Устройство для измерения угла опережения впрыска топлива Советский патент 1986 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к диагностированию двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для измерений угла опережения подачи топлива дизелей.

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей устройства и снижение трудоемкости процесса измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы четырехтактного двигателя; на фиг. 3 - то же, двухтактного двигателя.

Устройство содержит датчик 1 впрыска топлива, датчик 2 верхней мертвой точки, подключенные ко входам соответственно первого формирователя 3 и второго формирова- теля 4 прямоугольных импульсов. Выход первого формирователя 3 прямоугольных импульсов соединен со входом одновибратора 5, вторым входом схемы ИЛИ 6, единичным входом первого триггера 7. Устройство содержит вычислительно-логический блок 8, третью дополнительную схему И 9.

Выход одновибратора 5 подключен к первому входу схемы ИЛИ 6, выход схемы ИЛ1 -6 соединен с первым входом первой дополнительной схемы И 10, второй вход схемы И 10 подключен к выходу второго формирователя 4 прямоугольных импульсов, нулевому входу первого триггера 7 и второму входу второй дополнительной схемы И 11, третий вход схемы И 10 соединен с инверсным выходом первого дополнительного триггера 12, а выход схемы И 10 подключен к единичному входу первого дополнительному триггера 12. Нулевые входы первого 12 и второго 13 дополнительных триггеров соединены между собой и со вторым контактом кнопки 14, первый контакт которой подключен к источнику питания (к положительной, нулевой или отрицательной его шине в, зависимости от используемой элементной базы). Прямой выход первого дополнительного триггера 12 соединен с первым входом второй дополнительной схе- мы И 11, а выход схемы И 11 подключен к счетному входу второго дополнительного триггера 13. Инверсный выход триггера 13 соединен со вторым входом третьей дополнительной схемы И 9, прямой выход триггера 13 подключен к нулевому входу тре- тьего дополнительного триггера 15. Первый вход четвертой дополнительной схемы И 16 соединен с выходом третьей дополнительной схемы И 9, второй вход схемы И 16 подключен к прямому выходу первого триггера 7, а выход схемы И 16 соединен с единич- ным входом третьего дополнительного триггера 15 и третьим входом вычислительно- логического блока 8. Прямой выход триггера 15 подключен к первому входу блока 8. Второй вход блока 8 подключен к генератору 17 прямоугольных импульсов, а выход - к блоку 18 индикации. Датчик 1 впрыска топлива вырабатывает электрический импульсный сигнал в течение всего времени

подачи топлива в цилиндр, а датчик 2 верхней мертвой точки вырабатывает электрический импульс при нахождении поршня в ВМТ. Первый формирователь 3 вырабатывает единичный прямоугольный импульс, длительность которого совпадает с длительностью импульса датчика 1 впрыска. Второй формирователь 4 вырабатывает прямоугольный импульс единичной амплитуды, длительность которого равна длительности импульса датчика 2. Одновибратор 5 вырабатывает единичный прямоугольный им-- пульс, передний фронт которого совпал нет с моментом окончания впрыска топлива, а задний фронт формируется после захода поршня в ВМТ. Схе.ма ИЛИ 6 суммирует импульсы формирователя 3 и одновибратора 5, в результате чего на ее выходе действуют импульсы, передний фронт которых соответствует началу впрыска топлива, а задний имеет место после захода поршня в ВМТ. Триггеры 7, 12 и 15 сбрасываются в нулевое состояние при появлении на их нулевых входах единичного сигнала и переходят в единичное состояние при появлении единичного сигнала на их единичных входах. Триггер 13 сбрасывается при появлении на его нулевом, входе единичного сигнала, а затем переходит из нулевого состояния в единичное и наоборот при появлении единичного импульса на его счетном входе. Схемы 9-11 и 16 на выходе вырабатывают единичный сигнал только в том случае, когда на всех их входах присутствуют одновременно единичные сигналы. Генератор 17 вырабатывает прямоугольные импульсы, частота следования которых значительно выше частоты вращения вала. Блок 18 индикации индицирует в цифровом виде измеренное значение угла опережения в десятичной системе счисления. Вычислительно-логический блок 8 обеспечивает вычисление угла опережения впрыска в течение циклов работы д.изеля.

