Устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания

 

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 280180 (2!)2878377/25-06 (51)М. КЛ.

G 0! М 15/00 с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетГосударствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 071081. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 071081 (53) Удт(821. 43. 001. .5(088.8) I

P.À.Áèêååâà, Б.Д.Бородин, P.À.Èâà ев и Г..Ф.Морозов

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

В НУТРЕ Н НЕГО СГОРА НИЯ

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к средствам для диагностики и контроля двигателей внутреннего сгорания.

Известны устройства для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания, содержащее измерительный блок, датчики давления, опорного и угловых . положений, первый и второй формиро ватели, усилитель и блок синхронизации, причем, один из измерительных входов измерительного блока связан с выходом датчика давления через усилитель, а управляющий вход — с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов !.11.

Эти устройства имеют в своем составе датчик угловых положений, который за один оборот коленчатого вала двигателя формирует серию импульсов, расстояние между которыми равно определенному углу поворота вала и число которых равно, например; числу металлических штырей, равномерно расположенных по окружности маховика, или числу прорезей кодового диска, жестко связанных с коленчатым валом и др. Формирование заданной фазовой отметки в блоке синхронизации осуществляется путем счета до определенного, наперед заданного числа импульсов датчика угловых положений. Момент начала счета определяется импульсом датчика опорного положения, поступающим на установочный вход блока синхронизации. Наличие датчика угловых положений вала двигателя позволяет повысить точность контроля путем снижения погрешности из-за неравномерного вращения вала двигателя. Однако точность контроля известным устройством остается сравнительно низкой вследствие несовпаде-. ния моментов появления сигнала дат— чика опорного положения и действительного момента опорного положения (в.м.т.), вызванного неточностью установки датчика и зазоров в кривошипношатунном механизме двигателя, а также вследствие нал.лчия фазового сдвига между моментами появления импульса датчика опорного положения и импульса датчика угловых положений, вызванного погрешностью установки датчика угловых положений и

871021

его меток относительно метки датчикЙ опорного положения.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены блок селекции импульсов, блок фаэовращателей, фазовый дискриминатор и указатель момента экстремума, причем, .блок фазовращателей и блок селекции соединены последовательно и включены между выходами формирователей импульсов и входами блока синхронизации так, что первый и второй входы блока фазонращателей связаны с выходами одноименных формирователей импульсов, первый и второй выходы блока фазонращателей соединены соответственно с первым и вторым входами блока селекции импуль-. сов, первый выход которого соединен с установочным входом блока синхро- 20

Низации и с одним из входов фазового дискриминатора, а второй выход свяI зан со счетным входом блока синхронизации, при этом другой вход фазового дискриминатора через указатель мо- yg мента экстремума подключен к выходу усилителя, Блок фазонращателей содержит преобразователь частоты в напряжение, масштабирующий элемент, а также первый и второй элементы задержки, управляющие входы которых через масштабирующий элемент связаны с выходом преобразователя частоты в напряжение, вход которого соединен со входом второго элемента задержки, причем, выходы и один из входов каждого иэ элементов задержки образуют входы и выходы блока фазовращателей.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. 40

Устройство содержит измерительный блок 1, один из измерительных входов которого связан с выходом датчика 2 давления через усилитель 3, а упранляющий вход — с выходом блока 4 синхронизации, установочный и счетный входы которого связаны с выходами датчиков опорного 5 и угловых б положений коленчатого вала соответственно через первый 7 и второй 8 формирователи импульсон.

Между выходами формирователей 7 и

8 импульсов и входами блока 4 синхронизации включены последовательно соединенные блок 9 фаэовращателей и блок 10 селекции импульсов так, что первый и второй входы блока фазовращателей связан с выходами одноименных формиронателей импульсов, первый и второй выходы блока фазовращателей соединены соответственно с первым 6О

11 и вторым 12 входами блока селекции импульсов 10, первый выход которого

13 соединен с установочным входом блока 4 синхронизации и с одним из входов фазового дискриминатора 14, второй выход 15 связан со счетным входом блока 4 синхронизации, а другой вход фазового дискриминатора 14 через указатель момента экстремума

16 подключен к выходу усилителя 3.

Блок 9 фазовращателей содержит первый 17 и второй 18 элементы задержки, управляющие входы которых через масштабирующий элемент 19 связаны с выходом преобразователя 20 частоты в напряжение, вход которого соединен со входом второго элемента задержки

18, причем, вход и выход первого элемента 17 задержки и вход и выход второго элемента 18 задержки образуют одноименные входы и выходы блока.

Блок 10 селекции импульсов пропускает на выход 15 все импульсы, поступающие на его вход 12 за исключением первоro импульса, возникающего после появления сигнала на входе 11.

