Устройство для диагностики дизельного двигателя внутреннего сгорания

) Авторы изобретен Когосов в и(1) Заявит УСТРОИСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ДИЗЕЛ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДВИГАТЬ Л же переключалектор импульс вагеля импульссвязан с пер ка сравнения,авнения и сеыход формироеключагельвсодом блого связан с ель, блок ср ов, причем ов через певым и вторым выход которо Изобретениению в частности оак ической ится т о от нос к приборосгроек ус р йсгвам для виб- Р уст диагностики диэельнБЙ двигателей вйутреннего сгорания.Поосновному авт, св. % 932347 известно устройство для диагностики дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик верхней мергвой точки, формирующий каскад, триггер, формирователь опорного напряжения, датчик вибраций, избирательный усилитель, пороговый элемент и формирователь им- . пульсов, причем датчик верхней мертвой точки связан через формирующий каскад с входом триггера и управляющим входом формирователя опорного напряжения, сигнальный вход которого связан через избирательный усилитель с выходом датчика вибраций и сигнальным всодом порогового элемента,. опорный всод , которого соединен с вькодом формирователя опорного напряжения, а выход - с входом формирователя импульсов, а такпервым управляющим входом селектораимпульсов, второй управляющий вход которого соединен с выходом григгера ис упрарлякзцим входом переключателя, а 1 о сигнаЛьный вход селектора импульсов связан с выходом формирующего каскада ис синхрониэирующим всодом блока сравнения. Блок сравнения содержит.элементпамяти, два элемента запрета, реверсив ный .счетчик, два дешифрагора и управлявший триггер, причемпервый и второй всоды элемента памяти служат первым и .вторым входами блока, выходы которогочерез соответствукщие элементы запре. та соединены с соответствуккцими входами реверсивного счетчика, выход когорого соединен с всодами дешифраторов, выход каждого из которых соединен с1002879 и Коррект оставителц ЮТехред А,Бабин Билак РедйкторО. Тираж 871ВНИИПИ Государстве. но делам изо113035, Москва,каз 1534/22 П однисноенного комитета СССРбретений и открытий002870 . а Одним из недостатков известного устройства является сравнительно низкая надежность формирования импульсов опор-: ной последовательности, Этот недостаток вызывается тем, что при неисправном узле-источнике вибросигнапа, на который установлен датчик вибраций, впс при установке последнего с нарушениемотехнологии (неправильно выбрано место установки, ориентация оси чувствительности датчика и дф значение отношения сигнал помеха на выходе датчика вибраций становится настолько малым, что разность интенсивностей появления импульсов на входах блока сравнения меньше значения его гистерезиса. Кроме того, при недостаточно жестком креплении датчика вибраций к переходному устройству или самого первкодного устройства к дивгностирувмому обьекту, или наконец, при неисправности самого датчика вибрации, или просто при иеуста 3 1управляющим входом соответствующегоэлемента запрета и с первым и вторымвходами управдякецего триггера, третийвход которого, обьединенный с третьимвходом элемента памяти, и выход служат соответственно синхроииэирующимвходом и выходом,блока 1,Известное устройство производит выбор иэ двух импульсов на выходе датчика верхней мертвой точки (в,м,т.), возникающих эа цикл работы двигателя, одного, принятого за опорный, например,импульса, передний Фронт (начальная фаза колебания) которого соответствуетмоменту в.м.г. первого цилиндра на такте сжатия. Соответственно на выходеустройства формируется сигнал синхронизации -опорная последовательностьимпульсов с частотой, равной частотециклов работы двигателя, и с начальнойфазой колебания соответствующей определенной фазе цикпа работы двигателя,например, моменту в.