Вычислительно-логический блок 8 выполнен на микросхемах серий К580- и К155, датчики 1 и 2 представляют собой, например, индуктивные датчики с усилителями на микросхемах серии К140, кнопка 14 - типа КМ-2, блок индикации реализован на микросхемах серии К155 и индикаторных лампочках, например ИН14, а все остальные элементы устройства выполнены на микросхемах серии К155.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим вначале случай измерения угла опережения впрыска четырехтактного двигателя.

При впрыске топлива датчик 1 вырабатывает импульс 11 (фиг. 2), который с помощью формирователя 3 преобразуется в прямоугольный импульс такой же длительности и единичной амплитуды (например, амплитуда равна уровню логической еди ницы).

Ti.: окончании последнего одновибратор :. вырабатывает прямоугольный импульс Ь з единичной амплитуды, длительность которого вырабатывается такой, чтобы он оканчивался после момента захода поршня в ВМТ Благодаря этому схема HJiH 6 вырабатывает прямоугольный единичный импульс Ufb, который начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается после захода поршня в ВМТ. Датчик 2 вырабатывает импульс при нахождении поршня в верхней мертвой точке, а формирователь 4 преобразует этот импульс в прямоугольный, который поступает на нулевой вход первого триггера 7 и вторые входы первой И 10 и второй И 11 дополнительных схем сов- падения. Выходные импульсы первого формирователя 3 поступают также на первый вход третьей дополнительной схемы И 9 и единичный вход первого триггера 7. Последний переходит в единичное состояние под действием переднего фронта указанных им- пульсов и сбрасывается в нулевое состояние под действием переднего фронта импульсов 4.

Поскольку рассматривается случай диагностирования четырехтактного двигателя, в котором поршень заходит в ВМТ в каж- дом обороте вала, а впрыск производится один раз в два оборота вала, то на единичный вход триггера 7 импульсы поступают вдвое меньшей частоты, чем на его нулевой вход. В связи с этим указанный триггер взводится в единичное состояние и сбрасывается в «О только в тех оборотах вала, где имеет место впрыск топлива. Во всех остальных оборотах выра- батываюшийся в момент захода поршня в ВМТ сигнал лишь подтверждает нулевое состояние первого триггера 7 (эпюру f/y на фиг. 2).

Процесс измерений начинается с нажатия кнопки 14 (на фиг. 2 этому соответствует момент |), в результате чего первый 12 и второй 13 дополните.тьные триггеры сбрасы- ваются в «О, а на третьем входе первой дополнительной схемЬ И 10 и втором входе третьей дополнительной схемы И 9 устанавливаются единичные сигналы. Благодаря последнему выходной импульс формирователя 3 с первого входа третьей дополнительной схемы И 9 проходит на ее выход и первый вход четвертой дополнительной схемы И 16. Поскольку первый триггер 7 переходит в единичное состояние при действии переднего фронта импульса (Уз, то на входах схемы И 16 единичные сигналы появляются одновременно, она открывается и устанавливается в «1 третий дополнительный триггер 15 в момент начала впрыска топлива (см. эпюру на фиг. 2). В момент окончания впрыска топлива, т. е. во время деист- ВИЯ заднего фронта импульса Уз, третья и четвертая схемы И 9 и И 16 закрываются, единичный сигнал на их выходах исчезает, но третий дополнительный триггер 15 остается в единичном состоянии. Благодаря сбросу первого дополнительного триггера 12 и установлению единичного сигнала на третьем входе схемы И 10 после нажатия кнопки 14 эта схема открывается при одновременном действии на ее первом и втором входах единичных сигналов V и i/e, в результате чего на выходе этой схемы появляется единичный сигнал в момент действия переднего фронта импульса формирователя 4 (на фиг. 2 это момент /2). Появившийся импульс на выходе схемы И 10 устанавливает триггер 12 в единичное состояние, вследствие чего первая дополнительная схема И 10 закрывается нулевым налом с инверсного выхода этого триггера и остается в таком состоянии до следуюш,его нажатия кнопкн 14. При этом первый дополнительный триггер 12 сохраняет единичное состояние также до тех пор, пока не происходит следуюшее нажатие этой кнопки, а на первом входе второй дополнительной схемы И 11 в течение всего этого времени (от момента /2 до следующего нажатия кнопки) присутствует единичный сигнал, разрешающий прохождение на ее выход импульсов второго формирователя 4. В результате этого импульс формирователя 4, следующий после импульса формирователя 3, пе,- реводит сброшенный ранее с помощью кнопки 14 триггер 13 в единичное состояние, который, в свою очередь, сбрасывает единичным сигналом третий дополнительный триггер 15 и запирает третью и четвертую дополнительные схемы И 9 и И 16, выходной импульс который окончился несколько раньше - в момент действия заднего фронта импульсов первого формирователя 3.

