SU1138684A1 - Устройство дл контрол параметров двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КШТРОЛЯ ;ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее измерительный блок, датчики давлени  опорного и угловых положений, первый и второй формирователи импульсов, блок фазовращателей , блок селекции импульсов, усилитель, указатель момента экстре ,мума, блок синхронизации и фазовый дискриминатор, причем один из изме:рительных входов измерительного блока соединен с выходом датчика давлени  через усилитель и непосредственно с входом указател  момента экстремума, управл ющий вход измерительного блока соединен с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены соответственно с первым и вторьм выходами блока селекции импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовращателей, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первьй и второй формирователи импульсов, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  и повышени  надежности контрол , снабжено первым и вторым элементами задержки , причем первый элемент задержки включен между первым выходом блока селекции импульсов и первым входом фазового дискриминатора, а второй элемент задержки - между выходом указател  момента экстремума и вторым входом фазового дискриминатора . (Л 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что элементы задержки снабжены дополнительными входаьш, причем указанные входы подключены к второму выходу блока селекции импульсов. оо 3.Устройство по пп. 1 и 2, от00 Од личающеес  тем, что блок фазовращателей содержит умножитель 00 частоты и третий элемент задержки, выход которого служит первым выходом , а вход- первым входом блока фазовращателей , .дополнительный вход третьего элемента задержки и второй ; выхбд блока фазовращателей подключены к выходу умножител  частоты, вход которого служит вторым входом блока фазовращателей.