Этот первый пропущенный импульс поступает на выход 13. Блок селекции представляет собой обычную комбинационно-логическую схему, состоящую, например, из триггера и схем совпадения.

Фазовый дискриминатор 14 сравниваетт фазы поступающих на его входы импульсов и формирует на своем индикаторе сигналы "Отставание", "Опережение", "Синфазность". Фазовый дискриминатор является широко известным устройством и может быть выполнен на базе фазового компаратора, фаэометра и др. Указатель момента экстремума

16 вырабатывает импульс н момент достижения некоторой гладкой функцией своего экстремального значения.

Элементы задержки 17 и 18 блока фазовращателей 9 могут быть выполнены, например, на базе управляемых ждущих мультивибраторон, времяэадающая цепь которых питается управляющим напряжение. При этом величина задержки обратнопропорциональна управляющему напряжению.

Датчик 2 давления вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный давлению газов в опорном цилиндре двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 5 опорного положения формирует один импульс за один оборот коленчатого вала в момент, опережающий на некоторый угол ЧОБ момент в.м.т. поршня опорного цилиндра. Датчик б угловых положений формирует за оборот коленчатого вала серию импульсов,. равномерно следующих один за другим через угол Qy =360/i где — число импульсов в. серии. При этом импульс датчика 6, следующий за импульсом датчика 5, сдвинут относительно его угол 90 (9 о8 Импульсы датчика 5 и б, сформированные по форме и длительности соответственно формирователями 7 и 8, поступают на

871021 соответствующие входы блока 9 фазовращателей. Через некоторый угол 9ф, определяемый блоком фазовращателей

9, эти импульсы поступают на соответствующие выходы блока 9.

Пусть на выходе датчика 5 появляется импульс. Этот импульс через угол 9ф с соответствующего Diûîäà блока 9 поступает на вход 11 блока 10 селекции и изменяет его состояние так, что вход 12 блока подключается к его же выходу 13. Через угол 1 на другом выходе блока 9 появляется задержанный импульс датчика 6 и поступает на вход 12 блока 10. Импульс проходит на выход 13 блока 10 и поступает на установочный вход блока 15 синхронизации 4. Блок 4 устанавливается в исходное состояние, соответствующее нулевой фазовой отметке.

По заднему фронту импульса на входе

12 блока 10 последний устанавливает- Щ ся в состояние, при котором вход 12 этого блока подключается к его же выходу 15. При повороте коленчатого вала на угол у на входе 12 блока

10 появляется следующий задержанный импульс датчика 6. Этот импульс посту, пает на счетный вход блока 4 синхронизации и устанавливает его в состояние, соответствующее первой фазовой отметке, сигнализирующей о повороте коленчатого вала на угол LP . Состоякие блока 10 не изменяется до появ= ления следующего задержанного импульса датчика 5 на входе 11.

Таким образом, за один оборот коленчатого вала первый задержанный импульс датчика 6 после появления импульса датчика 5 поступает на установочный вход блока 4,а остальные задержанные импульсы датчика 6 поступают на счетный ход блока 4 и 40 последовательно изменяют его состояние. При этом переход блока 4 в следующее состояние соответствует повороту коленчатого вала на угол $9y после появления импульса на устано- 45 вочном входе блока 4, где. порядковый номер импульса на его счетном входе.

На выход блока 4 и соответственно на управляющий вход измерительного блока 1, поступают сигналы в моменты изменения состояния блока 4, выбранные,по заранее заданной блоку 4 программе.

Импульс с выхода 13 блока селекции

10 одновременно поступает на один из входов фазового дискриминатора 14.

На другой вход фазового дискриминатора 14 поступает импульс указателя момента экстремума, формируемый в момент, соответствующий максимуму ц) сигнала на выходе усилителя 3 датчика 2 давления. Сигнал на выходе датчика 2, а следовательно, и на выходе усилителя 3 пропорционален давлению газов в опорном цилиндре.

Если импульс на выходе 13 отстает по фазе от импульса на выходе указателя 16, то фазовый дискриминатор

14 индицирует на своем индикаторе сигнал "Отставание". Если импупьc на выходе 13 опережает по фазе импульс на выходе указателя 16, то фазовый дискриминатор 14 индицирует сигнал

"Опережение". При совпадении импульсов по фазе индицируется сигнал "Синфазность".

