Отметчик верхней мертвой точки поршня двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1989 года по МПК G01L23/00 

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

11,е- 1ью изобретения является повышение точности определения верхней мертвой точки поршня двигателя внут pe-fniero сгорания.

На чертеже показана структурная электрическая схема предлагаемого отметчика.

Отметчик содержит датчик 1 давления, первьм усилитель 2, первый 3 и второй 4 формирователи временного интервала, формирователь 5 импуль- соя, K.iiaiuui I ;., иио1 опой пороговый элемент 7. Яяход датчика 1 связан через усилитель 2 с входом формирователя J и с сигнш1ьным входом фор- мировател т 4. Выход формирователя 3 связан непосредстиенно с первым управляющим входом клапана 6 и через ф(1рмирс1ватель 5 с управляющими входами цифрового порогового элемента и формирователя 4, выход которого соединен со вторым управляющим входом клапана 6. Выход последнего подключен к счетному входу цифрового порогового элемента 7. В отметчик вледеиы второй усилитель 8 и преобразователь 9 напряжения в частоту. OopMHpoBa rejTb 4 временного интервала снабжен дог1П ;11ительным выходом. Иервы1( и второй входл усилителя 8 соединены соответственно с выходом усилителя 2 и с доиолнительным выходом формирователя 4. Выход усилителя 8 через преобразователь 9 связан с сигнальным входом клапана 6. Отметчик имеет выход 10.

Фор№1рователь 4 временного интервала, выполнен в виде преобразователя 11 максимальных значений и компаратора 12. Сигнальный и опорный входы компаратора 12 (один непосред cTjjeHHo, а другой через преобразователь 11) связаны с сигнальным входом форг-шрователя 4, в ыход компаратора 12, выход и управляющий вход преобразователя 11 подключены соответственно к выходу, дополнительному выходу и управляющему входу формирователя 4.

Усилитель 2 является нормируютцим и при использовании в качестве датчика 1 пьезоэлектрического преобразователя может быть выполнен как по

5

0

5

0

5

0

5

схеме усилителя напряжения, так и по схеме усилителя заряда.

Формирователь 3 является пороговым устройством с фиксированным порогом срабатывания и может быть выполнен в виде регенеративного компаратора.

Формирователь 4 формирует на своем выходе импульс, длительность которого равна времени превышения входным сигналом уровня U, пропорционального максимальному значению входного сигнала, а на дополнительном выходе - указанный уровень U. Фиксация уровня U,,, соответствующего текущему значению U, осуществляется в момент поступления импульса на управляющий вход формирователя 4.

Формирователь 5 по срезу имьуль- са на его входе формирует короткий импульс фиксированной длительности и может быть выполнен в виде одновиб- ратора.

Клапан 6 выполняет функцию трех- входового логического элемента И.

Цифровой пороговый элемент 7 в каждом цикле фиксирует число импульсов, поступивших на его счетный вход, вырабатывает пороговое значение, равное половине зафиксированного числа импульсов, и сравнивает текущее число импульсов с пороговым значением. В момент равенства на выходе цифрового элемента появляется короткий импульс, передний фронт которого соответствует моменту верхней мертвой точки.

Цифровой пороговый элемент 7 может быть вьшолнен на базе делителя частоты на два и двух реверсивных счетчиков. С приходом очередного сигнала на управляющий вход цифрового порогового элемента режимы счета счетчиков изменяются так, что один из них сбрасывается в исходное нулевое состояние и суммирует, а другой вычитает импульсы соответствен

но частотой г f и д, где

fo - частота импульсов на счетном входе ПД1ФРОВОГО порогового элемента. В результате, если за период следования управляющих сигналов поступает N импульсов, то один из счетчиков накапливает число N , N/2, равное порогу срабатьшания, а другой - обнуляется после поступления на его вход Nf, импульсов и формирует на выходе цифрового порогов ;го элемента короткий импульс.

Усилитель 8 вылолиен по схеме дифференциального усилителя и формирует на своем выходе сигнал, равный разности сигналов на его входах.

