Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК G01M15/00 

15

20

11255888

Изобретение, относится к приборостроению и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

На чертеже представлена структур- 1ная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит индукционный датчик 1, выход которого подключен к усилителю 2. Выход последнего 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 первого компаратора 6 подключен к одному из входов триггера 8. Выход второго компарато- ра 7 через формирователь 9 импульсов связан с входом первого ключа 10, вход управления которого подключен к пepвo fy выходу триггера 8. Выход первого ключа 10 соединен с управляющим входом управляемого генератора 11 импульсов и с одним.из входов первого элемента 12 сборки, другой вход которого соединен с выходом генератора 11, а выход первого элемента 12 сборки связан непосредственно с входом управления динамического запоми- нающего элемента 4 и через формирователь 13 импульсов .--с входом управления пикового детектора 3. Позицией 14 обозначен вход компаратора 7, на который подан нулевой потенциал.

В устройство введены второй, третий и четвертый ключи 15 - 17, генератор 18 импульсов опорной частоты, суммирующий и вычитающий счетчики 19 и 20, формирователь 21 управляющих сигналов, одновибратор 22 и второй элемент 23 сборки.

Вход ключа 15 соединен с выходом ключа 10 и первым входом формирователя 21, второй вход которого соединен с выходом генератора 18 и со счетными входами счетчиков 19 и 20, первый выход - с входом управления счетчика 20, а второй выход - с входом управления счетчика 19 и с первым входом управления ключа 16. Кодовый выход счетчика 19 соеди- нен с кодовым входом счетчика 20,

вы ча ча го

5 кл со Вы ви ча

0 вх вх кл хо

го ки ма

30

35

40

45

вы си

ин ни

си не на

(а ми го бы ус

зи

ал ти

кл мо ин К1

бы ко а вх

бы па ще ка уп ра 55 то бы ме КР

50

выход которого соединен с входом ключа 16. Второй вход управления ключа 16 соединен с выходом управляемого генератора 11, а выход - с входом

ключа 17, вход управления которого соединен с вторым выходом триггера 8. Выход ключа 17 соединен через одно- вибратор 22 с входом управления ключа 15 и непосредственно - с первым

входом элемента 23 сборки, второй вход которого соединен с выходом ключа 15. Позицией 24 обозначен выход устройства.

Датчик 1 при прохождении мимо него зубцов маховика или металлических штифтов, закрепленных на ободе маховика, или отверстий в маховике

вырабатывает двухполярные сигналы синусоидальной формы. Конструкция

индукционных датчиков частоты вращения широко известна.

Усилитель 2 осуществляет усиление сигнала датчика 1 и может быть выполнен на базе определенного усилителя, например микросхеме серии К140.

Конструкции пикового д етектора (амплитудный выпрямитель) 3 и динамического запоминающего элемента (устройство выборки и хранения аналогового сигнала) 4. известны, они могут быть выполнены на базе операционных усилителей серии К140.

Делитель 5 представляет собой ре- зистивный делитель напряжения.

Компараторы 6 и 7 могут быть реализованы, например, на микросхемах типа К554СА2.

Триггер 8, формирователи 9 и 13, ключи 10, 15 и 17, элементы 12 и 23 могут быть построены на логических интегральных схемах, например, серии К155.

Ключ 16-импульсного типа может быть выполнен в виде триггера, входы которого служат входами управления, а выход триггера управляет одним из входов логического элемента И.

Управляемый генератор,, 11 может быть выполнен в виде мультивибратора, параллельно конденсатору времязадаю- щей цепи которого подключен ключевой каскад. При подаче импульса на вход управления последнего конденсатор разряжается, и колебания мультивибра- тора срываются. Мультивибратор может быть выполнен, например, на микросхеме интегрального таймера типа КР1106ВИ1.

Генератор 18 импульс ов опорной частоты представляет собой мультивибратор, который также может быть реализован на микросхеме интегрального таймера.

