если момент появления фронта формируемого импульса попадает во временное окно, которое находится между минимальным , и максимальным V значениями углов поворота коленчатого вала, соответствующих минимальной и максимальной длительностям нарастания сигнала датчика 1 при впрыске топлива от уровня, равного 10-20%, до уровня, равного 70-80% амплитудного значения сигнала давления. Соответственно формируемый импульс блокируется, и измерение не происходит, если длительность нарастания сигнала датчика 1 находится вне указанного диапазона, что позволяет подавлять высокочастотные и низкочастотные , вызывающие паразитную деформацию трубопровода, и, следовательно, повысить помехоустойчивость устройства,. Устройство работает следующим образом , Сигнал с выхода датчика ,установ ленного ла трубопроводе высокого дав ления,преобразуется,усиливается уси- лителем 2 и поступаетна вход фильтра 3 и сигнальные входы компараторов 5, 8. Фильтр 3 подавляет высокочастотную помеху, наложенную на сигнал датчика 1, что позволяет амплитудному формиро вателю источника 4 формировать постоянное напряжение U , пропорциональ ное амплитуде сигнала давления при впрыске топлива. На первом и вторых выходах источника 4 образуются соответствено опорные сигналы U и U постоянного напряжения, пропорциональ ные напряжению U,, причем U, Ug U Опорный сигнал Uj поступает на опорны вход-компаратора 5, опорный сигнал и - на опорный вход компаратора 8. Датчик 6 формирует импульс в моме достижения в.м.т. поршня контролируе мого цилиндра. Импульсы с выхода дат чика 6 поступают на первый вход изме рительного блока 7 и на второй- управ ляющий временного селектора 11. Во йременном селекторе 11 образуется си нал, задающий параметры временного окна в единицах угла поворота вала Допустим на выходе датчика 1 образу ется сигнал. В момент превышения сиг налом на выходе усилителя 2 опорного уровня Uu компаратор 8 срабатывает и формирует импульс, длительность ко торого равна времени превьппениЯ сигналом этого уровня. Импульс с выход компаратора 8 поступает на первьй вход формирователя 9 и на первый управляющий вход временного селектора 11. В момент образования фронта этого мпульса формироваель 9 срабатывает формирует на выходе сигнал 1, поступающий на вход формирователя 10. тот же момент срабатывает временной селектор 11 и формирует временное окно, фронт и срез которого эапаздывают относительно этого момента соответственно на углы Ч .:„ и Ч . „ гп 11 тя поворота вала. В указанном диапазоне углов поворота вала временной селек, тор 11 подключает выход формирователя 10 к второму входу измерительного блока 7. В момент превьш1ения сигналом на выходе усилителя 2 уровня Ug срабатывает компаратор 5 и на выходе формирователя 9 образуется сигнал О. Таким образом, на выходе формирователя 9 образуется .импульс, длительность которого равна времени нарастания сигнала от уровня U до 1)5, и соответствует повороту вала за этот отрезок времени на н1Бкоторый угол Чнй По перепаду сигнала, образующемуся на выходе формирователя 9, срабатывает короткий импульс, поступающий на вход временного селектора 11. Фронт этого импульса запаздывает относительно момента срабатьшания временного селектора на угол fffg поворота вала. Если .„ „s mo.x , то импульс с выхода формирователя )0 проходит через временной селектор 11 и поступает на второй вход измерительного блока 7, осуществляя его.запуск . Через некоторый угол ug поворота вала на первый вход измерительного блока 7 поступает сигнал с выхода датчика 6. Измерительный блок 7 фиксирует сдвиг между сигналами, поступающими на его входы, частоту следования импульсов с выхода датчика б и после соответствующих преобразований индицирует угол опережения впрыска топлива. Если или VHB то импульс с выхода формирователя 10 блокируется временным селектором II и измерение не происходит. По срезу импульса на выходе компаратора 8 временной селектор 11 сбрасывается в исходное состояние, что исключает возможность прохождения на измерительный блок 7 импульсов формирователя 10 при возникновении на выходе датчика ) высокочастотных колебаний многократно пересекаю1цих опорные уровни U, и Ug.

Временной селектор 11 работает следующим образом.