Преобразователь 11 выполнен в виде последовательно соединенных амплтудного детектора и элемента памяти и формирователя импульсов, выход которого соединен с входом сброса амплитудного детектора. Управляющий вход элемента памяти и формирователя импульсов образует управляюгций вход преобразователя 11. На выходе амплитудного детектора формируется сигнал и р Ки, где К - его коэффициент передачи, выбираемый в диапазоне значений от 0,9 до 0,95, В момент поступления импульса на управляющий вход преобразователя 11 на выходе элемента памяти фиксируется напряжение, равное текущему значению сигнала Uj на выходе амплитудного детектора. По срезу импульса преобразователя 11 срабатывает формирователь импульсов и сбрасывает амплитудный детектор в исходное нулевое состояние.

Отметчик работает следующим образом.

Сигнал датчика 1 давления через усилитель 2 поступает на входы формирователей 3 и 4. Формирователь 3 срабатывает при повышении давления в цилиндре в начале такта сжатия, при понижении давления в конце такта расширения происходит его обратное срабатьшание. В результате на каждом цикле работы двигателя на выходе формирователя 3 формируется временной интервал в виде прямоугольного импульса, длительность которого примерно соответствует длительности тактов сжатия и расширения. Импульс с выхода формирователя 3 разблокирует по первому управляющему входу клапан 6. По окончании импульса формирователя 3 клапан 6 вновь блокируется, а формирователь 5 срабатывает и формирует короткий импульс, поступающий на управляющие входы цифрового порогового элемента 7 и формирователя временного интервала. Последний фиксирует максимальное значение и сигнала на выходе усилителя 2, а в момент поступления импульса на его управляющий вход формирует

порог срабатынания U в зоне верхней мертвой точки, которь й также поступает на дополнятельньш выход формирователя 4.

При достижении порога срабатывания и„ следующим сигналом давления формирователь 4 срабатывает и формирует на своем выходе временной ин0 тервал в виде прямоугольного импульса длитель}юстью Т. Этот импульс разблокирует клапан 6 по второьгу управляющему входу, и на счетньп вход цифрового порогового элемента 7 на, чинают поступать импульсы с выхода преобразователя 9, частота следования которых пропори;иональна текущему значению сигнала на выходе усилителя 8.

0 На первый вход усилителя В поступает сигнал и(Р) с выхода усилителя 2, на второй вход - постоянный noporoBbDi уровень U с дополнительного выхода формирователя 4. На вы5 ходе усилителя 8 вырабатывается разностный сигнал Up (P), коэффициент усиления которого выбирается так, чтобы согласовать амплитуду раз-, ностного сигнала выше уровня U с

0 динамическим диапазоном преобразователя 9 напряжения в частоту. Импульсы частотой f(P) с выхода преобразователя 9 через разблокированный клапан 6 начинают поступать на счетный вход цифрового порогового элемента 7. За время Т на элемент 7 поступает

т

N ft (P)dt, lipov

о

5

число импульсов

порциональное площади сигнала Up(P) относительно уровня U,,. В момент окончания временного итервала Т цифровой пороговый элемент 7 формирует порог срабатывания Np N/2. В момент поступления импульса с выхода формирователя 5 на управляющий вход цифрового порогового элемента 7 соответствующие счетные узлы последнего сбрасьшаются в исходное нулевое состояние и элемент 7 подготавливается к приему следующей серии импульсов преобразователя 9. Таким образом, перед появлением следующего сигнала давления порог срабатывания цифрового порогового элемента 7 определяется половиной площади предыдущего разностного сигнала U (Р) на интервале Т.

При формировании очередного временного интервала Т цифровой пороговый элемент 7 срабатывает в момент поступления на его вход N текущих импульсов от преобразователя 9 и формирует на своем выходе импульс, фрон которого соответствует моменту прохождения центра площади сигнала давления, т.е. моменту прохождения верхней мертвой точки. При наличии помехи, наложенной на сигнал давления, возникает погрешность формирования отметки верхней мертвой точки. Эта погрешность зависит в основном от смещения случайным образом из-за помехи начала и конца интервала измерения Т. Пусть вследствие появления помехи на начальном участке временного интервала Т длительность последнего уменьшается на величину йТ. Пусть среднее значение частоты на выходе преобразователя 9 на участке i3 Т равно (Р)ЛТ, а на остальном участке Т - i3T равно (Р) Тогда на счетный вход цифрового порогового элемента 7 поступает N (Т - 4 Т) xf(Р) т-дт импульсов, а потеря импульсов на отрезке ДТ составляет ЛТ - f(P)T.