Description

1 Изобретение отйоситс  к приборостроению , а именно к средствам дл  диагностики и контрол  двигателей внутреннего сгорани . Известны устройства дл  контрол  параметров двигател  внутреннего сг рани , содержащие датчик угловых по ложений с кодовой шкалой, изйерительный блок. В устройствах датчик угловых положений вырабатьшает код, текущее значение которого определ етс  углом поворота коленчатого вала. Это достигаетс  тем, что некоторое знач ние кода, например нулевое, принимаетс  за опорное, причем датчик обычно устанавливаетс  так, что момент по влени  опорного значени  ко да св зьшают с моментом достижени  поршнем опорного цилиндра положейи  верхней мертвой точки (в.м.т. По сигналам датчика измерительный блок производит измерение сигнала, поступающего ца один из его измерительных входов С13. - Одним из недостатков устройств  вл етс  необходимость установки и жесткой св зи датчика угловых положений с коленчатым валом двигател , в то врем  как в большинстве практических случаев, например, в услов  х, эксплуатационной диагностики, до ступ к коленчатому валу двигател  ограничен или невозможен, что услож н ет и снижает надежность контрол  и существенно ограничивает область применени . Другим недостатком устройств  вл етс  сравнительно невысока  точ ность контрол , вызванна  тем, что момент по влени  опорного значени  кода не совпадает с действительным моментом,в.м.т. вследствие неточности установки датчика. К тому же в процессе эксплуатации двигател  разность между моментами по влени  опорного кода датчика и в.м.т. еще более увеличиваетс  из-за увеличени зазоров в кривошипно-шатунном механизме . Известны устройства дл  контрол  параметров двигател  внутреннего сгорани , содержащие измерительный блок, датчики давлени , опорного и угловых положений, первьм и второй .формирователи импульсов, блок фазовращателей , блок селекции импульсов , усилитель, указатель момента 42 экстремума, блок синхронизации и фазовый дискриминатор, причем один из измерительных входов измерительного блока св зан с выходом датчика давлени  через усилитель и непосредственно с входом указател  момента экстремума, управл ющий вход измерительного блока св зан с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока селекции импульсов первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовращателей, первый и второй входы которого св -. заны с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов, Датчик угловых положений устройства за один оборот коленчатого вала двигател  формирует серию импульсов , рассто ние между которыми равно определенному углу поворота вала, а число, например, числу металлических штырей, равномерно расположенных по окружности маховика . Одна из отметок датчика угловых положений, следующа  за отметкой датчика опорного положени , принимаетс  за начальную. Датчик сравнительно прост по конструкции, устанавливаетс  на невращающейс  части двигател . При отключенной подаче топлива устройство позвол ет устранить фазовый сдвиг между моментом по влени  начальной отметки датчика угловых положений и моментом по влени  максимума давлени , соответствующего .т. опорного цилиндра , и, следовательно, повысить точность контрол  параметров двигател . Момент максимума давлени  фиксируетс  указателем момента экстремума , при этом точность операции устранени  фазового сдвига и, следовательно , точность контрол  тем выше, чем ниже порог чувствительности указател  момента экстремума С23. Недостатками известного устройства  вл ютс  сравнительна  сложность и низка  надежность контрол  вследствие сложности и низкой надежности выполнени  операции устранени  фазового сдвига между моментом в.м.т. и начальной отметкой датчика угловых положений. Это вызываетс  тем, что любой сигнал помехи , который по вл етс  на участке нарастани  (фронте) сигнала давлени  в виде колебани , размах которого превышает порог чувствительности указател  момента экстремума, вызывает срабатывание последнего до момента по влени  максимума давлени  и соответственно формирование ложного сигнала Б.М.Т., опережающего момент истинного сигнала в.м. Образование ложных сигналов в.м.т моменты по влени  которых в силу случайного характера помех .также случайны от цикла к циклу работы двигател , вызывает необходимость выполнени  большого числа повторных регулировок при устранении фазового сдвига, снижает достоверность выпол нени  этой операции, приводит в конечном итоге к по влению неверных результатов измерений и тем самым усложн ет и снижает надежность конт рол  параметров двигател . Цель изобретени .-. - упрощение и повьп ение надежности контрол . Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  контрол  па i раметров двигател  внутреннего сгорани , содержащее измерительный блок, датчики давлени  опорного и у ловых положений, первый и второй фо мирователи импульсов, блок фазовращателей , блок селекции импульсов, усилитель, указатель момента экстре мума, блок синхронизации и фазовый дискриминатор, причем один из измерительных входов измерительного бло ка соединен с выходом датчика давле ни  через усилитель и непосредственно с входом указател  момента экстремума, управл ющий вход измерительного блока соединен с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы -которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока селекции импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вт рым выходами блока фазовращателей, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов, снабжено первым и вторым элементами задержки, причем первый 84. 