м. т. первого цилиндра иа такте сжатия, Выбор опорныхимпульсов производится по управляющему сигналу блока сравнения, сравнивающего частоты появления импульсов всмежных полуцикдах работы двигателя,(интенсивноси появления сигнала и помехи) на выходе датчика синхронизации,в качестве которого исподьзуетсу датчиквибраций, Выходные импульсы устройства являются импульсами опорной последовательности, если разность интенсивностей сигнала и помехи, превыавет значение гистерезиса бпока сравнения,новке его на обьект падает не толью о 1ношение сигнал-помеха, но и амплитудасигнала не. выходе датчика вибраций исоответственно на вьаоде избирательного усилителя, При этом сигнал на выходепоследнего становится близким или меньшим порога чувствительности формирователя опорного напряжения, пороговый элемент не срабатывает и импульсы на входах блока сравнения вообще не возникают. В результате в обоих рассмотренных выше случаях управляющий сигнална выходе бпока сравнения принимаетодно иэ двух возможных значений случайым образом, Соответственно фазаначала колебаний импульсов на вьтходе устройства также. случайна и, следовательно, может не соответствоватьфазе начала колебаний импульсов требуемой опорной последовательности. Т;е,устройство случайным образом можетформировать "ложную "последовательность4импульсов с частотой, равной частотециклов работы двигателя, но начальнаяфаза колебаний которых соответствуютв,м.т. первого цилиндра на такте сжатия и, следовательно, сдвинута по фазесеносительно импульсов требуемой опорной последовательности на Збд углаповорота коленчатого вала двигателя.Появление "ложной" опорной последовательности вызывает неверный результат(сбой) измерения, что снижает достоверность диет ностирования и, следовательно, надежность процесса диагностирования.Целью изобретения является повышение надежности,Поставленная цель достигается тем,что устройство дополнительно содержитанализатор сигналов, блок сигнализациии элемент запрета, а блок сравненияснабжен дополнительным выходом, причем первый вход анализатора сигналовсвязан с выходом избирательного усилителя, а второй вход - с дополнительнымвыходом блока сравнения, первый и вгбилрой выходы анализатора сигналов соединены соответственно с первым и вторымвходами блока сигнализации, третийвход которого служит ддя управляющегосигнала, третий выход анализатора сигналов т.оединен с первым входом элемента запрета, второй вход которого соединен с выходом селектора импульсов, причем выход элемента запрета служит вьтходом устройства.При этом бпок сравнения доаолиительно содержит коммутатор, сигнальные7 100231 и 32 поданы соответственно опорные сигналы Зи 1 (исгочники опорных сигналов не показаны),Блок 21 сигнализации содержит последовательно соединенные управляемыйгенератор 40 импульсов, инвертор 41,ключ 42 и индикатор 43, выполненныйв виде источника света.Значение опорного сигнала Ч, постоянно превышает уровни смешения, опреде 1 фляюшйе пороги, чувотвительрости порогового элемента 7 и формирователя 4 опорного напряжения.Значение опорного сигнала 4 постоянно, определяется цикловой нестабильностью уровня сигнала на выходе датчика5 вибраций, вызываемой нестабильностьюпроцессов впрыска топлива ) и выбираеъся, в соответствии с выражением.20 с Ьи-и иСигнал датчика 5 вибраций, устанавленного на форсунке второго цилиндра, через избирательный усилитель 6, осуществляющий усилие и частотную селекцию сигнала, поступает нв сигнальные входы пороговго элемента 7, формирователя 4 опорного напряжения и нв вход 23 анализатора 20 сигналов.Пусть амплитуда значения Ч,и сигналов на выходе избирательного усилителя 6 превышают опорный уровень Чв 1 чи, ъ ч, ) в частота 1 чпоявления таких сигйалов превьпдает опорный уровень где Й -число повторяющихся циклов рабо иты двигателя, в которых пороговый эле.мент 7 не срабатывает, что вызывает "потерю" сигнала;- частота циклов работы двигателя, соответствукецая нижней частоте вра- Зв щения вала двигателя.Значение опорного сигнала хп, посто янно, определяется временем срабатывания блока 10 сравнения, определяемое в свою очередь цикловой нестабильно- " стью и отношением сигнал/помех на выходе датчике 5 вибрации, и выбирается в соответствии с выражением Ггде М -число повторякецихся циклов работы двигателя, в которых под воздействием помехи происходит ложное срабатывание порогового элемента 7;9- гистереэис блока 10.