Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к приборострое нию, в частности к устройствам для испытания двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в системах диагностики и управления двигателем.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности формирования отметки верхней мертвой точки при изменении скоростного режима двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - сигнал на выходе блока нормализации при выполнении метки верхней мертвой точки (ВМТ) в виде металлического штифта; на фиг. 3 - сигнал на выходе блока компарирования высокого уровня при выполнении

метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 4 - сигнал на выходе блока компарирования нулевого уровня при выполнении метки В.МТ в виде штифта; на фиг. 5 - сигнал на. выходе второго формирователя импульсов при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 6 - сигнал на выходе дифференциального интегратора при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 7 - сигнал на выходе первого переключателя при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 8 - сигнал на выходе второго переключателя при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 9 - сигнал на выходе устройства при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 10 - сигнал на выходе блока

Oi

ND ГчЭ bO

нормализации при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 11 - сигнал на выходе блока компарирования выходного уровня при выполнении метки ВМТ в виде отверс.ия; на фиг. 12 - сигнал на выходе блока компарирования нулевого уровня при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 13 - сигнал на выходе второго формирователя импульсов при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 4 - сигнал на выходе дифференциального интегратора при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 15- сигнал на выходе первого переключателя при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 16 - сигнал на выходе второго переключателя при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 17 - сигнал на выходе устройства при выполнении метки ВМТ в виде отверстия.

Устройство (фиг. 1) содержит индукционный датчик 1, блок 2 нормализации, блок 3 компарирования высокого уровня и первый блок 4 компарирования нулевого уровня, первый 5 и второй 6 переключатели, первый формирователь 7 импульсов. Выход датчика 1 связан через блок 2 с входами блоков 3 и 4, выходы которых соединены с прямыми и инверсными входами соответственно цифровых переключателей 5 и 6, выходы последних соединены соответственно с прямым входом управления и сигнальным входом формирователя 7.

В устройство дополнительно введены генератор 8 образцового сигнала, первый 9 и второй 10 ключи, дифференциальный ин- тегратор И, второй блок 12 компарирования нулевого уровня, счетный триггер 13 и второй формирователь 14 импульсов. Выход генератора 8 соединен с сигнальными входами ключей 9 и 10. Выход блока 3 подключен непосредственно к прямому входу управления ключа 9, к первому инверсному входу управления ключа 10 и счетному входу триггера 13, а через формирователь 14 связан с установочным входом дифференциального интегратора 11.

Прямой и инверсный входы дифференциального интегратора 11 соединены с выходами соответственно ключей 9 и 10, а его выход связан через блок 12 с вторым инверсным входом управления ключа 10, инверсным входом управления формирователя 7 и входом управления счетного триггера 13. Выход последнего соединен с входами управления цифровых переключателей 5 и 6. Выход формирователя 7 совмещен с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

При неработающем двигателе импульсы сигнала на выходах датчика 1, блока 2, а следовательно, и на входах блока 3 и 4 отсутствуют. Соответственно сигнал на выходе блока 3 компарирования высокого уров5

ня имеет уровень логического «О, блокирующий ключ 9 и разблокирующий ключ 10, Сигнал генератора 8 (импульсы образцовой частоты f или образцовое напряжение f/c)

поступает через разблокированный ключ 10 на инверсный вход дифференциального интегратора 11. Сигнал на выходе последнего (код или уровень напряжения) умень- щается и становится равным нулю. В этот момент срабатывает блок 12 и на его вы0 ходе формируется сигнал логической «1, блокирующий ключ 10 и формирователь 7. В результате, независимо от случайных изменений сигнала на выходе блока 4 компарирования нулевого уровня, вызванных,например, щумами, сигнал на выходе устройства не формируется.

После запуска двигателя на выходе датчика 1 и, соответственно, на выходе блока 2 и на входах блоков 3 и 4 появляются биполярные импульсы частотой, равной час0 тоте вращения вала двигателя.

При. появлении положительной полуволны сигнала датчика 1 (фиг. 2) блок 3 срабатывает в момент достижения сигналом уровня U+ и на его выходе образуется сигнал логической «1 (фиг. 3). При появлении отрицательной полуволны сигнала датчика 1 в момент достижения сигналом уровня LL происходит обратное срабатывание блока 3 и на его выходе вновь формируется сигнал логического «О.

0 Таким образом, при работающем двигателе на выходе блока 3 формируются импульсы с периодом следования Т, равным периоду следования импульсов датчика 1, и длительностью т. Передний фронт импульса на выходе блока 3 соответствует

5 моменту достижения фронтом положительной полуволны сигнала датчика 1 порога и, а его задний фронт - моменту достижения фронтом отрицательной полуволны .сигнала датчика 1 порога LL. На выходе блока 4 формируются импульсы (фиг. 4)

также с периодом следования Т, равным периоду следования сигнала датчика 1, и длительностью, равной длительности импульса положительной по.луйЬлны сигнала датчика 1 на уровне нулевого потенциала.