4 элемент задержки включен между первым выходом блока селе11ции импульсов. и первым входом фазового дискриминатора , а второй элемент задержки между выходом указател  момента экстремума и вторым входом фазового дискриминатора. Кроме того элементы задержки снабжены дополнительными входами, причем указанные входы подключены к второму выходу блока селекции импульсов . Блок фазовращателей содержит умножитель частоты и третий элемент задержки, выход которого служит первым выходом, вход - первым входом блока фазовращателей, дополнительный вход третьего элемента задержки и второй выход блока фазовращателей подключены к выходу умножител  частоты, вход которого служит вторым входом блока фазовращателей . На чертеже приведена структурна  электрическа  схема предлагаемого устройства. Устройство содержит измерительный блок 1, датчик 2 давлени , датчики опорного 3 и угловых 4 положений , первьм 5 и второй 6 формирователи импульсов, блок 7 фазовращателей , блок 8 селекции импульсов, усилитель 9, указатель 10 момента экстремума, блок I Г синхронизации и фазовь дискриминатор 12. Один из измерительных входов измерительного блока I св зан с выходом датчика 2 давлени  через усилитель 9 и непосредственно с входом указател  10момента экстремума, управл ющий вход - с выходом блока 11 сикхронизации, установочный и счетшлй входы которого соединены соо ветственно с первым 13 и вторым 14 выходами блока 8 селекции импульсов . Первый 15 и второй 16 входы блока 8 селекции импульсов соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 7 фазовращателей, первый и второй входы которого св заны с вь ходами датчиков опорного 3 и угловых 4 положений соответственно через первый 5 и второй 6 формирователи импульсов. Устройство снабжено первым (7 и вторым 18 элементами задержки, причем первый элемент 17 задержки включен между первым 13 выходом блока 8 селекции импульсов и первым входом фазового дискриминатора 12, а второй элемент 18 задержки - между выходом указател  10 момента экстремума и вторым входом фазового, дискри минатора 12, Элементы 17 и 18 задержки снабжены дополнительными входами , причем указанные входы подключены к второму выходу 14 блока 8 селекции импульсов. Блок 7 фазовращателей содержит умножитель 19 частоты и элемент 20 задержки, выход которого  вл етс  первым выходом, а вход - первым входом блока 7 фазовращателей, допол-, нительный вход третьего элемента 20 задержки и второй выход фазовращателей подключены к выходу умножителе 19 частоты, вход которого  вл етс  вторым входом блока 7 фазовращателей Блок 8 селекции импульсов пропускает на выход 14 все импульсы, посту пающие на его вход 16, за исключением первого импульса, возникающего после по влени  сигнала навходе 15. Этот первый пропущенный импульс поступает на выход 13. Блок 8 селекции представл ет собой обычную комбинационно-логическую схему, состо щую, например, из триггера и схем совпаде ни . Указатель 10 момента экстремума вырабатывает импульс в момент достижени  некоторой функцией своего экст ремального значени . В качестве указател  момента экстрем5 ма может быть использован один из известных указателей , построенных на базе однопол рного пикового детект.ора и подключенного к его входу и выходу компаратора . Пиковый детектор автоматически обнул етс  путем Шунтировани  запоминающей емкости; если входной сигнал не достигает некоторого фиксированного уровн -и, следователь но, указатель 10 отмечает моменты по влени  максимума входного сигнала и любых других экстремумов, по вл ющихс , например, вследствие во.здействи  помех, только на участке нарастани  (фронте) входного сигнала. Указатель 10 не срабатывает, если размах колебани , вызванного помекой , не превышает пррога чувствитель ности его компаратора. Элемент 17- задержки может быть выполнен на базе ждущего мультивибП 4 ратора с фиксированной длительностью импульса. Выходной импульс элемента 17 формируетс  при этом по срезу 1шпульса ждущего мультивибратора. Элемент 18 задержки может быть выполнен аналогично элементу 17 с той лишь разницей, что его ждущий мультивибратор должен обладать свойством повторного запуска. Предпочтительным  вл етс  использование, цифровых ждущих мультивибраторов, построенных на базе генераторов образцовой частоты и вычитающих счетчиков сцеп -ми предустановки кода и триггерами , обеспечивающими стартстопньш режим работы. При снабжении элемента задержки дополнительным входом в качестве генератора образцовой часто- : ты используетс  внешний источник импульсов и врем  задержки t3 T«-N3, где Ту - период следовани  импульсов внешнего источника; NJ - код предустановки счетчика; Третий элемент 20 задержки также может быть выполнен на базе цифрового ждущего мультивибратора, работающего в режиме счета импульсов, поступающих на дополнительный вход.. В качестве задатчика кода предпочтительным  вл етс  использование многооборотного потенциометра, напр жение с которого преобразуетс  в код с помощью аналого-цифрового преобразовател . Умножитель 19 формирует за период следовани  входных импульсов число импульсов, равное коэффициенту умножени  К. В качестве умножител  19 может быть использован умножитель число-импульсного типа, построенный на базе генератора опорной частоты, делител  опорной частоты с коэффициентом делени , равным коэффициенту умножени  К и.управл емого делител  частоты. Фазовый дискриминатор I2 сравнивает фазы поступающих на его входы импульсов и формирует на своем индикаторе сигналы Отставание, Опережение, Синфазность.Фазовый дискриминатор может быть выполнен на базе фазового компаратора, фазометра и др. Датчик 2 давлени  вырабатьшает электрический сигнал, пропорциональный давлению газов в опорном цилиндр е двигател .

