Устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания

Союз Советскик Социалистических РеслубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ871021(5 ЦМ. Кл.з 6 О 1 М 15/00 Государствеииый комитет СССР по аелам изобретений и открытий(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯИзобретение относится к области приборостроения, а именно к средствам для диагностики и контроля двигателей внутреннего сгорания,5Известны устройства для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания, содержащее измерительный блок, датчики давления, опорного и угловых положений первый и второй формир - 1 О 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, установоч ный и счетный входы которого соединены с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов .1. 20 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 ЗО маховика, или числу прорезей кодового диска, жестко связанных с коленчатым валом и др, Формирование заданной фазовой отметки в блоке синхронизации осуществляется путем счетадо определенного, наперед заданногочисла импульсов датчика угловых положений. Момент начала счета определяется импульсом датчика опорногоположения, поступающим на установочный вход блока синхронизации, Наличие датчика угловых положений валадвигателя позволяет повысить точностьконтроля путем снижения погрешностииз-за неравномерного вращения валадвигателя. Однако точность контроляизвестным устройством остается сравнительно низкой вследствие несовпаде-.ния моментов появления сигнала датчика опорного положения и действительного момента опорного положения( в.м.т.), вызванного неточностьюустановки датчика и зазоров в кривошипношатунном механизме двигателя,а также вследствие налччия фазовогосдвига между моментами появленияимпульса датчика опорного положенияи импульса датчика угловых положений, вызванного погрешностью установки датчика угловых положений иего меток относительно метки датчикЙопорного положения,Целью изобретения является повышение точности контроля.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство введены блокселекции импульсов, блок фаэовращателей, фазовый дискриминатор и указатель момента экстремума, причем,.блок фазовращателей и блок селекциисоединены последовательно и включены между выходами формирователейимпульсов и входами блока синхронизации так, что первый и второй входыблока фазонращателей связаны с выходами одноименных Формирователейимпульсов, первый и второй выходы 5блока Фазонращателей соединенысоответственно с первым и вторым входами блока селекции импульсов, первый выход которого соединенс установочным входом блока синхроНизации и с одним из входов фазовогодискриминатора, а второй выход связан со счетным входом блока синхронизации, при этом другой вход фазового дискриминатора через указатель мо- д 5мента экстремума подключен к выходуусилителя,Блок фазонращателей содержит преобразователь частоты в напряжение,масштабирующий элемент, а также первый и второй элементы задержки, управляющие входы которых через масштабирующий элемент связаны с выходомпреобразователя частоты в напряжение,вход которого соединен со входомвторого элемента задержки, причем,выходы и один из входов каждого иээлементов задержки образуют входы ивыходы блока фазовращателей.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства. 40Устройство содержит измерительныйблок 1, один из измерительных входовкоторого связан с выходом датчика 2давления через усилитель 3, а упранляющий вход - с выходом блока 4 синхронизации, установочный и счетныйвходы которого связаны с выходамидатчиков опорного 5 и угловых б положений коленчатого вала соответственно через первый 7 и второй 8 Формирователи импульсон.Между выходами формирователей 7 и8 импульсов и входами блока 4 синхронизации включены последовательносоединенные блок 9 фаэовращателей иблок 10 селекции импульсов так, чтопервый и второй входы блока фазовращателей связан с выходами одноименных формиронателей импульсов, первыйи второй выходы блока фазовращателейсоединены соответственно с первым 6011 и вторым 12 входами блока селекцииимпульсов 10, первый выход которого13 соединен с установочным входомблока 4 синхронизации и с одним извходов 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 первого 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 сравнивает 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 найряжению.