Перед началом процесса контроля параметров двигателя под а топлива в опорный цилиндр отключ тся. В этом случае момент появг .я максимума давления и, следовательно, момент появления импульса указателя 16, соответствует моменту в .м.т. поршня опорного цилиндра если Чоч + Ф (Ч ов то импульс на выходе 13 блока 10 опережает по фазе импульс указателя 16 .и фазовый дискриминатор 14 индицирует сигнал "Опережение" . Оператор изменяет параметр Чф блока 9 фазовращателей в сторон его увеличения. В момент gg> +, = 4> импульс на выходе 13 блока 10 совпадает по фазе с импульсом указателя 16 и фазовый дискриминатор 14 индицирует сигнал

"Синфазность" . Если Voy Чф) ОВ, т импульс на выходе 13 блока 10 отстает по фазе от импульса указате--ля 16 и фазовый дискриминатор 14 индицирует сигнал "Отставание". Оператор при этом добивает=я получения сигнала "Синфазность", уменьшая параметр P+, блока 9 фазовращателей;

Таким образом, после получения сигнала "Синфазность" фаза появления импульса на выходе 13 блока 10, а следовательно, и на установочном входе блока 4 синхронизации совпадает с истинным моментом в.м.т. поршня опорного цилиндра.

После этого включается подача топлива в опорный цилиндр и начинается процесс измерения параметров двигателя по сигналам, поступающим на управляющий вход измерительного блока 1 с выхода блока 4 синхронизации.

Эти сигналы возникают в заданные моменты ) g поворота коленчатого вала относительно в.м.т. поршня опорного цилиндра..

Блок 9 фазовращателей работает следующим образом.

Импульсы с выходом формирователей

7 и 8 поступают соответственно на входы элементов.17 и 18 задержки, с одинаковыми параметрами времязадающих цепей. Одновременно импульсы с выхода формирователя 8 поступают на вход преобразователя 20 частоты в напряжение. Сигнал с выхода послед" него через масштабирующий элемент 19 поступает на управляющие входы элементов 17 и 18, являющиеся входами питания времязадающих цепей. В результате время задержки элементов 17

871021 и 18 обратнопропорционально значению сигнала на выходе масштабирующего элемента 19.

Пусть частота вращения вала двигателя увеличивается. Соответственно увеличивается частота импульсов формирователя 8 и напряжение на выходе преобразователя 20, а следовательно, и на выходе масштабирующего элемента

19. В такое же число раз уменьшается время задержки элементов 17 и 18.

При уменьшении частоты вращения во столько же раз время задержки элементов 17 и 18 увеличивается, т.е. отношение Ч ф времени задержки этих элементов к периоду- следования импульсов формирователя 7 остается 15 постоянным и не зависит от частоты вращения вала двигателя.

Величина Ц>ф изменяется оператором путем изменения коэффициента передачи масштабирующего элемента 19. 2О

Введение новых элементов — блока фазовращателей, блока селекции им,пульсов, фазового дискриминатора и указателя момента экстремума — выгодно отличает предложенное устройство от прототипа, поскольку позволяет в процессе работы двигателя устранить фазовый сдвиг между моментом в.м.т. и начальной отметкой датчика угловых положений. В результате повышается точность формирования фазовых меток, поступающих в измерительный блок и, как следствие, точность контроля параметров двигателя.

Выполнение блока фазовращателей в виде элементов задержки, преобразо- 5 вателя частоты в напряжение и масшта— бирующего элемента позволяет сделать задержку блока независимой от частоты вращения вала двигателя и тем самым расширить область примеНения 4О устройств а.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания, содержащее измерительный блок, датчики давления, опорного и угловых положений, первый и второй формирователи, усилитель и блок синхронизации, причем, один из измерительных входов измерительного блока связан с выходом датчика давления через усилитель, а управляющий вход — с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены с выходами датчиков опорного и,угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены блок селекции импульсов, блок фазовращателей, фазовый дискриминатор и указатель мо— мента экстремума, причем, блок фалов вращателей и блок селекции соединены последовательно и включены между выходами формирователей импульсов и входами блока синхронизации так, что первый и второй входы блока фазовращателей связаны с выходами одноименных формирователей импульсов, первый и второй выходы блока фазовращателей соединены соответственно с первым и вторым входами блока селекции импульсов, первый выход которого соединен с установочным входом блока синхронизации и с одним из входов фазового дискриминатора, а второй выход связан со счетным входом блока синхронизации, при этоЛ другой вход фазового дискриминатора через усилитель момента экстремума подключен к выходу усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что блок фазовращателей содержит преобразователь частоты в напряжение, масштабирующий элемент, а также первый и второй элементы задержки, управляющие вхо ды которых через масштабирующий элемент связаны с выходом преобразователя частоты в напряжение, вход которого соединен со входом второго элемента задержки, причем, выходы и один из входоЪ каждого из элементов задержки образуют входы и выходы блока фазовращателей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CtdA М 3456499, кл. 73-117.2, опублик.1977.

871021

Составитель Н.Патрахальцев

Редактор Л.Гольдина Техред М.Рейвес

Корректор У. Пономаренко

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8424/14 Тираж 910

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5