Устройство измерения угла опережения подачи топлива в дизель Советский патент 1987 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к двигате-; лестроению и может быть использовано для циагностирования дизелей по величине угла опережения подачи топлива.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем минимизации среднеквадратичной погрешности определения угла опережения подачи топлива независимо от скоростного режима работы как двух-, так и четырехтактных дизелей.

На чертеже представлена блок-схема устройства измерения угла опережения подачи топлива в дизель.

Устройство содержит датчик 1 пе- ремещения иглы форсунки (не показано) и датчик 2 верхней мертвой точки, первый 3 и второй 4 формирователи импульсов, первый 5 и второй 6 триггеры, первую схему 7 совпадения, первый 8 и второй 9 регистры, блок 10 индикации, кнопку 11 сброса и переключатель 12, включающий первый 13 и второй 14 неподвижные контакты. и один подвижный контакт 15. Датчик 1 перемещения иглы последовательно соединен с первым формирователем 3 импульсов и единичным входом первого триггера 5, датчик 2 верхней мертвой точки последовательно соединен с вторым формирователем 4 импульсов и нулевым входом первого триггера 5, выход которого присоединен к первому входу первой схемы 7 совпадения, последовательно связанной с первым регистром 8, выходы которого подключены к входам блока 10 индикации. Второй вход первой схемы 7 совпадения . присоединен к первому неподвижному контай-у 13 переключателя 12 и счетному ВХОДУ второго триггера 6, подключенного к выходу управляемого генератора 16 прямоугольных импульсов. Второй вход первого регистра В присоединен к установочному входу второго регистра 9 второй вход которого связан с подвижным контактом 15 переключателя 12, второй неподвижный контакт 14 которого соединен с выходом второго триггера 6, а кнопка 11 сброса подключена между установочными входами первого 8 и второго 9 регистров и нулевой шиной 17 источника питания (не показан).

Устройство снабжено фильтром 18 низкой частоты, делителем 19 напряжения, второй схемой 20 совпадения.

а переключатель 12 - дополнительной секцией, включающей в себя третий 21 и четвертый 22 неподвижные и второй подвижный 23 контакты. . Вход фильтра 18 низкой частоты подключен к выходу второго формирователя 4 импульсов, а выход - к входу делителя 19 напряжения и третьему неподвижному контакту 21 переключателя -12, второй подвижный контакт 23 которого подключен к входу управляемого генератора 16 прямоугольных импульсов, выход которого связан с первьм входом второй схемы 20 совпадения, присоединенной своим вторым входом к инверсному выходу второго регистра 9, а выходом - к счетному входу второго триггера 6. При этом коэффициент передачи делителя 19 напряжения равен (4) , а произведение коэффициента передачи фильтра 18 низкой частоты на коэффициент передачи управляемого генератора 16 импульсов равно (15N), где N - емкость второго регистра 9.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим случай измерения угла опережения подачи топлива двухтактного дизеля, когда переключатель 12 установлен в первое (верхнее по схеме) положение,

При работе дизеля форсунка вспрыскивает топливо в цилиндр, благодаря чему датчик 1 перемещения иглы форсунки вырабатывает электрический импульс, котор 1й преобразуется с помощью первого формирователя 3 импульсов в прямоугольный импульс.нормированной амплитуды (например, равной уровню логической единицы) и длительности, равной продолжительности импульса датчика 1. При этом передний фронт выходного импульса формирователя 3 совпадает с моментом начала импульса датчика 1, а задний фронт импульса этого формирователя совпадает с моментом окончания сигнала датчика 1. Под действием переднего фронта выходного импульса второго формирователя 3 импульсов первый триггер 5 устанавливается в единичное состояние, вследствие чего его выходной сигнал, равйый, например, уровню логической единицы, поступает на первый вход первой схемы 7 совпадения.

При достижении поршнем дизеля верхней мертвой точки (ВМТ) датчик 2 вырабатывает электрический импульс, начало которого соответствует моменту ВМТ, С помощью второго формирователя 4 импульсов сигнал датчика 2 преобразуется в прямоугольный импульс нормированных амплитуды и длительности, причем передний фронт этого

импульса формируется в момент начала сигнала датчика 2.

При действии переднего фронта выходного импульса второго формирователя А первый триггер 5 переходит в нулевое состояние и единичный сигнал на первом входе первой схемы 7 совпадения исчезает. Так как выходной импульс первого триггера 5 начинает- сй в момент начала подачи топлива я оканчивается в момент достижения поршнем верхней.мертвой точки, то его длительность представляет собой время опережения впрыска топлива.

При диагностировании двухтактного дизеля подача топлива в цилиндр происходит в каждом обороте коленчатого вала, благодаря чему единичный импульс на выходе первого триггера 5 вырабатывается также в каждом обороте вала. Импульсы второго формирователя 4, вырабатывающиеся в каждом обороте вала, поступают навходфильт .ра 18 низкой частоты, который формирует постоянное (по знаку) напряжение, пропорциональное частоте следования указанных импульсов. Это напряжение поступает через замкнутые второй подвижный 23 и третий неподвижный 21 контакты дополнительной секции переключа теля 12 на вход управляемого генератора 16 прямоугольных импульсов. Последний генерирует

импульсы с частотой следования f

пропорциональный напряжению на его входе. Поскольку произведение коэффициента передачи фильтра 18 низкой частоты на коэффициент передачи управляемого генератора 16 импульсов равно

генератора (15N) то

fj F 4i,

(1)

где F частота следования выходных импульсов второго формирователя 4 импульсов. Импульсы управляемого генератора

16 поступают на первый вход второй .