Соответственно погрешность f формирования отметки верхней мертвой точки

f-,/n,

где с/1|. i3T/T - погрешность формиро- вания временного интервала;

п f(P).,T/f(P)iT. т.е. уменьшается в п раз по сравнению с известным отметчиком, где длительность временного интервала Т измеряется числом импульсов постоянной частоты.

Поскольку частота f (Р)дт в начале диапазона измерения мала по сравнению с частотой f (P)r-iiT остальной более высокой части диапазона измерения, то погрешность формирования отметки из-за нестабильности временного интервала становится пренебрежимо малой. Таким образом, в предлагаемом отметчике влияни помехи на точность формирования отметки верхней мертвой точки практически исключается.

Формирователь А временного интервала работает следующим образом.

Сигнал с выхода усилителя 2 с амплитудой и поступает на сигнальный

5

0

5

5

0

0

5

0

5

вход компаратора 12 и через преобразователь 11 максимальных значений на опорный вход этого компаратора. По импульсу формирователя 5, формируемому в конце такта расширения и поступающему на управляющий вход преобразователя 11, на выходе последнего формируется сигнал постоянного уровня Un Ки, где К - коэффициент передачи, который выбирается равным 0,9-0,95. Постоянный уровень и, поступает на опорный вход компаратора 12 и на дополнительный выход формирователя 4. Операция формирования уровня и„ повторяется в каждом цикле работы двигателя. При повышении сигнала на такте сжатия до уровня и„ компаратор.12 срабатывает и формирует на выходе единичный сигнал. При снижении сигнала на такте расширения до уровня и происходит обратное срабатывание компаратора 12 и на его выходе формируется временной

интервал длительностью 1. I

Таким образом, формирователь 4 позволяет автоматически формировать на уровне U временной интервал в зоне верхней мертвой точки.

Формула изобретения

Отметчик верхней мертвой точки поршня двигателя внутреннего сгорания, содержащий датчик давления, первый усилитель, первый и второй формирователи временного интервала, формирователь импульсов, клапан и IJДiфpoвoй пороговый элемент, причем выход датчика давления связан через первый усилитель с входами первого и второго формирователей временного интервала, выход первого формирователя временного интервала связан непосредственно с первым управляющим входом клапана и через формирователь импульсов - с управляющими входами дафрового порогового элемента и второго формирователя временного интервала, при этом выход клапана подключен к счетному входу цифрового порогового элемента, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности, в него дополнительно введены второй усилитель с двумя входами и преобразователь напряжения в частоту, а второй формирователь временного интервала вьшолнен в виде посла- довательно включенных преобразователя максимальных значений сигнала и компаратора, причем первый и второй входы второго усилителя соединены соответственно с выходом первого усилителя и выходом преобразователя максимальных значений сигнала, а выход второго усилителя соединен через преобразователь напряжения в частоту с сигнальным входом клапана, при этом первыр вход компаратора соеди нен с выходом первого усилителя непосредственно, а второй - через формирователь максимальных значений сигнала, при этом выход компаратора подключен к второму управляющему входу клапана.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для диагностики двигателей. Цель изобретения - повышение точности определения верхней мертвой точки поршня двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит датчик 1 давления, два формирователя 3 и 4 временного интервала, формирователь 5 импульсов, клапан 6 и цифровой пороговый элемент 7. Новым в отметчике является введение дифференциального усилителя 8 и преобразователя 9 напряжения в частоту, а формирователь 4 временного интервала снабжен дополнительным выходом с опорным напряжением. Повышение точности формирования отметки верхней мертвой точки при воздействии помех достигается соответствующей обработкой сигнала давления, полученного при отключенной в цилиндр подаче топлива. Вначале с помощью дифференциального усилителя выделяется часть сигнала в зоне верхней мертвой точки. Затем с помощью преобразователя напряжения в частоту сигнал интегрируется на заданном интервале и уровне. Центр площади сигнала определяет отметку верхней мертвой точки. 1 ил.