Суммирующий и вычитающий счетчики 19 и, 20 могут быть реализованы на микросхемах серии К155, например, соответственно типов К155ИЕ5 и К155ИЕ7.

Формирователь 21 при поступлении импульса на его первый вход срабатывает и в паузе между импульсами на его втором входе вырабатывает на первом и втором выходах последовательно по одному короткому импульсу. Формирователь 21 может быть построен на базе двух последовательно соединенных одновибраторов, причем первый одновибратор должен быть снабжен цепью управления входом запуска. В микросхемном исполнении формирователь 21 может быть реализован на од- новибраторах с логическим элементом на входе типа К155АГ1.

Конструкция одновибратора 22 должна обеспечивать возможность его повторного запуска. Одновибратор 22 может быть реализован на микросхеме аналогичного назначения типа К155АГЗ

Устройство работает следующим образом.

Пусть двигатель находится в нерабочем состоянии. В этом случае сигнал на выходе датчика 1, на выходе усилителя 2 и, следовательно, на входах пикового детектора 3 и компараторов 6 и 7 отсутствует. Генератор 11 формирует импульсы с частотой следования fг. Импульс, появляющийся на выходе генератора 11, поступает на вход управления ключа 16 и через элемент 12 сборки на вход управления динамического запоминающего элемента 4 При этом ключ 16 блокируется, а эле- мент 4 устанавливается в режим выборки сигнала с выхода детектора 3. По срезу импульса генератора 11 срабатывает формирователь 13, который сбрасывает детектор 3 в исходное нулевое состояние и переводит триггер 8 в нулевое состояние, при котором ключ 10 за.крыт, а ключ 17 открыт. Одновременно по срезу импульса генератора 11 элемент 4 переходит в режим хранения уровня сигнала, установившегося на выходе детектора 3 к моменту его сброса. Уровень сигнала, зафиксированный

на выходе элемента 4, уменьшается в Kg раз с помощью делителя 5 и поступает на один из входов компаратора 6. Поскольку в данном случае сигнал на выходе усилителя 2 отсутствует, то на выходах детектора 3, элемента 4 и делителя 5 на обоих входах компаратора 6 устанавливается нулево потенциал. При этом компаратор 6 по одному из входов смещен так, что независимо от уровня шумов схемы сигна на его выходе имеет нулевой уровень и, следовательно, триггер 8 остается в исходном нулевом состоянии, соответствующем закрытому состоянию ключа 10 и открытому состоянию ключа 17. На обоих входах компаратора 7 потенциалы также равны нулю. Вследствие внутренних шумов схемы и дрейфа смещения компаратора 7 последний может срабатывать и вызывать в свою очередь срабатывание формирователя 9. Однако, поскольку ключ 10 закрыт, сигнал на входах ключа 15 и формирователя 21 отсутствует. Соответственно отсутствуют импульсы на входах управления суммирующего и вычитающего счетчиков 19 и 20. В результате счета импульсов генератора 18 на выходе счетчика 20 формируются импульсы переноса. Однако, поскольку ключ 16 закрыт, импульсы на его выходе и, следовательно, на выходе 24 отсутствуют.

Пусть двигатель работает на заданном скоростном режиме, которому соответствует на выходе датчика 1 частота сигнала . Пусть на выходе датчика 1 появляется импульс положительной полярности, возникающий при прохождении мимо датчика 1 отметки на маховике двигателя. В момент появления импульса на выходе усилителя 2 компараторы 6 и 7 сраба- тывают. При этом на выходе компаратора 6 появляется сигнал, устанавливаю щт1 триггер 8 в единичное состояние, при котором ключ 10 открывается, а ключ 17 блокируется. В некоторый момент времени на выходе детектора 3 фиксируется уровень сигнала , соответствующий амплитудному значению появившегося импульса. В момент прохождения середины отметки мимо датчика 1 сигнал на его выходе переходит через нулевой уровень, что вызывает обратное срабатывание компараторов 6