схемы 20 совпадения, которая nponvc,

021624

кает импульсы на связанные с ее выходом элементы только в том случае, когда на ее втором входе действует единичный сигнал.

5 Цикл измерения угла опережения подачи топлива начинается с момента нажатия кнопки 11 сброса, в результате которого первый 8 и второй 9 регистры устанавливаются в нулевое О состояние. При этом на табло блока 10 индикации высвечиваются нули, а с инверсного выхода второго регистра 9 поступает единичный сигнал на второй вход второй схемы 20 совпаде- 5 ния. Последняя отпирается, и на второй вход перТвой схемы 7 совпадения, на счетный вход второго триггера б и на вход второго регистра 9 поступают импульсы, вьфабатываемые гене

-

20 ратором 16 и имеющие частоту fj

F ЧШГ.

На вход первого регистра

8импульсы поступают только тогда, когда первая схема 7 совпадения открыта, т.е. при наличии на выходе

первого триггера 5 единичного импульса. Цикл измерения продолжается до тех пор, пока в регистры идет запись кодов. Как только во второй регистр

9записывается заранее известное 30 число N, равное емкости этого регистра, на его инверсном выходе вместо единичного сигнала устанавливается нулевой сигнал, в результате чего вторая схема 20 совпадения закры35 вается и поступление импульсов на входы регистров прекращается. От момента нажатия кнопки 11 до момента записи числа N во второй регистр 9 в первый регистр 8 записывается чис40 ло N,, значение которого в десятичной системе счисления высвечивается

на табло блока 10 индикации. За промежуток времени tj, в течение которого происходит запись указанных чи- 45 сел, коленчатый вал дизеля совершает

количество оборотов, равное F. При Зтом числа N и N можно предс . - тавить выражениями (без погрешностей квантования)

50

N,

,;

N

где t| - длительность выходного импульса, первого триггера 5, а отношение чисел - следующим образом:

mf..

I L 2V

Q 21Г

513021

где со - угловая скорость коленчатого

вала дизеля;

0 - угол опережения подачи топлива;2 ii - угол поворота на один обо-

рот.

Из последнего вьфажения получают формулу для вычисления угла опережения подачи топлива (предполагая, что преобразования интервалов времени в JO коды происходят без погрешности).

15

б

2irN, N

или

0

360Ni

N

Задавая N 360 - 10 и выбирая любые величины К, угол опережения по- дачи получают из показаний блока 10 индикации путем переноса запятой на К знаков влево.

Минимальная величина среднеквадратичной погрешности измерения угла опережения подачи топлива в предложенном устройстве может быть выражена следующей зависимостью:

360

F2 (15N)2

,-- JDU 4- --11±

Р-Р ЩЖ 30F2.N2

180

(2)

Из выражения (2) следует, что ми нимальное значение погрешности измерения угла опережения подачи топлива не зависит от скоростного режима работы дизеля.

Для повторения цикла измерения не- .обходимо снова нажать кнопку 11 сброса.

Рассмотрим работу устройства при диагностировании четырехтактных дизелей.

В этом случае переключатель 12 переводится вр второе (нижнее по схеме) положение. Поскольку в четьфехтакт- ном дизеле подача топлива в цилиндр происходит один раз в два оборота коленчатого вала, то импульсы поступают на единичный вход первого триггера 5 с частотой, вдвое меньшей частоты вращения этого вала и равной 0,5р. Частота следования импульсов на нулевой вход первого триггера 5 совпадает с частотой вращения вала и остается равной F. В связи с этим на

JO

20

25

626

выходе указанного триггера каждые два оборота вала появляется один прямоугольный импульс, длительность которого равна времени опережения впрыска,

Цикл измерения начинается с нажатия кнопки 11 сброса, в результате которого оба регистра 8 и 9 сбрасываются и на цифровом табло блока 10 индикации высвечиваются нули. После сброса второго регистра 9 на его инверсном выходе устанавливается единичный сигнал, отпирающий вторую схему 20 совпадения. Поскольку переклю- 15 чатель 12 переведен во второе положение, то на вход второго регистра 9 поступают импульсы с выхода второго триггера 6, а на вход управляемого генератора 16 поступает сигнал с выхода делителя 19 напряжения. Так как фильтр 18 низкой частоты, делитель 19 напряжения и управляемый генератор 16 прямоугольных импульсов в этом случае соединены последовательно, то частота fj на выходе генератора 16 и частота F на выходе второго формирователя 4 импульсов связаны соотношением

30 f, .(3)

