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

iCD fOO

loo

4 и 5, первый триггер 6, формирующий каскад 7, элемент 8 сборки и генератор 9 импульсов. Кроме того, оно содержит второй усилитель 11, третий и четвертый компараторы 12 и 13, второй триггер 14, фильтр 15 нижних частот, и пороговый элемент 16. При неработающем двигателе импульсы сигнала на выходе датчика 1 усилителя 2, а следовательно, и на входе источника 3, первых входах компараторов 12 и 13 и вторых входах компараторов 4 и 5 отсутствуют. Дальней шая работа схемы приводит к тому, что импульсы сигнала на выходе 17 устройства отсутствуют. После запуска двигателя и выхода его скоростного режима на рабочий диапазон частот на его выходе появляются двухполярные импульсы сигнала с частотой „,, датчик I устанавливается против верхней мертвой точки. Метка может быть выполнена либо в виде штифта, либо в виде отверстия в маховике двигателя. Схема устройства срабатывает таким образом, что в обоих

случаях выполнения меток на выход усилителя 11 всегда первой поступает положительная полуволна импульса. Дальнейшая работа схемы приводит к тому, что на выходе 17 устройства появляется импульс, фронт которого совпадает с моментом перехода через нуль двухполярного сигнала датчика 1. С появлением импульсов на выходе 17 устройства прекращается работа генератора 9. Источник 3 фиксирует максимальное значение входного сигнала по каждому импульсу с выхода формирующего каскада 7, поступающему на его вход управления через элемент 8 сборки и обновляет значение опорного сигнала на своем выходе в соответствии с максимальным значением каждого предыдущего импульса входного сигнала. В результате устройство приходит в установившееся состояние, которое не нарушается при изменении скоростного режима двигателя в пределах рабочего диапазона частот датчика . 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания. Оно рас ряет область применения устройства, которое содержит индукционный датчик 1, первый усилитель 2, источник 3 опорного напряжения, первый и второй компараторы

1

Устройство 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 приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит индукционный датчик 1, первый усилитель 2, источник 3 опорного напряжения, первый и второй компараторы 4 и 5, первый триггер 6, формируюш,ий каскад 7, элемент 8 сборки и генератор 9 импульсов. Выход датчика 1 подключен через последовательно соединенные первый усилитель 2 и источник 3 опорного напряжения к первому входу первого компаратора 4, выход которого соединен с первым входом первого триггера 6. Выход последнего соединен с входом управления формирующего каскада 7, вход которого соединен с выходом второго компаратора 5, а выход - с вторым входом первого триггера 6, входом управления генератора 9 и первым входом элемента 8 сборки. Второй вход элемента 8 сборки соединен с выходом генератора 9, а выход - с входом управления источника 3. На первый вход 10 компаратора 5 подключен нулевой потенциал.

В устройство введены усилитель 11, третий и четвертый компараторы 12 и 13, второй триггер 14, фильтр 15 нижних частот и пороговый элемент 16. Выход первого усилителя 2 связан с вторыми входами компараторов 4 и 5 через усилитель 1 и непосредственно с первыми входами третьего и четвертого компараторов 12 и 13, вторые входы которых соединены с выходом источника 3 опорного напряжения, а выходы - с соответствующими входами второго триггера 14. Выход Последнего связан через последовательно соединенные фильтр 15 нижних частот и пороговый элемент 16 с входом управления усилителя 11. Индексом 17 обозначен выход устройства.

Источник 3 опорного напряжения содержит последовательно соединенные пиковый детектор 18, динамический запоминающий элемент 19, делитель 20 напряжения. Вход

управления пикового детектора 18 подключен к управляющему входу источника 3 через формирователь 21 импульсов, а вход управления динамического запоминающего элемента 19 - непосредственно. Вход пикового детектора 18 служит входом источника 3, а

0 выход делителя 20 - его выходом.

Индукционный датчик 1 при прохождении мимо него метки в виде металлического щтифта или отверстия на маховике двигателя вырабатывает двухполярный сигнал, момент перехода через нулевой уровень в котором соответствует середине метки. Конструкция подобных датчиков общеизвестна.

Усилитель 2 выполняет функции буферного каскада и может быть реализован на 0 операционном усилителе с отрицательной

обратной связью, например на микросхеме типа К14ОУД6.

Источник 3 опорного напряжения автоматически вырабатывает постоянное напряжение, уровень которого равен Um/Kg, где Urn - максимальное значение сигнала; Кг - коэффициент деления делителя 20 напряжения.

Обычно уровень напряжения на выходе источника 3 выбирают равным 60-70% от значения Um- Источник 3 обновляет уровень выходного напряжения при поступлении на его управляющий вход каждого сигнала от метки верхней мертвой точки.