и 7i По срезу импульса компаратора 7 срабатывает формирователь 9, который формирует короткий импульс, проходящий через открытый ключ 10 на входы ключа 15 и формирователя 21, Одновременно импульс с выхода ключа- 10 поступает на управляющий вход генератора 1 1 , 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 V,, ,с выхода детектора 3. По срезу импульса формирователя 9 срабатывает формирователь 13, устанавливая триггер 8 в исходное нулевое состояние. При ключ 10 блокируется, а ключ 17 открывается. Одновременно импульс с выхода формирователя 13 поступает на управляющий вход детектора 3, устанавливая его в исходное нулевое состояние. На выходе элемента 4 фиксируется уровень V .сигнала, а на входе компаратора 6, подключенном к выходу делителя 5, - пороговый уровень, равный V.,/KQ.

Таким образом, в результате рассмотренного процесса на входе компаратора 6 автоматически устанавливается п.ороговый уровень 5 пропорциопаль ный амплитуде сигнала от 5сткы5 а на. выходе ключа 10 в момент обратнох о срабатывания компаратора 7 формирует ся короткий импульс. Фронт-этого импульса соответствует моменту изменения полярности сигнала отметки, поскольку порог срабатывания компарато ра 7 устанавливается постоянным и равным нулю. При этом ключ 17 блокируется на интергал времени между моментами срабатывания компаратора 6 и появления среза н(- пулъс.а формирователя 9, Длительность импульса формирователя 9 выбрана так, что превьйпа- ет длительность двух периодов следования импульсов генератора 18.

Процесс повторяется, если амплитуда следующего импульса на выходе усилителя 2 превышает пороговый уро-

вень компаратора 6. При этом формиру-до импульс, блокирующий ключ 15. Если

ется новый уровень порога срабатывания этого компаратора. Компаратор 6 не срабатывает и соответственно импульс на выходе ключа 10 не формируется, если амплитуда следующего сиг- ; нала на выходе усилителя 2 меньше порогового уровня. При этом значение порогового уровня не изменяется, триг10

20

30

гер 8 не срабатывает и ключ 17 остается в открытом состоянии.

Таким образом, при работающем двигателе на выходе ключа 10 и, следовательно, на входах ключа 15 и формирователя 21 образуются импульсы частотой f. При появлении очередного импульса этой частоты формирователь 21 срабатывает по фронту этого импульса и в паузе между импульсами генератора 18 формирует на первом и втором выходах последовательно по одному короткому импульсу. Импульс, появляющийся на первом вы- 15 ходе формирователя 21, поступает на вход записи вычитающего счетчика 20. Код, зафиксированный к этому моменту в суммирующем счетчике 19, записывается в счетчик 20. Импульс, появляющийся на втором выходе формирователя 21, поступает на вход сброса счетчика 19 и устанавливает последний в исходное нулевое состояние. Одновременно этот импульс поступает на вход управления ключа 16, и последний разблокируется. Рассмотренный процесс повторяется при появлении

каждого импульса на выходе ключа 10. В результате к моментз появления импульса на первом выходе формирователя 21 в счетчике 19 фиксируется число, пропорциональное периоду следования импульсов частотой f, и это число переписывается в счетчик 20. В паузе импульсов частотой f число в счетчике 20 уменьшается и через интервал времени,равный периоду импульсов частотой f, счетчик 20 обнуляется, и на его выходе переноса формируется импульс, поступающий через разблокированный ключ 16 на вход ключа 17, управляемого сигналом триггера 8,

в момент обнуления счетчика 20 ключ 17 открыт, то импульс с выхода переноса счетчика 20 проходит через элемент 23 на выход 24 устройства и одновременно запускает одновибратор 22. Последний формирует

25

35

40

45

при этом период импульсов запуска меньше длительности.импульса, формируемого одновибратором 22, то последний запускается повторно, сигнал на его выходе остается постоянным и ключ 15 также постоянно заблокирован.