Импульсы с выхода датчика 6 поступают на вход-преобразователя 16, на выходе которого образуется постоянное напряг ение, пропорциональное частоте следования этих импульсов. Сигнал с выхода преобразователя 16 поступает на входы питания времязадающих цепей элемента 12 и формирователя 13. характеризующихся соответствующими постоянньми времени. Длительность задержки входного импульса, формируемая элементом12, и длительность импульса, формируемая формирователем 13, прямо пропорциональны соответствующим постоянным времени и обратно пропорциональны управляющему напряжению, т.е. частоте следования импульсов на выходе датчика.6, В результате в элементе 12 задается задержка, длительность которой независимо от скоростно-го режима двига.теля соответствует повороту вала на фиксированный (опорный ) угол 4. . Соответственно в формирователе 13 задается длительность формируемого импульса, которая независимо от скоростного режима двигателя соответствует повороту вала на фиксированный (опорный )

угол fo .- minИмпудьс с выхода компаратора 8 поступает на вход формирователя 15 и элемента 12. Последний срабатывает по фронту этого импульса и при повороте вала на угол ,f, форм11руёт импульс, поступающий на вход формирователя 13. Последний срабатывает по фронту этого импульса и формирует

временное окно - импульс, п течение длительности которого вги понсрачивается на угол 4 -що,, Импульс с выхода формирователя 13 поступает на управляющий входключа 14 и разблокирует его. В этом состоянии ключ подключает выход формирователя 10 к соответствующему входу измерительного блока 7. По окончании импульса ключ вновь блокируется.

По срезу импульса, поступающего с выхода компаратора 8, срабатывает формирователь 15 и формирует коротки импульс, который поступает на первые управляющие входы элемента 12 и формирователя 13, включает цепи быстрого разряда конденсаторов времязадающих цепей и подготавливает тем самы временной селектор I1 к формированию очередного временного окна.

Введение новых элементов - второг компаратора, формирователя временных интервалов, формирователя имнульсрв и временного, селектора - позволяет путем сравнения длительности нарастания сигнала датчика давления с допустимыми пределами исключить возможность появления ложных результатов, которые могут возникать при появлении помех на выходе датчика давления, вызванных паразитными деформациями трубопровода, и, следовательно , повысить помехоустойчивость устройства.

Выполнение временного селектора в виде элемента опорной задержки, формирователя опорного временного интервала, ключа, формирователя импульсов и преобразователя частоты позволяет сделать параметры селектирования независимыми от частоты вращения вала двигателя и тем самым расширить область применения устройства

1. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; содержащее датчик давления, усилитель, фильтр, источник опорного сигнала, первый компаратор, датчик отметки верхней мертвой точки и измерительный блок, причем датчик давления последовательно через усилитель и фильтр связан с источником опорного сигнала, к первому выходу которого подключен первый компаратор, связанный с выходом усилителя, а датчик верхней мертвой точки соединен с измерительным блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем повышения помехоустойчивости, в него дополнительно введены второй компаратор, формирователь временных интервалов, формирователь импульсов и временной селектор, а источник опорного сигнала снабжен вторым выходом, причем первый вход второго компаратора соединен с выходом усилителя, второй вход - с Вторым выходом источника опорного сигнала, а выход - с первым управляющим входом временного селектора и первым входом формирователя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход связан через формирователь импульсов с входом временного селектора, выход которого соединен с вторым вхрдом измерительного блока, а второй управляющий вход - с выходом датчика отметки верхней мертвой точки. (О 2. Устройство по п. 1, отли(/) чающееся тем, что временной селектор содержит элемент опорной задержки, формирователь опорного временного интервала, ключ, формирователь импульсов и преобразователь частоты, причем элемент опорной заtaai держки, формирователь опорного вре менного интервала и ключ соединены СО последовательно, первые и вторые IsD управляющие входы элемента опорной СО задержки и формирователя опорного временного интервала соединены соответственно с выходом формирователя импульсов и с выходом преобразователя частоты, вход формирователя импульсов, соединенный с входом элемента опорной задержки, и вход преобразователя частоты образуют соответственно первый и второй управляющие входы временного селектора, а вход и выход ключа - соответственно вход и выход временного селектора.