Устройство работает следующим образом .

Датчик 3 опорного .положени  формирует один импульс за один оборот коленчатого вала в момент, опережающий на некоторый угол V момент в.м.т. поршн  опорного цилиндра. Датчик 4 угловых положений формирует за оборот коленчатого вала серию импульсов, равномерно следующих один за другим через угол М ,, 360/1, где i число импульсов в серии. Импульсы датчиков 3 и 4, сформированные по форме и длительности соответственно формировател ми 5 и 6, поступают на соответствующие входы блока 7 фазовращателей . На первом выходе блока 7 фазовращателей, св занном с входом 15 блока 8 селекции, формируютс  импульсы, сдвинутые относительно импульсов на первом его входе, св занном с датчиком 3, на некоторый угол if. , определ емый блоком фазовращателей. На втором выходе Блока 7 фазовращателей за оборот коленчатого вала формируетс  сери  импульсов, равномерно следующих один за другим через угол , определ ющий дискретность выполнени  фазового сдвига Цф , где К посто нный :коэффициент, значение которого выби;раетс  из соображений обеспечени  :требуемой точности фазового сдвига, выполн емого блоком 7. Причем каждый импульс на первом выходе блока

7синфазен с одним из импульсов на втором его выходе.

Пусть на выходе датчика 3 по вл етс  импульс. Этот импульс через угол 44,., с соответствующего выхода блока / поступает на вход 15 блока

8селекции и измен ет его состо ние так, что по срезу импульса вход

:16 блока подключаетс  к его же выходу 13. Через угол Цд после по влени  импульса на входе 15 блока 8 на его входе 16 по вл етс  очередной импульс , формируемый блоком 7 по сигналам датчика 4. Этот импульс проходит на выход 13 блока 8 и поступает на установочный вход блока 11 синхронизации. Блок II устанавливаетс  в исходное состо ние, соответствующее нулевой фазовой отметке. По срезу импульса, поступакмцего на выход 13 блока 8, последний устанав386848

ливаетс  в состо ние, при котором его вход 16 подключаетс  к выходу 14 этого же блока. При повороте коленчатого вала на угол Ч , на входе 5 16 блока 8 по вл етс  следующий импульс , сформированный блоком 7 по сигналу датчика 4. Этот импульс поступает на счетный вход блока 11 синхронизации и устанавливаетч его JO в состо ние, соответствующее первой фазовой отметке, сигнализирукщей о повороте коленчатого вала на угол , Состо ние блока 8 не измен етс  до по влени  следующего задержанного импульса датчика 3 на входе 15.

Таким образом, за один оборот коленчатого вала первый из сформированных блоком 7 импульсов по сигналу датчика 4 после по влени  задержан- . 20 ного импульса датчика 3 поступает на установочный вход блока 11, а остальные сформированные импульсы поступают на счетньй вход блока 1I и последовательно измен ют его состо ние. 5 При этом переход блока 1I в следующее состо ние соответствует повороту коленчатого вала на угол j по отношению к моменту по влени  импульса на установочном входе блока 11, 0 где j пор дковый номер импульса на его счетном входе.

На выход блока 1 и соответственно на управл кнций вход измерительного блока Л поступают сигналы в моменты изменени  состо ни  блока I1, выбранные по заранее заданной блоку 11 программе.