На вход28 блока 21 сигнализации подается логический сигнал, При нуле 6 вом значении этого сигнала блок 21 блокируется, что обеспечивает программное управление устройства.Селектор 11 представляет собой логическую схему и моЖет быть выполнен, например, в виде двух последовательноИ соединенных переключателей, выходы первого из которых соединены с входами второго. Устройство работает следующим образом.Пусть датчик 5 вибраций установлен нафорсунке второго цилиндра четырехцилиндрово 1 о двигателя с последовательностьюработы цилиндров 5-ИН-Ч-ц, в датчик1 в,м.т. вырабатывает сигналы в моменты прохождения в,м.т, поршнями первогои четвертого цилиндра на тактах сжатия,т,е,.ра один цикл работы двигателя датчик,1 вырабатывает два сигнала в,м,т, Соответственно по сигналам с датчика 1формирующий каскад 2 формирует за циклработы двигателя два узких прямоугольных импульса, передние фронты которыхсоответствуют моментам прохожденияв.м.т.В качестве опорного сигнала выбран импульс, передний фронт которогосоответствует моменту в,м,т, первогоцилиндра на такте сжатия.Импульсы с выхода формирующегокаскада 2 поступают на вход селектора11 импульсов и одновременно нв счетный вход триггера 3, на управляющийвход формирователя 4 опорного напряжения и на синхронизируюший вход блока10 сравнения,Селектор 11 импульсов пропускаетна вход элемента 22 запрета эа одинцикл работы двигателя один иэ двух импульсов формируюшего каскада 2 при по-стоянном сигнале на выходе блока 10в зависимости от значения этого сигнала и фазы работы триггера 3, срабвтывакхцего по заднему фронту импульсаформирующего каскада 2. При этом импульс опорного сигнала поступает навход элемента 22 при единичном значении сигнала нв выходе блока 10, еслиимпульсом опорного сигнала нв,выходетриггера 3 устанавливается нулевой сигнал, и при нулевом значении сигнала навыходе. блока 10, если импульсом опорного сигнала нв выходе триггера 3 устанавливается единичный сигнал.30 9 -1002ди), Тогда анализатор 20срабатывает и на его выходе 25 формируется нулевой сигнал, поступавший.насоответствукщий вход блока 21 сигнализации аформироватепь 4 по каждому второму %импульсу с выхода формирукщего каскада2, т,е. через интервал времени, равныйциклу работы двигателя, формирует наопорном входе порогового элемента 7постоянное напряжение пропорциональное,но меньше по уровню максимального значения вибрационного сигнала эа истекшийинтервал времеви, равный циклу работыдвигателя. При превышении сигналом,образующимся на выходе усилителя 6,уровня на опорном входе порогового элемента 7, последний срабатывает, и навыходе Формирователя 8 возникает импульс, поступающий на вход переключателя 9. Положение переключателя 9 изменяется синхронно с изменением значения сигнала на выходе триггера 3 так,что в одном иэ попуцикпов работы двйгатепя выход формирователя 8 подключен кодному, а в другом попуцикпе - к друго-.Му входу блока 10. При этом на первыйвход .бпока 10 импульс с формирователя8 поступает при единичном, а на второйвход - при нулевом сигнале на выходетриггера 3,Бшк 10 изменяет свое состояние наодну единицу счета в конце каждого полуцилиндра работы двигателя по сигналус формируюшего каскада 2, если в течение этого попуциила на его соответствую-Зший вход поступил один ипиболее импульсов т.е;.фиксирует наличие хотя бы одного срабатывания порогового элемента 7 вв попуцикпе работы двигатепя. Дпя простоты изложения допустим, что пороговый 40элемент 7 в течение попуцикпа работыдыигатепя срабатывает не более одногораза. Обозначим й и йя число импульсов, поступаюших соответственно на первый и второй входы блока 10,Если через некоторое число цикловработы двигателя число импульсов на одном из входов блока 10 превысит чис-ло импульсов на другом входе на величину, равную гистерезису М блока 10,Мто последний переходит в одно из своихкрайних состояний и по заднему фронтуимпульса формирующего каскада 