Поскольку на вход второго регистра 9 импульсы поступают с выхода второго триггера 6, то частота импульсов записи в этом регистре вдвое ниже частоты импульсов на входе перво- го регистра 8. При записи во второй регистр 9 заранее известного числа N, равного емкости этого регистра,на его инверсном выходе устанавливается нулевой сигнал, запирающий вторую схе- hy 20 совпадения..В результате этого поступление импульсов на входы регистров 8 и 9 и вместе с ним процесс измерения прекращаются. За время записи tj в первый регистр 8 записывается число N,, значение которого в десятичной системе числения индицируется блоком 10 индикаии. Поскольку в рассматриваемом случае запись во второй регистр 9 происходит частотой 0,5 f,, то время записи равно

35

40

45

50

55

t, N/0,5 f, 2N/f,, a вал совершает количество оборотов га t,F . ()

Число, записанное в этом случае в первый регистр 8, определяется вьфа71302162-8

жением (без учета погрешности кван-Формула изобретения

тования)

N.

1 . ,,

(множитель 1/2 поставлен потому, что на вьрсоде первого триггера 5 один импульс вырабатывается каждые два оборота коленчатого вала). После подстановки выражения (4) в последнее fO соотношение получают

N, « NFt

Ntul ti

NtjjW Т T(i

Поскольку to , TO угол opepe женин впрыска можно представить сле- дукяцим образом:

в

0

27N, N

360N,

N

Последние два вьфажения определяют математическое ожидание угла one- режения. Истинное значение угла опережения отличается от математического ожидания вследствие наличия погрешности преобразования интервала времени в числа,

Минимальная величина среднеквадратичной погрешности измерения угла опережения подачи топлива для четырехтактного дизеля может быть выражена следующей зависимостью:

Из выражения (5) также, как и из выражения (2) для двухтактного дизеля, следует, что минимальное значение погрешности измерения угла.опережения подачи топлива не зависит от скоростного режима работы дизеля.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью измерения угла опережения подачи топлива как для двух-, так и для четьфехтактных дизелей, посколь- ку оно обеспечивает минимально возможную погрешность определения этого угла независимо от скоростного режима работы дизеля.

fO

5

0

30

35

40

5 50

55

Устройство измерения угла опережения подачи топлива в дизель, содержащее датчик перемещения иглы форсунки и датчик верхней мертвой точки, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй триггеры, первую схему совпадения, первый и второй ре гистры, блок индикации, кнопку сброса, и переключатель, включающий первый и второй неподвижные и один подвижный контакты, причем датчик перемещения иглы последовательно соединен с первым формирователем импульсов и единичным входом первого триггера, датчик верхней мертвой точки последовательно соединен с вторым формирователем импульсов и нулевым входом первого триггера, выход которого присоединен к первому входу первой схемы совпадения, последовательно связанной с первым регистром, выходы которого подключены к входам блока индикации, второй вход первой схемы совпадения присоединен к первому неподвижному контакту переключателя и счетному входу второго триггера, подключенного к выходу управляемого генератора прямоугольных импульсов, второй вход первого регистра присоединен к установочному входу второго регистра, второй вход которого связан с подвижным контактом переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с выходом второго триггера, а кнопка сброса подключена между установочными входами первого и второго реги тров и нулевой шиной источника питания, отличающееся тем, чт-о, с целью повьшгения точности, оно снабжено фильтром низкой частоты, делителем напряжения, второй схемой совпадения, а переключатель - дополнительной секцией, включающей в себя третий и четвертый неподвижные и второй подвижный контакты, причем вход фильтра низкой частоты подключен к выходу второго формирователя импульсов, а выход - к входу делителя напряжения и третьему неподвижному контакту переключателя, выход делителя напряжения присоединен к четвертому неподвижному контакту переключателя, второй подвижный контакт которого подключен к входу управляемого генератора прямоугольных импульсов, выход ко9 1302162; .10

торого связан с первым входом второй напряжения равен (4) , а произве- схемы совпадения, присоединенной сво-дение коэффициента передачи фильтра им вторым входом к инверсному выходунизкой частоты на коэффициент переда- второго регистра, а выходом - кчи управляемого генератора импуль- cчeтнoмy входу второго триггера, при5 ов равно (15N) , где N - емкость этом коэффициент передачи делителявторого регистра.

Изобретение относится к двига- телестроению и может быть использовано в диагностировании деталей. Целью изобретения является повышение точности измерения путем минимизации среднеквадратичной погрешности определения угла опережения подачи топлива независимо от скоростного режима работы дизелей. Устр-во содержит . датчик 1 перемещения иглы форсунки и датчик 2 верхней мертвой точки, связанные через формирователи 3 и 4 с входами триггера 5. Выход формирователя 4 связан также с входом фильтра 18 низкой частоты, выходное напряжение .короткого пропорционально частоте вращения вала дизеля. Выход фильтра 18через переключатель 12 и делитель 19напряжения связан с входом управляемого генератора 16, частота следования выходных импульсов которого пропорциональна частоте вращения вала. Благодаря этому соотношение частот импульсов на входах первого и второго регистров 8,9 и частоты вращения вала сохраняется неизменным. 1 ил. (/}