Пусть датчик 1 установлен против маховика, имеющего одну отметку, середина которой соответствует верхней мертвой точке (в.м.т.). Тогда процесс формирования импульса на выходе ключа 10 осуществляется периодически с частотой f прохождения отметок

в.м.т. мимо датчика 1, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Также периодически в момент формирования импульса переноса на выходе счетчика 20 ключ 17 оказывает- О ся заблокированным, одновибратор 22 не срабатывает, и ключ 15 остается в открытом состоянии. Импульс с выхода ключа 10, формируемый в момент прохождения мимо датчика 1 середины 5 отметки в.м.т., проходит через ключ 15 и элемент 23 на выход 24 устройства.

Пусть датчик 1 установлен против маховика, имеющего z угловых отметок,20 а отметка в.м.т. образуется путем пропуска одной угловой отметки. Тогда процесс формирования импульса на выходе ключа 10 осуществляется периовращения коленчатого зала, и им сы угловых меток, образующиеся ходе ключа 10, на выход устройс не проходят. В результате на вы устройства поступают только имп переноса счетчика 20, образующи в моменты прохождения в.м.т.

Аналогично осуществляется пр .формирования импульса в.м.т. на де 24 устройства, если датчик 1 новлен против зубцов маховика, из которых, соответствующий пол нию в.м.т., укорочен по высоте. этом амплитуда двухполярного им са, образующегося при прохожден мимо датчика 1 укороченного зуб меньше порогового уровня на вхо компаратора 6.,В результате ком тор 6 и соответственно триггер срабатывают, ключ 17 оказываетс блокированным, и на выход 24 ус ства проходит импульс переноса чика 20.

дически с частотой f, , кратной z раз 25 фор мула изобретения

35

40

частоте вращения коленчатого вала двигателя, и нарушается при пропуске угловой отметки, соответствующей моменту прохождения в.м.т. Также периодически в моменты появления угловых 30 отметок ключ 17 оказывается по прежнему заблокированным и остается в отг крытом состоянии в момент прохожде- )ния в.м.т. Импульс, образующийся в этот момент на выходе переноса счетчика 20, проходит через разблокированные ключи 16 и 17 и элемент 23 на выход 24 устройства и одновременно запускает одновибратор 22. Импульс, образующийся на выходе последнего, блокирует ключ 15. Запуск одновибратора 22 осуществляется периодически с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Постоянная времлзадающей цепи одновибратора 22 выбрана так, что длительность формируемого им импульса превьшает максимальное значение периода следования импульсов запуска в рабочем диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя. В результате одновибратор 22 всякий раз запускается повторно до окончания процесса формирования выходного импульса , и сигнал на выходе одновибра-55 тора остается постоянным.- Соответственно ключ 15 заблокирован постоянно при любом значении рабочей частоты

45

50

Устройство для определения в ней мертвой точки двигателя вну него сгорания по авт. св. № 739 отличающееся тем, чт с целью расширения области приме устройства, в него введены второ третий и четвертый ключи, генера импульсов опорной частоты, сумми щий и вычитающий счетчики, форми ватель управляющих сигналов, одн вибратор и второй элемент сборки причем вход второго ключа соедин с выходом первого ключа и первым дом формирователя управляющих си лов, второй вход которого соедин с выходом генератора импульсов опо частоты и счетными входами сумми рующего и вычитающего счетчиков первый выход - с входом управлен вычитающего счетчика, кодовый вх которого соединен с кодовым выхо суммирующего счетчика, второй вы с входом управления суммирующего счетчика и первым входом управле третьего ключа, вход которого со нен с выходом вычитающего счетчи второй вход управления - с выход управляемого генератора импульсо а выход - с входом четвертого кл 1в ход управления которого соедине с вторым выходом триггера, а вых соединен через одновибратор с вх

888

вращения коленчатого зала, и импульсы угловых меток, образующиеся на выходе ключа 10, на выход устройства не проходят. В результате на выход 24 устройства поступают только импульсы переноса счетчика 20, образующиеся в моменты прохождения в.м.т.