2, поступающего на его синхрониэируюшийвход, изменяет значение сигнала на своем выходе. При этом, если Й -Й ЪдЯто на выходе блока 10 устанавливаетсяединичный сигнал и, если ц -ц Ъу то навыходе блока 10 устанавливается нулевой сигнал. Соответственно прн й,;йъйна, дополнительном выходе блока 10 появпя-/ются импульсы постпаюшие на вход 24 анализатора 20 с частотой . следования , равной разности частот следования импульсов поспедоввтепьностей Й и Й, а при Й -Ц 7 г В- импульсы с частотой следования , равной разности частот следования импульсов последовательностей й и й, При этом значения этих частот превышает опорный уровеньанвлизатора 20. Последний срабатывает и на его высоде 26 "также, как и на выходе 25 образуется нулевой сигнал, поступаквций на соответствуюший вход блока 21 сигнализации. При единичном значении сигнала на входе 28 последний срабатывает и формирует сигнал "Норма. Одновременно на третьем выходе блока 20 также образуется нулевой сигнал, разбпокируиипий элемент 22 запрета.Пусть фаза работы триггера 3 такова, что по импульсу опорного сигнала с выхода формирукщего каскада 2 на выходе триггера 3 устанавливается нулевой сигнал. Тогда попезный сигнал датчика 5 вибраций, воэникакщий при впрыске топлива в форсунку второго цилиндра, образуется на интервапе единичного сигнапа на выходе триггера 3. Следовательно импульсы формирователя 8, возникающие при срабатывании порогового элемента 7 в попуцикпах полезного сигнала датчика 5 вибраций, поступают только на первый вход бпока 10. Соответственно иа второй вход блока 10 поступают импульсы, возникакзцие в попупиклах, смежных с попуцикпами полезного сщнала, если уровень помехи вызывает срабатывание порогового элемента 7, Через некоторое число циклов работы двигателя вследствие большей интенсии ности цопезного сигнала число импульсовЯ, превысит число импульсов Й так, что й-й ъ М , и на выходе бпока 10 установится единичный сигнал. Последний переводит селектор 11 в режим селекции импульсов формирующего каскада 2, устанавпивакщих на выходе триггера 3 нулевой сигнал. В результате сепектор 11 за цикл работы двигателя пропусьает на выход только импульс опорного сигнала, поступакаций через разбпокиоованиый, элемент 22 на выход 29. Спедоватеа но, на выходе 29 устройства образуется последовательность импульсов с частотой следования, равной частоте цикОМ 70 12блокирует выход устройства, а блок 21также формирует сигнал "Уровень меньше, если уровень сигнала на выходеизбирательного усилителя 6 превышает 5 опорный сигнал Ч, но частота появления сигнала мала и не превышает опорный сигнал , . Сигнал "Уровень меньОше" сигнализирует о недостаточном уровне сигнала на выходе датчика 5 вибраций 1 ф и информирует оператора о необходимостипроверить жесткость крепления датчика5 к переходному устройству или переходного устройства к диагностирующемуобьекту.1 Пусть амплитудное значение Чсигнала на выходе избирательного усилителя 6 больше опорного уровняЧчастота его появления превышает опорный уровень Еп, но разность чисел импульсов 26 на входах блока 10 сравнения не превышает его гистерезиса ЦК-й с М ), Врезультате блок 10 находится в промежуточном состоянии и, следовательно,сигнал на его выходеуправляющий селек- И тором 11, имеет случайное значение,независящее от сигнала датчика 5 вибраций, а сигнал на его дополнйтельномвыходе отсутствует. Анализатор 29 несрабатывает по входу 24 и на его выходе ЗО 26, а также на третьем его выходе образуются единичные сигналы. Единичныйсигнал, обраэукщийся на третьем выходеанализатора 20 блокирует элемент 22иследовательно, поступление импульсов на выход устройства, а по единичному сигналу на выходе 25 блок 21формирует сигнал "Отношение меньше",Этот сигнал сигнализирует о том, чтоотношение сигнал/помеха на выходе датчика вибраций мало, и информирует оператора о необходимости проверить, пра-.вильность места установки датчика,4ориентацию его оси чувствительности илиисправность узла-источника вибросигнала. 11 10 лов работы двигателя, и передний фронт которых соответствует моменту в,м.