Импул-ьсы с выхода 13 блока 8 одновременно поступает на вход элемента 17 задержки, на выходе которого через интервал времени cj, определ емый элементом 17, формируетс  импульс. Этот импульс поступает на один из входов фазового дискриминатора 12, на другой вход которого поступает импульс с выхода элемента 18 задержки, сформированный по сигт налам указател  10 момента экстремума . На вход указател  10 поступает Q через усилитель 9 сигнал с датчика 2 давлени , пропорциональньй давление газов в опорном цилиндре двигател . Указатель 10 начинает анализировать входной сигнал после превыj шени  последним некоторого наперед заданного уровн . При этом любой сигнал помехи, который по вл етс  на фронте сигнала датчика 2 в виде ко9 лебани , размах которого,превьшает порог чувствительности указател  10 вызывает орабатьшание последнего до момента по влени  максимума давлени . Таким образом, на выходе указа тел  10 формируетс  за один цикл работы двигател  сери  импульсов, последний из которых соответствует максимуму входного сигнала. После снижени  сигнала давлени  до некоторого , наперед заданного уровн  указател  10, автоматически обнул етс . Описанный вьше процесс формировани  серии импульсов повтор етс  вновь при достижении сигналом давлени  наперед заданного ypoB н . При поступлении первого импульса серии на вход элемента 18 задерж ки последний запускаетс . Длительность задержки элемента 18 равна длительности f. задержки элемента 17 и выбрана таким образом, чтобы выполн лось неравенство t Г, ; где Сф длительность фронта сигнала давлени , определ ема ,промежутком времени от момента достижени  этим сигналом некоторого наперед заданного уровн  до момента достижени  максимального значени , а t проме жуток времени, за который вал двигател  повернетс  на 180°, При выполнении этого неравенства очередной импульс серии, поступающей на вход элемента 18, осуществл ет его повторный запуск до того, как на его выходе начнет формироватьс  задержанный импульс. При по влении по следнего импульса серии, т.е. импул са фронт которого совпадает с момен том максимут а сигнала датчика 2, вновь осуществл етс  запуск элемента 18 и через интервал времени f на его выходе сформируетс  импульс, который поступит на вход фазового дискриминатора 12. В следующем цикл работы двигател  процесс формировани  импульса на выходе элемента 18 задержки повторитс . Таким образом, на одном из входо фазового дискриминатора 12 формируетс  в каждом цикле работы двигател  импульс, задержанный на врем  t относительно момента достижени  мак симума сигналом датчика 2 давлени  На другом входе фазового дискримина тора 12 формируетс  импульс, задержанный на врем  t относительно импульса , прин того за начало отсчета фаз. Поскольку врем  задерласи элементов 17 и 18 выбрано равными, то разность фаз импульсов на входах фазового дискриминатора равна по модулю и совпадает по знаку с разностью фаз между импульсом начала отсчета фаз на выходе П блока В и импульсом максимума, совпадающим с моментом максимума сигнала давлени  и сформированном на выходе указател .10. Такий образом, если импульс на выходе 3 отстает по фазе от импульса максимума на выходе указател  10, то фазовьм дискриминатор 12индицирует на своем индикаторе -сигнал Отставание. Если импульс на выходе 13 опережает по фазе импульс максимума на выходе указател  10, то фазовый дискриминатор 12 индицирует сигнал Опережение, При совпадении импульсов по фазе индицируетс  сигнал Синфазность. Перед началом процесса контрол  параметров двигател  подача топлива в опорный цилиндр отключаетс  , В этом случае по влени  макси№/ма давлени  и следовательно, момент по Блени  импульса , соответстзутощего максимуму давлени ., на выходе указател  10 соответствует моменту в.кит. поршн  опорного цилиндра. Если ф + f,.o,5,тo импульс на выходе 13 блока 8 опережает по фаза импульс максимума указател  0 и фазовый дискрИ1«1инатор 12 индицирует сигнал Опережение, Оператор измен ет параметр 4 7 фазовращателей в сторону его увеличени . В момент ф+4, Чов импульс на выходе 13блока 6 совпадает по фазе с импульсом максимума указател  10, и фазовый дискриминатор 12 индицирует сигнал Синфазность. Если + Ч, , то импульс на выходе 13 блока 8 отстает по фазе от импульса максимума указател  10, и фазовый дискриминатор 12 индицирует сигнал Отставание. Оператор добиваетс  получени  сигнала Синфазность , уменьша  параметр Чф блока 7 фазовращател . Таким образом, после получени  сигнала Синфазиость фаза по влени  импульса на выходе 13 блшка 8, а следовательно, и на установочном входе блока 1 1 , совпадлет с истинII

ным моментом в.м.т. поршн  опорного цилиндра.