Аналогично осуществляется процесс .формирования импульса в.м.т. на выхо- де 24 устройства, если датчик 1 установлен против зубцов маховика, один из которых, соответствующий положению в.м.т., укорочен по высоте. При этом амплитуда двухполярного импульса, образующегося при прохождении мимо датчика 1 укороченного зубца, меньше порогового уровня на входе компаратора 6.,В результате компаратор 6 и соответственно триггер 8 не срабатывают, ключ 17 оказывается разблокированным, и на выход 24 устройства проходит импульс переноса счетчика 20.

5

0

0 5

5

0

Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания по авт. св. № 739979, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены второй, третий и четвертый ключи, генератор импульсов опорной частоты, суммирующий и вычитающий счетчики, формирователь управляющих сигналов, одно- вибратор и второй элемент сборки, причем вход второго ключа соединен с выходом первого ключа и первым входом формирователя управляющих сигналов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты и счетными входами суммирующего и вычитающего счетчиков, первый выход - с входом управления вычитающего счетчика, кодовый вход которого соединен с кодовым выходом суммирующего счетчика, второй выход с входом управления суммирующего счетчика и первым входом управления третьего ключа, вход которого соединен с выходом вычитающего счетчика, второй вход управления - с выходом управляемого генератора импульсов, а выход - с входом четвертого ключа, 1в ход управления которого соединен с вторым выходом триггера, а выход соединен через одновибратор с входом

91255888

управления второго ключа и непосред- элемента сборки, второй,вход которого соединен с выходом второго ключа

ственно - с первым входом второго

Редактор В.Данко

Составитель Н,Патрахалыдев Техред Н.Верес

Заказ 4813/41 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

элемента сборки, второй,вход которого соединен с выходом второго ключа

Корректор М.Демчик

Изобретение относится к средствам для диагностирования и испытания двигателей внутреннего сгорания и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 739979. Целью изобретения является расширение области применения устройства. Индукционный датчик через усилитель подключен к одному из входов первого компаратора и к входу пикового детектора. С другим входом первого компаратора связан выход делителя напряжения С выходом первого компаратора соединен один из входов триггера, другой вход - с выходом первого формирователя импульсов, а первый выход - с входом управления первого ключа. Между выходом пикового детектора и входом делителя напряжения включен динамический запоминающий элемент. Один из входов первого элемента сборки соединен с выходом управляемого генератора импульсов, управляющий вход которого подключен к выходу первого ключа и к другому входу первого элемента сборки, выход которого непосредственно соединен с входом управления динамического запоминающего элемента и через первый формирователь импульсов - с входом управления пикового детектора. Выход усилителя подключен дополнительно к одному из входов второго компаратора, на другой вход которого подан нулевой потенциал, а выход - через второй формирователь импульсов подсоединен к входу первого ключа. При прохождении мимо индукционного датчика метки, расположенной на маховике двигателя и соответствующей верхней мертвой точке (ВМТ) одного из поршней двигателя, в датчике генерируется двухполярный сигнал синусоидальной формы. Устройство формирует отметку ВМТ в момент перехода сигнала из одной полярности в другую через нулевой потенциал. Введение в устройство второго, третьего и четвертого ключей, генератора импульсов опорной частоты, суммирующего и вычитающего счетчиков, формирователя управляющих сигналов, одновибратора, второго элемента сборки позволяет формировать импульсы отметок ВМТ как при прохождении мимо индукционного датчика одной отметки за оборот коленчатого вала, так и отметки ВМТ, образованной пропуском или укорочением одной из большого числа угловых отметок, т.е. расширить область применения устройства. 1 ил. с S Ш РО