т.первого цилиндра на такте сжатия, Таким ооразом, на выходе устройства образуется последовательность импульсов, которая является опорной для устройств диагностики; измеряющих фазовые характеристики двигателей, осушествлякших временную селекцию за цикл работы двигателей и т.д.. Опорная последовательность импульсов образуется на выходе устройства также и при другой фазе работы триггера 3, поскольку при этом импульсы, образующиеся при срабатывании порогового элемента 7 в полуцикле полезного сигнала, поступают на второй вход блока 10 и на его выходе образуется нулевой сигнал, изменяющий режим работы селектора 11 в соответствии с другой фазой работы триггера 3.Установившееся значение сигнала на выходе блока 10, а следовательно, и режим работы селектора 11 не изменяются до тех пор, пока не произойдет соответствующее изменение разности чисел импульсов на входах блока 10, что при соответствукзцем выборе значения гистерезиса блока 10 обеспечивает прий;ММустойчивую работу устройства не только при "потерях" импуцы:ув в полуциклах полезного сигнала, но и при одновременном появлении импульсов в смежных п олупиклах. Пусть амплитудное значение сигна, ла на выходе избирательного усилителя 6 меньше опорного сигнала ЧЧМ, Тогда пороговый элемент 7 не срабатывает, импульсы на входах блока 10 о сутствуют и сигнал на его выходе, уцравлякиций селектором 11, имеет случайное значение, независящее от сигнала датчика 5 вибраций, Соответственно ,на выходе селектора 11 может образооваться как опорная последовательность импульсов, так и "ложная" последовательность импульсов, сдинутая относительно опорной на 360 угла поворота вала двк.ателя. Анализатор 20 также не срабатывает и на его выходе 25 и на третьем выходе образуются единичные сигналы. Единичный сигнал с третьего выхода анализатора 20 блокирует элемент 22 и, следовательно, поступление . импульсов на выход устройства, а по единичному сигналу на выходе 25 блок 21 формирует сигнал Уровень меньше", Анализатор 20 не срабатывает также и Блок 10 сравнения работает следующим образом.При поступлении импульса на первый вход блока 10 срабатывает элемент 12 памяти и на выходе элемента 13 запрета и на соответствующем входе коммутатора 19 появляется единичный сигнал. В конце полуцикла по заднему фронту и-, пульса, поступакбцего на сийхронизируюший вход блока 10, на выходе элемента 12 образуется нулевой сигнал. Таким образом, независимо от числа импульсов, поступивших в текушем полуцикле.Вновь появляющиеся импульсы на первом. входе не изменяют состояние счетчика 15, в следовательно, и значение сигнала на выходе блока 10, поскольку элемент 13 заблокирован, и через коммутатор 19 .поступают на дополнительный выход блока.Число,в счетчике 15 изменится и станет равным Й, если теперь импульс поступит на вычитаюший вход счетчика 15. Еа выходе дешифрвтора 16 вновь образуется нулевой сигнал и элемент 13 разбпокируется, а коммутатор 19 блокируется. Импульс, поступающий нв синхронизируюший вход блока 10, не изменяет .состояние триггере 18, поскольку на его единичном и нулевом входах сигналы имеют нулевое значение.Если частота следования химпульсов, появлякщихся на первом выходе элемента 12, превышает частоту следования Гимпульсов, пояЬляошихся на втором выходе элемента 12, то счетчик 15 перйоцически вновь устанавливается в состояние Йи на выходе дешифрвтора 16 зновь образует 13 10на первый вход блока 10, на вход элемента 13 и на соответствующий входкоммутатора 19 поступает один импульс.Аналогичным образом Формируется импульс на входе элемента 14 и на соответствующем входе коммутатора 19 припоступлении импульсов на второй входблока 10, Импульсы через элементы13 и 14 поступают соответственно насуммирующий и вычитвющий входы реверсивного счетчика 15 емкостью М.