С приходом следующего импульса ВМТ (второго по порядку на фиг. 2) второй фор- .мирователь 4 вырабатывает прямоугольный импульс, который, пройдя через вторую дополнительную схему И 11, сбрасывает в нулевое состояние второй дополнительный триггер 13, в результате чего на второй вход третьей дополнительной схемы И 9 подается единичный сигнал с инверсного выхода триггера 13 и она подготавливается для передачи следующего импульса впрыска. Вырабатываемый с помощью первого формирователя 3 в период топливоподачи импульс проходит через открытую схему И 9 на вход схемы И 16, устанавливает первый триггер 7 в единичное состояние и проходит через схему ИЛИ 6 на первый вход первой дополнительной схемы И 10, которая закрыта нулевым сигналом с инверсного выхода первого дополнительного триггера 12. Поскольку первый триггер 7 взведен в «1, импульс с первого входа схемы И 16 проходит на ее выход и на единичный вход третьего дополнительного триггера 15, переводя его в единичное состояние. При окончании импуяь- са формирователя 3 на входах схем И 9,

И 16, втором входе схемы ИЛИ 6 и входе одновлбратора 5 сигнал исчезает. Последнее приводит к появлению импульса на выходе этого одновибратора, который через схему ИЛИ 6 проходит на первый вход первой дополнительной схемы И 10, которая в это время закрыта нулевым сигналом на третьем входе и не пропускает этот нмпульс на остальные элементы устройства.

Таким путем происходит формирование второго импульса на выходах схем И 9 и И 16 и выходной импульс последней поступает на третий вход вычислительно- логического блока 8.

При следующем заходе поршня в верхнюю мертвую точку вырабатывается импульс и4, сбрасывающий первый триггер 7 в нуле- вое состояние и проходящий через открытую схему И 11 на счетный вход второго дополнительного триггера 13. В результате этого прохождение сигнала через схему И 16 запрещается, а триггер 13 возводится в «1, запирая третью дополнительную схему И 9 и сбрасывая третий дополнительный триггер 15 в нулевое состояние. Последнее приводит к окончанию выходного импульса триггера 15.

При заходе поршня в ВМТ в следующем обороте вала (четвертый на фиг. 2 импульс (/4) нулевое состояние первого триггера 7 подтверждается, а второй дополнительный триггер 13 сбрасывается в «О и далее работа происходит аналогично тому, как это имело место после второго импульса ВМТ.

Выходной импульсный сигнал третьего дополнительного триггера 15 начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается в момент захода поршня в верхнюю мертвую точку и частота следования импульсов равна частоте впрыска топлива.

При работе устройства выходные импульсы третьего дополнительного триггера 15 поступают на первый вход вычислительно- логического блока 8, выходные импульсы четвертой дополнительной схемы И 16 по- ступают на третий вход этого блока, а высокочастотные импульсы генератора 17 поступают на второй вход блока 8. Указанный блок формирует цифровой эквивалент /V(p угла опережения ф впрыска топлива путем заполнения импульсов им- пульсами генератора 17 (длительность этих импульсов представляет собой время опережения впрыска), цифровой эквивалент Л „ угла поворота вала на 720° п в. п циклах впрыска топлива (поскольку каждому углу 720° поворота вала соответствует один цикл подачи топлива) путем заполнения импульсами той же частоты периода следования импульсов (7|б (этот период соответствует углу поворота вала 720°) и выполняет вычисление искомого угла так же, как и прототип согласно формуле

фЖ . 720°.