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 ЧбБ 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 Ч =360/, где- число импульсов в. серии. При этом импульс датчика б, следующий за импульсом датчика 5, сдвинут относительно егона угол ФОЧ об Импульсы датчика 5 и б, сформированные по Форме и длительности соответственно Формирователями 7 и 8, поступают насоответствующие входы блока 9 фазовращателей. Через некоторый угол ЧФ,определяемый блоком фазовращателей9, эти импульсы поступают на соответствующие выходы блока 9.Пусть на выходе датчика 5 появляется импульс. Этот импульс черезугол ФФ с соответствующего вцходаблока 9 поступает на вход 11 блока10 селекции и изменяет его состояниетак, что вход 12 блока подключаетсяк его же выходу 13. Через угол 1 она другом выходе блока 9 появляетсязадержанный импульс датчика б и поступает на вход 12 блока 10. Импульспроходит на выход 13 блока 10 и поступает на установочный вход блока 15синхронизации 4. Блок 4 устанавливается в исходное состояние, соответствующее нулевой фазовой отметке,По заднему фронту импульса на входе12 блока 10 последний устанавливается в состояние, при котором вход 12этого блока подключается к его жевыходу 15. При повороте коленчатоговала на угол у на входе 12 блока10 появляется следующий задержанныйимпульс датчика б. Этот импульс посту,пает на счетный вход блока 4 синхронизации и устанавливает его в состояние, соответствующее первой Фазовойотметке, сигнализирующей о поворотеколенчатого вала на угол. Состоякие блока 10 не изменяется до появ-ления следующего задержанного импульса датчика 5 на входе 11.Таким образом, за один оборот коленчатого вала первый задержанныйимпульс датчика б после появленияимпульса датчика 5 поступает на установочный вход блока 4,а остальныезадержанные импульсы датчика бпоступают на счетный ход блока 4 и 40последовательно изменяют его состояние. При этом переход блока 4 в следующее состояние соответствует повороту коленчатого вала на угол 9 упосле появления импульса на установочном входе блока 4, где. порядковый номер импульса на его счетном входе,На выход блока 4 и соответственнона управляющий вход измерительногоблока 1, поступают сигналы в моментыизменения состояния блока 4, выбранные,по заранее заданной блоку 4 программе.Импульс с выхода 13 блока селекции10 одновременно поступает на один 55из входов фазового дискриминатора 14.На другой вход Фазового дискриминатора 14 поступает импульс указателямомента экстремума, формируемый вмомент, соответствующий максимуму 60сигнала на выходе усилителя 3 датчика 2 давления. Сигнал на выходедатчика 2, а следовательно, и навыходе усилителя 3 пропорционалендавлению газов в опорном цилиндре. Если импульс на выходе 13 отстаетпо фазе от импульса на выходе указателя 16, то Фазовый дискриминатор14 индицирует на своем индикаторесигнал "Отставание". Если импупьс навыходе 13 опережает по фазе импульсна выходе указателя 16, то фазовыйдискриминатор 14 индицирует сигнал"Опережение". При совпадении импульсов по фазе индицируется сигнал "Синфазность".Перед началом процесса контроляпараметров двигателя под га топливав опорный цилиндр отключ тся,Вэтом случае момент появг я максимума давления и, следовательно, момент появления импульса указателя 16,соответствует моменту в,м.т. поршняопорного цилиндра. Если Ч 0 +И ЧОВ фто 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 сторону его увеличения. Вмомент р + , :импульс на выходе 13 блока 10 совпадает по фазес импульсом указателя 16 и фазовыйдискриминатор 14 индицирует сигнал"Синфазность" . Если Чоу ф ЧФ) УОЬт импульс на выходе 13 блока 10отстает по фазе от импульса указателя 16 и фазовый дискриминатор 14индицирует сигнал "Отставание". Оператор при этом добивает:я получениясигнала "Синфазность", уменьшаяпараметр, блока 9 фазовращателей;Таким образом, после получениясигнала "Синфазность" фаза появления импульса на выходе 13 блока 10,а следовательно, и на установочномвходе блока 4 синхронизации совпадает с истинным моментом в.м.