5

Сигнал с выхода блока 4 поступает

на прямой и инверсный входы переключателя 6, состояние которого определяется уровнем выходного сигнала счетного триг-. гера 13.

0 Сигнал с выхода блока 3 поступает на счетный вход триггера 13, на вход формирователя 14, на вход управления ключа 9, на первый инверсный вход управления ключа 10 и на прямой и инверсный входы переключателя 5, состояние которого

5 определяется уровнем выходного сигнала счетного триггера 13. ПЬ переднему фронту импульса с выхода блока 3 на выходе триггера 13 формируетс5ч уровень логического сигнала, соответствующий уровню логического сигнала на выходе блока 12 при этом формироватать 14 вырабатывает короткий импульс (фиг. 5), сбрасывающий дифференциальный интегратор 11 в состоя- кие, соответствующее нулевому сигналу на его выходе. Блок 12 срабатывает, и на его выходе формируется сигнал логической «1 блокирующий ключ 10 по второму инверсному входу управления и формирователь 7 по инверсному входу управления. В течение длительности т„ импульса на выходе блока 3 ключ 9 разблокируется, и ключ 10 блокируется. В паузе , сигнала блока 3 ключ 9 блокируется, а ключ 10 разблокируется по первому инверсному вхо- ду управления.

С момента окончания импульса на выходе формирователя 14 сигнал с выхода генератора 8, поступающий через ключ 9 на прямой вход дифференциального интегратора 11, вызывает нарастание сигнала на выходе последнего (фиг. 6). При этом на выходе блока 12 формируется сигнал логического «О, разблокирующий ключ 10 по второму инверсному входу управления и формирователь 7 по инверсному входу управ- ления. К моменту окончания импульса на выходе блока 3 на вь ходе дифференциального интегратора 11 образуется сигнал, пропорциональный длительности r импульса. После окончания импульса на выходе блока 3 ключ 10 оказывается разблокиро- ванным по обоим входам управления и сигнал с выхода генератора 8 начинает поступать на инверсный вход дифференциального интегратора II, вызывая уменьшение сигнала на его выходе на величину, пропорциональную длительности г„ паузы меж- ду импульсами на выходе блока 3. При сигнал на выходе дифференциального интегратора 11 успевает снизиться до нулевого значения. В этот момент срабатывает блок 12, и на его выходе формируется сигнал логической «1, блокирующий ключ 10, и изменение сигнала на выходе интегратора 11 прекрап ается. В результате в момент появления переднего фронта следующего импульса блока 3 на выходе счетного триггера 13 формируется сигнал ло- гической «1, соответствующий уровню сигнала на выходе блока 12. Процесс сравнения длительностей паузы т„ и импульса т сигнала на выходе блока 3 повторяется с таким же результатом в следующих периодах следования Т этого сигнала, следо- вательно, состояние счетного триггера 13 не изменяется и на его выходе постоянно формируется сигнал логической «1.

При сигнал на выходе дифференциального интегратора 11 не успевает сни- зиться до нулевого значения и состояние блока 12 также не изменяется. В результате в момент появления фронта следующего импульса блока 3 на вы.ходе счетного триггера 13 формируется сигнал логического «О, соответствующий уровню сигнала на выходе блока 12. Процесс сравнения длительностей паузы т„ и импульса т, сигнала на выходе блока 3 повторяется с таким же результатом в следующих периодах следования Г этого сигнала, следовательно, состояние счетного триггера 13 не изменяется и па его выходе постоянно фор.мируется сигнал логического «О.

Пусть датчик 1 установлен против метки ВМТ, выполненной в виде штифта (выступа) на маховике двигателя. В этом случае момент перехода через нуль сигнала на выходе датчика 1 и, следовательно, на входах блоков 3 и 4 соответствует моменту появления фронта отрицательной полуволны датчика 1. В результате, в течение длительности биполярного импульса датчика 1 сначала (на фронте положитепьной полуволны) происходит срабатывание блока 3, а затем (на фронте отрицательной Полуволны) его обратное срабатывание (фиг. З ). Таким образом, на выходе блока 3 формируется последовататьность сравнительно коротких импульсов со скважностью, близкой отношению длины окружности маховика к длине метки ВМТ. При этом справедливо неравенство и, следовательно, не более, чем за один оборот вала двигателя на выходе счетного триггера 13 устанавливается сигнал логической «1. Последний разблокирует прямой нход переключателя 5 и инверсный вход переклю- чататя 6. В результате, с выхода блока 3 в интервале изменения полярности биполярного импульса датчика на прямой вход управления формирователя 7 через переключатель 5 поступает неинвертированный импульс, разблокирующий формирователь

7по прямому входу управления, а -на CHriia. ibHhn i вхол.. последнего поступает инвертированный переключателем 6 импульс, образующийся на выходе блока 4.