Значение И определяет гистеризис М блока 10, Дешифраторы 16 и 17 срабатывают при установке счетчика 15 соответственно в состояние Яи О. Еслина некотором интервале времени числона суммирующем входе счетчика 15превысит число импульсов, поступаквцихна его вычитакщий вход на величину-1, то в счетчике 15 зафиксируетсячисло Й. Дешифратор 16 срабатываети на его выходе устанавливается единичный сигнал, блокирующий элемент 13,коммутирующий первый вход элемента12 на выход коммутатора 19 и поступающий на единичный вход триггера 18.В результате блок 10 устанавливаетсяв крайнее состояние Ки по заднемуФронту импульса, поступающего нв синхронизирующий вход блока 10 триггер18 срабатывает и на его выходе, а следовательно, и на выходе блока 10 уста-навливается единичный сигнал,ся единичный сигнал. В результате навыход коммугатора 19 поступают импульсы с первого выхода элемента 12, а ихчастота равнаразностиой частоте 51 2.Если счетчик 15 переходит в нулевое состояние, то срабатывает дешифратор 17, блокирующий элемент 14 и подключакщий второй выход элемента 12 1 й через коммутатор 19 к дополнительному выходу блока. Ка нулевом выходетриггера 18 устанавливается единичныйсигнал и импульсом, поступакщим насинхронизирующий вход блока 10, нв вы ходе триггера 18, а следовательно, н навыходе блока 10 устанавливается нулевой сигнал, Вновь появляющиеся импульсы на втором входе блока 10 не изме няют состояние счетчика 15, а следова тельно, и значение сигнала на выходеблока 10, поскольку элемент 14 заблокирован, и через коммутатор 19 посту-пают на дополнительный выход блока.Если. импульсы на втором входе блока 2310 чередуются с импульсами на первомвходе, то на дополнительном выходе блока 10 устанавливается сигнал разностной частотыЗв Если разность чисел мпульоов навходюс блока "10 не превышает его гистерезисв(Я , (ц), тЬ счетчик 15остается постоянно в пфомежуточном; .состоянии, на выходах дешифраторов16 и 17 сигналы имеМг, нулевое значе, ние, коммутатор 19 заблокирован и,фследовательно, импульсы нв дополни 1 ель Ном выходе" отсутствуют.Анализатор 20 сигналов работает следующим обраэом.Сигнал Ч;,с выхода избирательногоусилителя 6 через вход 23 поступаетна вход компаратора 30 напряжения, нв .опорный вход 37 которого подан опоре ный сигнал Чя Выход к . враторв 30подключен к входу компаратора 31 частоты, на опорный вход 38 которого поданопорныйсигнал %л, Сигнал разностной чеслитоти %Р сдополнительного выхода блока 10через жод 24 поступает нв вход компаратора 32 частоты, нв опорный вход 39которого подан опорный сигнал ЕПри чс/сигнал на выходе компаратора 30 имеет нулевое значение, Со О ответственно нулевой сигнал образуеъся на выходе компаратора 31. При этомна выходе инвертора 33 образуетсяединичный сигнал, который поступает17 1002 сигнальные входы которого соеднйены свыходами элемента памяти, входы управления - с выходамн дешифратора, а выход коммутатора служит дополнительным выходом блока сравнения. 3.3. Устройство по пп. 1,Й 2 о тлнчаюшееся тем, чтоаналнзатор сигналов содержит компаратор, напряжения, два компаратора частоты, два ннвертора, элемент запрета н собирательный элемент, причем вход компаратора напряжения служит первым входом анализатора сигналов, а его выходчерез последовательно соединенные первый компаратор частоты н первый ннвертор соединен с первыми входамн элемента запрета анализатора н собирательного элемента н служит первым выходом анализатора сигналов, вход второго компаратора частоты служит вторым входом анализатора сигналов, а его выход пос ледовательно через второй ннвертор соей 70 18дннен с вторым входом элемента. запрета анализатора, выход которого соеднне с вторым входом собирательного элемента, который одновременно служит вторым вьк одом анализатора сигналов, а выход собирательного элемента служит третьим выходом анализатора сигналов.4. Устройство по пп; 1-3, о т л н.ч а ю,щ е е с я тем, что блок сигнализации содержит последовательно соединенные управляемый генератор. импульсов, инвертор, ключ н индикатор, причем первый н второй входы генерато- . ра импульсов н вход управления ключа образукл соответственно первый, второй н третий входы блока сигналнзайнн. Источники ннФормапнв,принятые во внимание прн экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР