Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК G01M15/00 

, .Г .. . . Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего его рання. Известны устройства для определения верхней мертвой точки (ВМТ) двигателя внутреннего сгорания, содержащие индуктивный датчик, усилитель, ликбвый детектор, элемент памяти, делитель напряжения, блок компараторов и блок управляющих сигналов, при чем, индуктивный датчик связан через усилитель с .входом блока компараторов и .с последовательного соединенными пиковым детектором и элементом памяти. Делитель напряжения связан со вторым входом блока компататоров, на третий вход которого подключен нулевой потенциал, а выход подключен ко входу блока управляющих сигналов, первый выход которого соединен со входом управления элемента памяти , а второй вхад соединен со входами управления пиковрго детектора и блока компараторов llj Основным недостатком известного устройства является невозможность его использования при динамических режимах работы двигателя вследствие следующих причин: низкой точности определения ВМТ, вызванной тем, чтъ значение порога срабатывания компаратора отлично от нулевого уровня; невозможности использования устройства при динамических режимах разгона и выбега,когда частота вращения вала двигателя резко изменяется, например, от оборотов холостого хода до, максимальных при разгоне и от максимальных оборотов до нуля при выбеге. Например, если в режиме выбега скорость изменения (снижения) частоты вращения вала Кц в интервале между двумя соседними моментами прохождения BMJT превышает заданное .отношение сигнал/помеха ( К и 7 то в момент прихода следующей ; ВМТ автоматически вырабатываекнй устройством пороговый уровень окажетс.я больше амплитуды сигнала отметки В1ФГ и срабатывсшия соответствующего компаратора не произойдет. При атом будут пропущены все последующие сигвалы ВМТ. С другой стороны, если в режиме разгона скорость изменения (увеличения) частоты вращения вала в интервале между двумя соседними моментами прохождения ВМТ превысит заданное отношение Ксп 9 пороговой уровень устройства окажется ниже уровня помехи и произойдет срабатывание компаратора, а на выходе устройства будет зафиксирован ложный сиги а. отметки ВМТ. Таким образом, известное устройство эффективно работает тЬлько на постоянном или медленно измеряющемся скоростных режимах, когда уровни полезных сигналов (отметок ВМТ) и помех постоянны - по времени или изменяются крайне незначительно. Целью изобретения .является расши рение области его применения. Указанная цель достигается тем, что в устройств дополнительно вклю чены блок умножения, датчик угловой скорости и блок определения относительного изменения сигнал а, причем , ме ду выходом элемента памяти и входом де теля напряжения включен блок умноже ния, другой вход связан с датчиком угловой скорости и другим входом блока управляющих сигналов через бл определения относительного .изменени сигнала, вход управления которого соединен с первым выходом блока управляющих сигналов. Блок определения относительного изменения сигнала содержит дополнительный элемент памяти и дополнител ный делитель напряжения, причем вхо и выход дополнительного элемента па мяти соединены со входами дополните льного делителя напряжения, а выход управления дополнительного элемента памяти образует вход управления бло ка. На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит установленны против маховика двигателя индуктивный датчик 1, подключенный к усилителю 2, выход которого свяаан непос редственно и через последовательно соединенные пиковый детектор 3, эле мент памяти 4 и делитель 5 напряжения соответственно с первым и вторым входами 6 и 7 блока 8 компарато ров , на третий вход 9 которого пода нулевой потенциал, а выход 10 подключен ко входу блока 11 управляющи сигналов, первый выход которого сое динен со входом управления элемента памяти 4, а второй выход соединен со входами управления пикового детектсра 3 и блока 8 компараторов. Между выходом элемента памяти 4 и входом делителя напряжения 5 вклю чен блок 12 умножения, другой вход которого связан с датчиком 13 угловой скорости и другим входом блока 11 управляющих сигналов через блок 14 определения относительного изменения сигнала, выход управления которого соединен с первым выходом бло ка управляющих сигналов. БЛОК 14 определения относительного изменения сигнала содержит эле-i 1мент памяти 15 ,вход и выход которого: соединены.со входами делителя напряжений 16, причем, вход управления элемента памяти 15 образует вход управления блока. Элементы памяти 4 и 15 имеют два режима работы: при отсутствии сигнала на их входах управления элементы 4 и 15 работают в режиме выборки (повторения) входного сигнала: при наличии сигнала на входах управления - в режиме запоминания. Блок 8 содержит два компара,тора: точный, пороги срабатывания и отпускания которого определяются нулевым потенциалом на входе 9, и грубый, порог срабатывания которого определяется уровнем потенциала на входе 7. При обратном срабатывании точного компаратора на выходе 10 блока формируется импульс, если перед этим произошло срабатывание грубого комапартора. Обратное срабатывание последнего осуществляется при подаче сигнсша на вход управления блока 8. Датчик 13 угловой скорости может быть выполнен в виде тахогенератора постоянного тока или в любого другого устройства, связанного с коленчатым валом двигателя и формирующего напряжение постоянного тока, уровен15 которого пропорционален мгновенному значению угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя. Делитель напряжений 16 осущесвляет деление сигнала, поступающего на его вход с выхода датчика 13, на сигнал, .поступающий с выхода элемента памяти 15, и может быть выполнен, например, на базе операционного усилителя, в цеиь обратной связи которого включен умножитель. Устройство работает следующим овразом. Пусть двигатель работает на постоянном режиме, которому соответствует частота следования f импульсов на выходе индуктивного датчика 1. При прохождении отметки ВМТ на маховике мимо датчика 1 в последнем возникают два разнополярных импульса/, причем истинному моменту ВМТ соответствует момент перехода сигнала через нулевой потенциал при смене положительной полярности сигнала на отри- . цательную. Датчик 13 вырабатывает напряжение U / пропорциональное мгновенному значению угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя. Допустим, на выходе датчика 1, а, следовательно, и на выходе усилителя 2 появляется импульс положительной полярности, возникающий при прохождении мимо датчика 1 отметки (отверст|1Я в маховике) ВМТ. В момент появления импульса на выходе усилителя 2, а, следовательно, и на входе 6 в

блоке 8 срабатывает точный компаратор, пороговый уровень срабатывания которого определяется нулевым потенциалом на входе 9 блока 8. При достижении сигналом на выходе усилителя 2 некоторого уровня, равного уровню сигнала на входе 7, в блоке 8 срабатывает грубый компаратор

и разблокирует выход точного КОМ паратора, а в момент, соответствующий максимуму сигнала, на выходе пикового детектора 3 фиксируется уровень , равный амплитудному значению появившегося импульса. В момент прохоладения ВМТ импульс на выходе усилителя 2 изменяет свою полярность, что вызывает обратное срабатывание точного компаратора блока 8. На выходе 10 блока 8 формируется короткий импульс,который поступает на вход блока 11. Этот импульс проходит на первый выход блока 11 и поступает на входы управления элемента памяти 4 и блока 14 определения относительного изменения сигнала. При этом элемент 4 переводится в режим выборки сигнала . с выхода пикового детектора 3, а в блоке 14 фиксируется значение U сигнала на выходе датчика 13, пропорциональное значению угловой скорости в момент появления импульса на первом выходе блока 11.

По заднему фронту импульсного сиг нала на первом выходе блока 11 элемент 4 переходит в режим запоминания уровня Uyvn , а на втором выходе блока 11 формируется второй короткий импульсный сигнал. По этому сигналу пиковый детектор 3 устанавливается в исходное нулевое состояние, а в блоке 8 происходит обратное срабатывание грубого компаратора, и выход точного компаратора блока 8, следовательно, и выход блок 8 блокируется. На выходе блока 14 . вырабатывается сигнал К , , пропорциональный отношению сигнала UL на выходе датчика 13 в текущий момент времени к уровню и, сигнала датчика 13 момент появления импульса на первом выходе блока 11. Сигнал ULc выхода элемента 4 и сигнала Кц с выхода блоха 14 поступают на соответствующие входы блока 12 умножения. На выходе последнего образуется сигнал, пропорциональный произведению этих сигналов и равный к . Uw, t где Кц-UN / UVHУровень сигнала на выходе блока

12 уменьшается в К а раз с помощью делителя 5 и поступает на вход 7 блока 8.

Таким образом, в результате описанного выше процесса на входе 7 бло ка 8, связанного с делителем 5, автоматически устанавливается пороговой уровень, пропорциональный значению амплитуды сигнала отметки ВМТ и изменению угловой скорости вращен.ия коленчатого вала двигателя, а на выходе 10 в момент обратного срабатывания точного компаратора блока 8 формируется короткий импульс Передний фронт этого импульса соот;ветствуёт-моменту изменения полярности сигнала отметки ВМТ, поскольку порог срабатывания и отпускания, трчного компаратора устанавливается на входе 9 постоянным и равным нулю.

Описанный вьюне процесс формирования сигнала на выходе 10 устройства повторяется при появлении на выходе ус илителя 2 следующего импульса положительной полярности с амплитудой UH, , превышающей пороговый уровень на входе 7 блока 8. При этом если амплитуда этого импульса отличается от амплитуды предьщущего импульса, т.е. (п. то на входе 7 блока 8 автоматически устанавливается новый пороговый уровень срабатывания грубого компаратора блока 8, равный Ut /KuKe..

Описанный выше процесс формирования сигнала на выходе 10 устройств не происходит при появлении на выход усилителя 2 импульса помехи положительной полярности с амплитудой, меньшей порогового уровня на входе 7 блока 8. При этом значение порогового уровня на входе 7 не изменяется

Поскольку амплитуда положительных импульсов, вызванных прохождением мимо датчика 1 отметок ВМТ, всегда больше амплитуды импульсов, вызванных дефектами маховика, то пороговый уровень срабатывания на входе 7 блока 8 определяется только сигналами отметок ВМТ, При выполнении условия Кл. Ксп/ где «сп отношение сигнал/ помехана выходе датчика 1, появление импульсов, вызванных дефектами . махоЬика,. не вызывает срабатывания блока 8, а, следовательно, и появления сигнала на выходе 10 устройства.

Пусть теперь скоростной режим двигателя резко изменяется. Допустим, например, что при выбеге двигателя (скорости вращения коленчатого вала двигателя уменьшается) амплитуда следующего сигнала отметки ВМТ уменьшается по сравнению с амплитудой предыдущего сигнала отметки ВМТ в К К раз. Однако во столько же раз к моменту появления следукндего сигнала отметки ВМТ уменьшается сигнал на выходе блока 14, а, следовательно, и на выходе блока 12 и соответственно на выходе делителя 5 и на входе 7 блока 8. В результате сигналы на обоих входах 6 и 7 блока 8 уменьшаются в равное количество оаз и процесс формирования слелукяцего импульса на выходе блока 8 не нарушается. Допустим тепеоь, что при разбеге двигателя fскорость вращения коленчатого вала двигателя увеличивается) амплитуда не только сигнала нр и помехи на выходе усилителя 2 увеличивается в К К.раз. Однако в такое же количество раз увеличивается сигнал и на выхрде блока 14, а, следовательно, и пороговый уродень н входе 7 блока 8.В результате не про исходит ложного срабатывания„блока 8 При остановке двигателя сигнал на .выходе датчика 13 становится равным нулю. В этот момент блок 11 срабатывает и формирует на своих выходах по стоянные сигналы. В результате пиковы1 детектор удерживается постоянно в исходном нулевом состоянии, а выход блока 8 блокируется. Элемент 4 находится в режиме выборки сигнала с .выхода пикового детектора 3, а в блоке 14 фиксируется нулевой уровень сигнала с выхода датчика 13. При запуске двигателя на выходе датчика 13 появляется сигнал, отличнь й от нулевого. В этот момент на выходах блока 11 появляются нулевые сигналы, по которым на выходе элемента 4 фиксируется нулевой уровень сигнала, а на выходе блока 14 - сигнал, соответствующий К,«1. В результате на выходе блока 12, а, следовательно, на выходе делителя 5 и, со 6тветствеино на входе 7 блока 8 устанавливается нулевой порог срабатываиия. Первый же импульс с датчика 1 проходит ма выход блока 8 и Формируе niepByio управлякших сигналов на выходе блока 11. .Блок 14 работает следукхцим образом. Короткий импульс, образующийся на первом выходе блока 11 в момент прохождения ВМТ, поступает на вход управления блока 14, связанный со вхором управления элемента памяти 15, на вход которого поступает сигнал да тчика 13. По этому импульсу элемент памяти 15 устанавливается в режим вы борки (повторения) сигнала датчика 13, а по окончании этого импульса ус танавливается в режим хранения сигнала датчика 13. Таким образом, между моментами прохождения ВМТ на выходе элемента памяти 15 фиксируется уровень сигнала U датчика 13, пропорциональный значению угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя в;момент прохождения очередной ВМТ. Сигнал с выхойа элемента памяти 15 поступает на вход делителя напряжений 16, на другой вход которого по ступает сигнал Uv непосредственно с выхода датчика 13. Делитель напряжений 16 осуществляет операцию деления сигнала, поступающего с выхода датчика 13, на сигнал, поступающий с выхода элемента памяти 15. В результате на выходе делителя напряжений 16, а, следовательно, и на выходе блока 14 нёпрерЕлвно формируется сигнал Кц иу/иу , пропоциональный изменению угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя между моментами прохождения ВМТ. Таким образом, введение новых элементов; блока умножения, датчика угловой скорости вращения и блока определения относительного изменения сигнала - выгодно отличает предложенное устройство оа прототипа, так как позволяет автоматически без участия оператора формировать порог . срабатывания устройства при изменяющейся угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя, например, в режиме разбега и выбега двигателя, что расширяет область применения устройства. формула изобретения 1. Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания, содержащее индуктивный датчик , усилитель, пиковый детектор , элемент памятч, делитель напряжения, блок компараторов и блок управляющих сигналов, причем, индуктивный датчик связан через усилитель с первым входом блока компараторов и с последовательно соединенными пиковыми детектором и элементом памя-. ти, делитель напряжения связан со вторым входом блока компараторов, на третий вход которого подключен нулевой потенциал, а выход подключен к входу блока управляющих сигнгшов, первый выход которого соединен с вхЬдом управления элемента памяти, а второй с входами управления пикового детектора и блока компараторов, отличающееся тем, что, с целью расширения области его применения, в него дополнительно включены блок умножения, датчик угловой скорости и блок определения относительного изменения сигнала, причем, между выходом элемента памяти и входом делителя напряжения включен блок умножения, другой вход которого связан с датчиком угловой скорости и другим входом блока управляющих сигналов через блок определения относительного изменения сигнала-, вход управления которого соединен с первым выходом блока управляквдих сигналов. 2. Устройство по п.1, отличающеся тем, что блок определения отноительного изменения сигнала содерит дополнительный элемент памяти, дополнительный делитель напряжения, причем вход и выход дополнительиого элемента памяти соединены со ВХОДАМИ дополнитедьного делителя на пряжения, а вход управления дополнительного элемента пгиляти служит входом у1 р вления блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2671301/25-06, кл. QOIM 15/00, 1978.