8момент изменения полярности сигнала датчика 1 на вьгходе блока 12 формируется сигнал логического «О, и .следовательно, формирователь 7 оказывается разблокированным по обоим входам управления. Передний фронт импульса на выходе переключателя 6 (фиг. 8) соответствует моменту перехода через нуль сигнала датчика 1 и вызывает срабатывание формирователя 7. Последний формирует на выходе устройства короткий импульс (фиг. 9), фронт которого соответствует указанному моменту- изменения полярности с;игнала на выходе датчика 1 и, следовательно, середине метки ВМТ.

Пусть датчик 1 установлен против метки ВМТ, выполненной в виде отверстия (паза) в маховике двигателя. В этом случае

момент перехода через нуль сигнала на выходе датчика 1 (фиг. 10) и на входах блоков 3 и 4 соответствует моменту появления положительной полуволны сигнала датчика 1. В результате, в течение длительности биполярного импульса датчика 1 сначала (на фронте отрицательной полуволны) происходит обратное срабатывание блока 3, а затем (на фронте положительной полуволны) - его прямое срабатывание (фиг. 11).

Таким образом, на выходе блока 3 формируется последовательность сравнительно коротких пауз т и длительных им-, пульсов т со скважностью, близкой отношению длины окружности .маховика и разности длин окружности маховика и метки ВМТ, т. е. близкой к единице. При этом справедливо неравенство и, следовательно, не более чем за один оборот вала двигателя на выходе счетного триггера 13 устанавливается сигнал логического «О. Последний разблокирует инверсный вход переключателя 5 и прямой вход переключателя 6. В результате с выхода блока 3 в интервале изменения полярности биполярного импульса датчика 1 на первый вход управления форм.ирователя 7 через переключатель 5 поступает инвертированная пауза, разблокирующая формирователь 7 по этому входу управления, а на сигнальный вход формирователя 7 поступает неинвертированный импульс, образующийся на выходе блока 4. В момент изменения полярности сигнала датчика 1 на выходе блока 12 формируется сигнал логического «О и формирователь 7 оказывается разблокированным по обоим входам управления. Фронт импульса на выходе переключателя 6 (фиг. 16) соответствует моменту перехода через нуль сигнала датчика 1 и вызывает срабатывание формирователя 7. Последний формирует на выходе устройства короткий импульс (фиг. 17), фронт которого соответствует указанному моменту изменения полярности сигнала датчика 1, и середине метки ВМТ.

Формула изобретения

Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания,

содержащее индукционный датчик, блок нормализации, блок компарирования высокого уровня, первый блок компарирования нулевого уровня, и второй переключатели, снабженные прямым и инверсным входами, и первый формирователь импульсов, выполненный с прямым входом управления и сигнальным входом, причем выход индукционного датчика связан через блок нормализации с входом блока компарирования

высокого уровня и входом первого блока компарирования нулевого уровня, выходы которых соединены с прямым и инверсным входами соответственно первого и второго переключателей, выходы последних соединены соответственно с прямым входом управления и сигнальным входом первого формирователя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него дополнительно введены генератор образцового сигнала, первый ключ с сигналь0 ным и прямым входами управления, второй ключ с сигнальным и двумя инверсными входами управления, диффeptнциaль- ный интегратор, выполненный с прямым, инверсным и установочным входами, второй

сблок компарирования нулевого уровня, счетный триггер, снабженный счетным входом,и входом управления и второй формирователь импульсов, первый формирователь импульсов снабжен инверсным входом управления, первый и второй переключатели выполнены с

0 входами управления, причем выход генератора образцового сигнала соединен с сигнальными входами первого и второго ключей, выход блока компарирования высокого уровня соединен непосредственно с прямым входом управления первого ключа, с первым инверс5 ным входом управления второго ключа и со счетным входом счетного триггера, а через второй формирователь импульсов связан с установочным входом дифференциального интегратора прямой и инверсный входы ко- торого соединены соответственно с выходами перЬого и второго ключей, а выход дифференциального интегратора связан через второй блок компарирования нулевого уровня с вторым инверсным входом управления второго ключа, с инверсным входом управ5ления первого формирователя импульсов и с входом управления счетного триггера, а выход последнего соединен с входами управления первого и второго переключателей.

Фие.Э

/:

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности формирования отметки верхней мертвой точки (ВМТ) при изменении скоростного режима двигателя. Устройство содержит индукционный датчик, блок нормализации, блок компарирования высокого уровня, первый блок компарирования нулевого уровня, первый и второй цифровые переключатели и первый формирователь импульсов, а также генератор образцового сигнала, первый и второй ключи, дифференциальный интегратор, второй блок компарирования нулевого уровня и второй формирователь импульса. Устройство автоматически формирует сигнал отметки ВМТ в момент изменения полярности сигнала индукционного преобразователя независимо от вида исполнения меток ВМТ: металлический штиф (выступ) или отверстие (паз) и позволяет путем сравнения длительности и паузы сигнала компарирования высокого уровня и сигнала индукционного датчика производить определение вида исполнения метки ВМТ за один оборот коленчатого вала двигателя, а следовательно, сократить время установления формального функционирования и соответственно повысить быстродействие устройства. 17 ил.

Физ. /7