т. поршня опорного цилиндра,После этого включается подача топлива в опорный цилиндр и начинаетсяпроцесс измерения параметров двигателя по сигналам, поступающим науправляющий вход измерительного блока 1 с выхода блока 4 синхронизации.Эти сигналы возникают в заданныемоментыповорота коленчатоговала относительно в.м.т. поршня опорного цилиндра.Блок 9 фазовращателей работаетследующим образом.Импульсы с выходом формирователей7 и 8 поступают соответственно навходы элементов.17 и 18 задержки,с одинаковыми параметрами времязадающих цепей. Одновременно импульсы свыхода Формирователя 8 поступаютна вход преобразователя 20 частотыв напряжение. Сигнал с выхода последнего через масштабирующий элемент 19поступает на управляющие входы элементов 17 и 18, являющиеся входамипитания времязадающих цепей. В результате время задержки элементов 17и 18 обратнопропорционально значениюсигнала на выходе масштабирующегоэлемента 19.Пусть частота вращения вала двигателя увеличивается. Соответственноувеличивается частота импульсов Формирователя 8 и напряжение на выходепреобразователя 20, а следовательно,и на выходе масштабирующего элемента19В такое же число раз уменьшается время задержки элементов 17 и 18.При уменьшении частоты вращения востолько же раз время задержки элементов 17 и 18 увеличивается, т.е.отношение Чф времени задержки этихэлементов к периоду следования импульсов Формирователя 7 остается 15постоянным и не зависит отчастотывращения вала двигателя.Величина 9 ф изменяется операторомпутем изменения коэффициента передачи масштабирующего элемента 19. 2 ОВведение новых элементов - блокафазовращателей, блока селекции им,пульсов, фазового дискриминатора иуказателя момента экстремума - выгодно отличает предложенное устройство от прототипа, поскольку позволяет в процессе работы двигателя устранить фазовый сдвиг между моментомв.м,т. и начальной отметкой датчикаугловых положений, В результате повышается точность формирования фазовых меток, поступающих в измерительный блок и, как следствие, точностьконтроля параметров двигателя.Выполнение блока фазовращателейв виде элементов задержки, преобразователя частоты в напряжение и масшта -бирующего элемента позволяет сделатьзадержку блока независимой от частоты вращения вала двигателя и темсамым расширить область примеНения 40устройства,Формула изобретения451, 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 измерительныхвходов измерительного блока связанс выходом датчика давления черезусилитель, а управляющий вход - свыходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены с выходами датчиков опорногои,угловых положений соответственночерез первый и второй формирователиимпульсов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности,в устройство введены блок селекцииимпульсов, блок фазовращателей, фазовый дискриминатор и указатель момента экстремума, причем, блок фазовращателей и блок селекции соединены последовательно и включены междувыходами Формирователей импульсов ивходами блока синхронизации так, чтопервый и второй входы блока фазовращателей связаны с выходами одноименных Формирователей импульсов, первыйи второй выходы блока фазовращателейсоединены соответственно с первыми вторым входами блока селекции импульсов, первый выход которого соединен с установочным входом блокасинхронизации и с одним из входовфазового дискриминатора, а второйвыход связан со счетным входом блока синхронизации, при этоЛ другойвход фазового дискриминатора черезусилитель момента экстремума подключен к выходу усилителя.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем,что блок фазовращателей содержит преобразовательчастоты в напряжение, масштабирующий элемент, а также первый и второйэлементы задержки, управляющие входы которых через масштабирующий элемент связаны с выходом преобразователя частоты в напряжение, вход кото.рого соединен со входом второгоэлемента задержки, причем, выходы иодин из входоЪ каждого из элементовзадержки образуют входы и выходыблока фазовращателей.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СШй М 345 б 499,кл, 73-117.2, опублик.1977.ьце орректор У.Пономаренко одписное едакт 14 Тираж 910 ПВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4 4 Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,