пь

Вычисленное значение угла опережения впрыска топлива высвечивается на цифровом табло блока 18 индикации в десятичной системе счисления. После снятия показаний с табло нажимают кнопку 14, после чего происходит новый цикл измерений.

При диагностировании четырехтактного двигателя предлагаемое устройство работает так же, как и прототип.

Рассмотрим работу устройства при измерении угла опережения впрыска двухтактного двигателя (временные диаграммы приведены на фиг. 3).

Во время подачи топлива датчик 1 впрыска топлива вырабатывает импульсный электрический сигнал, который с помощью формирователя 3 преобразуется в прямоугольные импульсы, поступающие на вход одно- вибратора 5, второй вход схемы ИЛИ 6, единичный вход первого триггера 7 и первый вход третьей дополнительной схемы И 9. При заходе порщня в ВМТ датчик 2 вырабатывает импульсы, которые преобразуются с помощью формирователя 4 в прямоугольные импульсы и затем поступают на нулевой вход первого триггера 7, на вторые входы схем И 10 и И 11.

Цикл измерений начинается в момент t (на фиг. 3) после нажатия кнопки 14, после которого происходит сброс первого и второго дополнительных триггеров 12 и 13. Благодаря сбросу триггера 12 на третьем входе первой дополнительной схемы И 10 устанавливается единичный сигнал и она подготавливается для передачи импульса на выход. После окончания импульса первого формирователя 3 одновибратор 5 вырабать - вает импульс, поступающий на первый вход схемы ИЛИ 6, в результате чего выходной импульс схемы начинается в момент начала впрыска и заканчивается в момент окончания импульса одновибратора. Поскольку последний заканчивается позже, чем поршень заходит в ВМТ, то импульс формирователя 4 действует на втором входе схемы И 10 тогда, когда на ее первом входе присутствует единичный сигнал схемы ИЛИ, и проходит через схему И 10 на единичный вход первого дополнительного триггера 12. Последний переходит в единичное состояние, подает единичный сигнал на первый вход второй дополнительной схемы И 11 и закрывает нулевым сигналом инверсного выхода первую дополнительную схему И 10. Эта схема остается закрытой в течение всего цикла измерений до следующего нажатия кнопки 14, а вторая дополнительная схема И 11 в течение всего этого цикла пропускает импульсы второго формирователя 4 на счетный вход триггера 13 в каждом обороте вала. Следовательно, на единичный и нулевой входы этого триггера в каждом обороте вала подаются импульсы соответственно от формирователей

3 и 4, в результате чего триггер в каждом обороте вала вырабатывает единичный импульс, причем этот импульс начинается 3 момент начала впрыска топлива и заканчивается в момент захода поршня в верхнюю мертвую точку.

Первый по счету на фиг. 3 импульс 74, передний фронт которого соответствует моменту /2, устанавливает зторой дополнительный триггер 13 в единичное состояние. Последний сбрасывает в «О третий дополнительный триггер 15 и запрещает прохождение импульсов через третью дополнительную схему И 9, подавая на ее второй вход нулевой сигнал с инверсного выхода. Сформированный первым формирователем 3 импульс, соответствующий импульсу топливо подачи, в паузе между первым и вторым импульсами ВМТ не проходит через закрытую систему И 9 на остальные элементы устройства, в том числе на вычислительно- логический блок 8. Второй по порядку (фиг. 3) импульс формирователя 4, пройдя через открытую схему И 11 на счетный триггер 13, сбрасывает его в нулевое состояние, в результате чего на нулевом входе третьего дополнительного триггера 15 единичный сигнал исчезает, а на втором входе третьей дополнительной схемы И 9 устанавливается единичный сигнал. Формирующийся после этого (в период топливопо- дачи) третий (по порядку на фиг. 3) импульс Uz переводит первый триггер 7 в единичное состояние и проходит через схему И 9, а открытую единичным сигналом этого триггера схему И 16 - на единичный вход третьего дополнительного триггера 15, переводя его в единичное состояние. Таким образом, в момент начала впрыска топлива в третьем цикле топливоподачи на выходах схем И 9, И 16 н триггера 15 появляется единичный сигнал. При окончании импульса первого формирователя 3 сигналы на выходах третьей И 9 и четвертой И 16 схем совпадения и единичном входе указанного триггера прекращаются. Кроме того, действие заднего фронта импульса Uj на входе одновибратора 5 приводит к формированию импульса (/5, который проходит через схему ИЛИ 6 на первый вход первой дополнительной схемы И 10, но никакого действия на элементы устройства не оказывает, поскольку схема И 10 закрыта.