Компараторы первый - четвертый 4, 5, 12 и 13 представляют собой обычные однопороговые устройства детектирования уровня, напряжение на выходе которых устанавливается на уровнях логического «О или логической «1 в зависимости от того, превышает или нет входное напряжение величину опорного. Компаратор 13 отличается от остальных тем, что напряжение его порога срабатывания имеет знак, противоположный знаку опорного напряжения. Схемы однопороговых компараторов широко известны и могут быть выполнены как на операционных усилителях, так и с применением интегральных компараторов, например, типа К554САЗ. Первый и второй триггеры 6 и 14 могут быть реализованы, например, на микросхемах типа К155ТМ2.

Формирующий каскад 7 по фронту импульса на входе вырабатывает короткий импульс на выходе, если на его управляющем входе установлен разрешающий уровень логического сигнала, и не вырабатывает импульс, если на управляющем входе установлен противоположный логический сигнал. Формирующий каскад может быть выполнен, например, на микросхеме К155АГ1 с использованием одного из ее информационных входов в качестве управляющего входа.

Элемент 8 сборки выполняет функцию логического ИЛИ и может быть реализован, например, на одном из логических элементов микросхемы К155ЛЛ1.

Генератор 9 импульсов вырабатывает последовательность импульсов с собственной частотой fr, которая меньше нижнего значения FH рабочего диапазона частот датчика 1. Импульс, поступающий на управляющий вход генератора 9, воздействует на его времязадающую цепочку так, что «срывает колебания генератора 9. Например, при выполнении последнего на базе интегрального таймера «Срыв колебаний может быть организован путем разряда конденсатора времязадающей RC-епи на землю через ключ, выполненный, например, на транзисторе, в течение длительности импульса на управляюш,ем входе. В результате импульсы на выходе генератора 9 не формируются, если частота появления импульсов на управляющем входе выше собственной частоты fr следования импульсов генератора.

В схеме генератора может быть использован, например, интегральный таймер типа КР1006ВИ1.

Усилитель 11 имеет разные знаки коэффициента усиления в зависимости от уровня логического сигнала на его входе упрзвления. При наличии на входе управления уровня логического «О на выход усилителя

поступает сигнал той же полярности, что и входной сигнал, а при уровне логической «I - сигнал обратной полярности.

Фильтр 15 нижних частот вырабатывает на своем выходе напряжение, уровень которого обратно пропорционален скважности импульсов, поступающих на его вход. Пороговый элемент 16 срабатывает и формирует сигнал логической «1 при наличии на его входе напряжения высокого уровня. В качестве порогового элемента 16 может

0 быть использован триггер Шмитта типа К155ТЛ1.

Делитель напряжения 20 может быть выполнен на резисторах.

Формирователь 21 импульса срабатывает по срезу импульса на входе и формирует на

выходе импульс длительности, достаточной для обнуления пикового детектора 18. Формирователь 21 может быть выполнен, например, на микросхеме типа К155АГ1.

Устройство работает следующим образом. При неработающем двигателе импульсы

сигнала на выходе датчика 1, усилителя 2, а следовательно, и на входе источника 3, первых входах компараторов 12 и 13 и вторых входах компараторов 4 и 5 отсутствуют. Генератор 9 формирует импульсы с некоторой частотой fr. Импульсы с выхода генератора 9 проходят через элемент 8 сборки на вход управления источника 3. Каждый последующий импульс устанавливает на выходе источника значение напряжения в к, раз меньше максимального значения сигнала на

0 входе за истекший период импульсов на входе управления.

Поскольку на входе источника 3 напряжение сигнала постоянно и близко к нулю, на его выходе, а следовательно, на первом входе компаратора 4 и вторых входах ком5 параторов 12 и 13 устанавливается близкий к нулю потенциал. При этом компараторы 4, 12 и 13 по одному из входов смещены так, что независимо от уровня шумов схемы срабатывания компараторов не происходит. В результате триггер 14 может находиться в любом из его состояний, а триггер 6 устанавливается и остается в исходном состоянии, а формирующий каскад 7 блокируется сигналом логического «О на его управляющем входе. Таким образом, импульсь:

5 сигнала на выходе 17 устройства отсутствуют.