После этого включаетс  подача топлива в опорный цилиндр, и начинаетс  процесс измерени  параметров двигател  по сигналам, поступающим на управл ющий вход измеритель ,ного блока I с выхода блока П синхронизации . Эти сигналы возникают в заданные моменты j , поворота коленчатого вала относительно в.м.т. порш н  опорного цилиндра.

При использовании дополнительных входов элементов 17 и 18 на эти входы поступают импульсы с выхода 14 блока 8 с периодом, соответствующим посто нному и равному Ц, значению угла поворота коленчатого вала. Соответственно элементы 17 и 18 формируют задержки , где Ny код предустановки счетчика элемента задержки и, следовательно, значение 4 не зависит от частоты вращени  вала двигател .

Блок 7 фазовращателей работает следующим о бр аз ом.

Импульсы с выхода формировател  5 поступают на вход третьего элемента 20 задержки,  вл кмцийс  входом предустановки его счетчика. На дополнительный вход третьего элемента 20 задержки и на второй выход блока 7 поступают импульсы с выхода умножител  19, йа вход которого поступак т импульсы 1 датчика 4 угловых положений, сформированные формирователем 6. Третий элемент 20

. работает аналогично элементам 17 и 18 и обеспечивает сдвиг импульсов р атчика 3 опорного положени  по фазе на величину t, значение которой измен етс  оператором путем измене;ни  кода предустановки счетчика эле 1ента 20.задержки.

868412

Коэффициент умножени  К умножител  выбираетс  из соображени  обеспечени  необходимой точности выполнени  фазового сдвига первым, вторым 5 и третьим элементами 17, 18 и 20 задержки .

Введение элементов задержки, один из которых включен между первым выходом блока селекции и одним из входов фазового дискриминатора, а другой между выходом указател  момента экстремума и другим входом фазового дискриминатора, выгодно отличает предлагаемое устройство от . известного , поскольку позвол ет устранить вли ние ложных срабатываний указател  момента экстремума, возникающих из-за помех, наложенных на сигнал датчика давлени , тем самым уменьщить число повторных регулиро:вок при устранении фазового сдвига между моментом в.м.т. и начальной отметкой датчика угловых положений, повысить достоверность результатов измерений и, как следствие, упростить процесс и повысить надежность контрол  .

Снабжение элементов задержки дополнительными входами и подк;вочение

0 их к второму выходу блока селекции импульсов, позвол ет сделать величину задержек независимой оТ частоты вращени  вала двигател  и тем самьм расширить область применени  устройства. Выполиение блока фазовращателей в виде элемента задержки и умножител  частоты позвол ет снизить требовани  к разрешающей способности датчика угловых положений,

0 обеспечив одновременно требуемую дискрезгиость регулировки фазового сдви . га и, следовательно, повысить Точность формировани  задержек введенными элементами задержки, и расширить область примеиенк  устройства.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ 'ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее измерительный блок, датчики давления опорного и угловых положений, первый и второй формирователи импульсов, блок фазовращателей, блок селекции импульсов, усилитель, указатель момента экстремума, блок синхронизации и фазовый дискриминатор, причем один из измерительных входов измерительного блока соединен с выходом датчика давления через усилитель и непосредственно с входом указателя момента экстремума, управляющий вход измерительного блока соединен с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены соответственно с первым и вторьм выходами блока селекции импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовращателей, первый и второй входы которого соединены с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности контроля, снабжено первым и вторым элементами задержки, причем первый элемент задержки включен между первым выходом блока селекции импульсов и первым входом фазового дискриминатора, а второй элемент задержки - между выходом указателя момента экстремума и вторым входом фазового дискриминатора.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что элементы задержки снабжены дополнительными входами, причем указанные входы подключены к второму выходу блока селекции импульсов.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что блок фазовращателей содержит умножитель частоты и третий элемент задержки, выход которого служит первым выходом, а вход- первым входом блока фазовращателей, .дополнительный вход третьего элемента задержки и второй выхбд блока фазовращателей подключены к выходу умножителя частоты, вход которого служит вторым входом блока фазовращателей.