Спустя неко.торое время после окончания впрыска поршень заходит в верхнюю мертвую точку и вырабатывается третий импульс второго формирователя 4 (фиг. 3), который сбрасывает триггер 7 и взводит второй дополнительный триггер 13. В результате этого на втором входе четвертой дополнительной схемы И 16 устанавливается нулевой сигнал, а на нулевой вход третьего дополнительного триггера 15 подается единичный сигнал. Под действием последнего указанный триггер сбрасывается и еди5

ничный и.мпульс на его выходе заканчивается.

В следующем обороте вала формирователь 3 вырабатывает четвертый (на эпюре 5 фиг. 3) импульс, который переводит первый триггер 7 в единичное состояние, поступает на первый вход третьей дополнительной схемы И 9, возбуждает одновибратср 5 н проходит через схе.му ИЛИ 6 на вход первой дополнительной схемы И 10. Однако

схема И 9 закрыта нулевым сигналом с инверсного выхода первого дополнительного триггера 12 и указанный импульс (Уз через эти схемы не проходит и не воздействует на остальные элементы устройства. В свя5 зи с этим в указанном обороте вала третий дополнительный триггер 15 импульса не вырабатывает.

Далее происходит очередной импульс ВМТ и устройство работает аналогично изложенному. Таким образом, предлагаемое

0 устройство при диагностировании двухтактного двигателя вырабатывает импульсы (/15 и (/16, частота следования которых равна половине частоты импульсов впрыска топлива или половине частоты импульсов верхней мертвой точки. При измерении угла опережения впрыска четырехтактного двигателя частота импульсов L ls и U(, также равна половине частоты следования импульсов верхней мертвой точки. Это означает, что в предлагаемом устройстве параметры

д сигналов, поступающих на входы вычис.ли- тельно-логического блока 8 и по которым этот блок производит вычисление искомого угла, не зависят от тактности двигателя, а только от частоты вращения и измеряемого угла опережения. При этом длительность импульса третьего дополнительного триггера 15, представляющая собой время опережения впрыска, прео разуегся в блоке 8 в цифровой эквивалент угла опережения впрыска путем заполнения этого времени импульсами генератора 17. Период

0 следования импульсов U(, (за который вал двигателя поворачивается на угол 720°) путем заполнения его импульсами генератора 17 преобразуется в вычислительно- логическом блоке 8 в цифровой эквивалент угла 720°/г.

Далее этот блок осуществляет вычисление угла опережения впрыска.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает измерение угла опережения впрыска топлива четырехтактных и двухQ тактных двигателей внутреннего сгорания, т. е. по сравнению с известным (которое без изменения алгоритма вычисления позволяет диагностировать только четырехтактные двигатели) обладает более щирокими функциональными возможностями. При этом

5 для перехода от диагностирования двигателей одной тактности к двигателям другой тактности изменение алгоритма работы предлагаемого устройства не требуется, благо5