После запуска двигателя и выхода его

скоростного режима на рабочий диапазон

частот датчика 1 на выходе последнего появляются двухполярные импульсы сигнала с частотой . Пусть источник 3 фиксирует амплитуду положительной полуволны импульса. В некоторый момент времени источник 3 фиксирует максимальное значение Um, появившегося сигнала на интервале времени, равном периоду импульсов генератора 9, и устанавливает на своем выходе уровень Umi/kg, который поступает на опорные входы компараторов 4, 12 и 13. В дальнейшем до появления сигнала на выходе 17, а следовательно, на входе генератора 9, этот уровень обновляется с частотой fr импульсов генератора 9. Таким образом, на выходе источника 3 до появления импульсов на выходе 17 автоматически формируется положительный пороговый уровень срабатывания компараторов 4 и 12, равный Umi+n/ g, где Umi+n - максимальное значение амплитуды п импульсов, поступивших на вход источника 3 за время l/fr, а п ent(fn/fr). Пороговый уровень срабатывания компаратора 13 в силу конструктивных особенностей последнего отличается знаком, т.е. является отрицательным. Пусть датчик 1 установлен против метки ВМТ, выполненной в виде штифта (выступа) на маховике двигателя. В этом случае первой на выходе датчика 1 появляется положительная полуволна двухполярного импульса сигнала. В момент достижения этим импульсом положительного порогового уровня компаратора 12 последний срабатывает, на его выходе появляется сигнал, который устанавливает триггер 14 в единичное состояние. После прохождения середины метки ВМТ мимо датчика 1 на выходе последнего появляется отрицательная полуволна импульса. В момент достижения этим импульсом отрицательного порогового уровня компаратора 13 последний срабатывает и устанавливает триггер 14 в исходное нулевое состояние. При этом на выходе триггера 14 формируется короткий импульс, длительность которого равна времени прохождения метки ВМТ мимо датчика 1. Таким образом, на выходе триггера 14 формируется последовательность коротких импульсов с частотой н следования сигналов датчика 1 и скважностью, равной отношению длины окружности маховика к длине метки ВМТ. Так как скважность импульсов на входе фильтра 15 велика, то на его выходе вырабатывается низкий уровень напряжения, который значительно ниже порогового уровня порогового элемента 18 и не вызывает срабатывание последнего. В этом случае на выходе порогового элемента 18 присутствует сигнал логического «О, который поступает на вход управления усилителя 11 и устанавливает в нем положительный коэффициент усиления, т.е. полярность сигнала на выходе усилителя 11 повторяет полярность сигнала на выходе усилителя 2. Пусть датчик 1 установлен против метки ВМТ, выполненной в виде отверстия (паза) в маховике двигате.тя. В этом случае первой на выходе датчика 1 появляется отрицательная полуволна двухполярного импульса. В момент достижения этим импульсом отрицательного порогового уровня компа-ратора 13 последний срабатывает и на его выходе появляется сигнал, устанавливающий триггер 14 в исходное нулевое состояние. После прохождения середины отметки ВМТ мимо датчика 1 на выходе последнего появляется положительная полуволна импульса. В момент достижения этим импульсом положительного порогового уровня компаратора 12 после,1ний срабатывает и устанавливает триггер 14 в единичное состояние. Триггер 14 находится в единичном состоянии до прихода следующего импульса датчика 1, который первой полуволной, имеющей отрицательную полярность, вновь устанавливает триггер 14 в исходное нулевое состояние, а второй (положительной) полуволной - в единичное состояние. Таким образом, на выходе триггера 14 образуется последовательность импульсов со скважностью, равной отношению длины окружности маховика к разности длин окружности маховика и метки ВМТ. Так как скважность импульсов на входе фильтра 15 мала, то на выходе последнего вырабатывается высокий уровень напряжения, который превышает порог срабатывания порогового элемента 16 и вызывает срабатывание последнего. При этом на выходе порогового элемента образуется сигнал логической «1, который переключает усилитель 1 в режим инвертирования входного сигнала так, что на выход усилителя 11 вновь первой поступает положительная полуволна импульса. Таким образом, при выполнении метки ВМТ как в виде отверстия (паза), так и в виде штифта (выступа) на выход усилителя 11 всегда первой поступает положительная полуволна импульса. Эта полуволна импульса вызывает срабатывание компаратора 4, на выходе которого формируется импульс, по длительности равный времени превышения входным сигналом порога срабатывания компаратора 4, установленного источника 3. Импульс с выхода компаратора 4 устанавливает триггер 6 в состояние, при котором сигналом с его выхода разблокируется формируюпдий каскад 7. В момент изменения полярности импульса на выходе усилителя 1 1 с положительной на отрицательную срабатывает компаратор 5, поскольку порог его срабатывания установлен постоянн1з1м и равным нулю. В результате запускается формирующий каскад 7 и на его выходе, т.е. на выходе 17 устройства, появляется импульс, фронт которого совпадает с моментом перехода через нуль двухполярного сигнала датчика 1. Этот импульс поступает на второй вход триггера 6 и устанавливает его в состоя