даря чему понижается трудоемкость процесса измерений по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла опережения впрыска топлива, содержащее датчики впрыска и верхней мертвой точки с первым и вторым формирователями импульсов, первый триггер, блок индикации, генератор прямоугольных импульсов и вычислительно- логический блок, выполненный в виде связанных между собой первой и второй схем И, первого и второго регистров, блока вычисления угла опережения, схемы управле- ., ния и переключателя, причем единичный вход триггера подключен к выходу первого формирователя импульсов, а нулевой вход - к выходу второго формирователя импульсов, первый вход вычислительно-логи5 триггеров, вход одновибратора соединен с первым входом третьей дополнительной схемы И, вторым входом схемы ИЛИ и выходом первого формирователя импульсов, выход одновибратора подключен к первому входу схемы ИЛИ, выход которой соединен с

0 первым входом первой дополнительной схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго формирователя импульсов и втпоому входу второй дополнительной схемы И, выход первой дополнительной схемы И подключен к единичному входу первого дополнительного триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второй дополнительной схемы И, а инверсный - с третьим входом первой дополнительной схемы И, выход второй дополнительной схемы И

ческого блока объединен с первым входом 20 подключен к счетному входу второго до25

первой схемы И, второй вход вычислительно-логического блока, объединенный с вторыми входами первой и второй схем И, подключен к генератору прямоугольных импульсов, третий вход вычислительно-логического блока объединен с входом схемы управления, а выход вычислительно-логического блока объединен с выходом блока вычисления угла опережения и соединен с блоком индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возмож- ,- ностей и снижения трудоемкости процесса измерений, в него введены одновибратор, схема ИЛИ, первая, вторая, третья и четвертая дополнительные схемы И, первый, г г г

полнительного триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с нулевым входом третьего дополнительного триггера и вторым входом третьей дополнительной схемы И, выход которой соединен с первым входом четвертой дополнительной схемы И, второй вход которой подключен к прямому выходу первого триггера, выход четвертой дополнительной схемы И соединен с единичным входом третьего дополнительного триггера и третьим входом вычислительно-логического блока, а выход третьего дополнительного триггера соединен с первым входом вычислительно-логического блока.

г г г г

л.

й/

JZL

П П ПDИ

ГЦ

й

; и.

tz I

П П П П

л

I-I г-I г

JZL

Фиг.2

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Н. ГорватТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 5217/38Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

,

рой и третий дополнительные триггеры и кнопка, первый контакт которой соединен с источником питания, а второй - с нулевыми входами первого и второго дополнительных

триггеров, вход одновибратора соединен с первым входом третьей дополнительной схемы И, вторым входом схемы ИЛИ и выходом первого формирователя импульсов, выход одновибратора подключен к первому входу схемы ИЛИ, выход которой соединен с

первым входом первой дополнительной схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго формирователя импульсов и втпоому входу второй дополнительной схемы И, выход первой дополнительной схемы И подключен к единичному входу первого дополнительного триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второй дополнительной схемы И, а инверсный - с третьим входом первой дополнительной схемы И, выход второй дополнительной схемы И

-

полнительного триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с нулевым входом третьего дополнительного триггера и вторым входом третьей дополнительной схемы И, выход которой соединен с первым входом четвертой дополнительной схемы И, второй вход которой подключен к прямому выходу первого триггера, выход четвертой дополнительной схемы И соединен с единичным входом третьего дополнительного триггера и третьим входом вычислительно-логического блока, а выход третьего дополнительного триггера соединен с первым входом вычислительно-логического блока.

г г г г

П П П

л.

П

л

П

tz

л.

лП

П

EZL

С

гп

г

г

fpui.J

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к диагностике двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства путем измерения углов как у четырехтактных, так и у двухтактных двигателей, при этом не требуется изменения алгоритма процесса диагностирования, что снижает трудоемкость процесса. Указанное достигается введением одновибра тора, схемы ИЛИ, дополнительных схем И, триггеров и кнопки. При диагностировании двухтактного двигателя вырабатываются импульсы, частота следования которых равна половине импульсов впрыска. В устройстве сигналы на входе вычислительно-логического блока 8 не зависят от тактности. Блок 8 вычисляет искомый угол. Длительность времени импульса дополнительного триггера 15 представляет собой время опережения впрыска путем заполнения этого времени импульсами генератора 17. 3 ил. i (Л 1чЭ О5 о 00