Устройство измерения угла опережения впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

(9 15/О Е компаратора соеди лителя, второй вх выходом вторым игнала, ющим вх хо м ервым вхо интервало выхо едине связ с вх т изме л м о тли временнойпорной ногоформи вательной заго временного интепоследовател управляющие в задержки и фо временного ин ветственно с овая им еменеобра- ветствходГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АНИЕ ИЗ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕП(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроиэмерительных приборов и Ленинградский орденаЛенина электротехнический институтим. В. И. Ульянова (Ленина)(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯУГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА .ВДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; содержащее датчик давления, усилитель, фильтр, источник опорногосигнала, первый компаратор, датчикотметки верхней мертвой точки иизмерительный блок, причем датчикдавления последовательно через усилитель и фильтр связан с источником опорного сигнала, к первомувыходу которого подключен первыйкомпаратор, связанный с выходомусилителя, а датчик верхней мертвойточки соединен с измерительнымблоком, отличающеесятем, что, с целью повышения точностипутем повышения помехоустойчивости,в него дополнительно введены второйкомпаратор, формирователь временныхинтервалов, формирователь импульсови временной селектор, а источникопорного сигнала снабжен вторым выходом, причем первый вход второго дом источника опорного выход - с первым управ временного селектора и формирователя временны второй вход которого с дом первого компаратора, а вых н через формирователь импульсов дом временного селектора, выход ого соединен с вторым входом ительного блока, а второй упющий вход - с выходом датчика ки верхней мертвой точки. 2. Устроиство по п. 1, ч а ю щ е е с я тем, что селектор содержит элемент задержки, формирователь оп временного интервала, ключ ватель импульсов и преобра частоты, причем элемент оп держки, формирователь опор ала и ключ соединеныо, первые и вторыеоды элемента опорноймирователя опорногоервала соединены соотыходом формирователя импульсов и с выходом преобраэтеля частоты, вход формцрователпульсов, соединенный с входомта опорной задержки, и вход прзователя частоты образуют соотвенно первый и второй управляювходы временного селектора, авыход ключа - соответственно ввыход временного селектора.Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытаний и диагностики дизельных 5 двигателей внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышение точности путем повышения помехоустойчивости устройства.На фиг. 1 представлена структур Оная электрическая-схема устроиства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 давления на кладного типа, усилитель 2, фильтр 3 и источник 4 опорного сигнала, компаратор 5, первый вход которого соединен с выходом усилителя.2, а второй вход-с первым выходом источника 2 О 4, датчик 6 отметки верхней мертвой точки, подключенный к первому входу измерительного блока 7.В устройство введены второй компаратор 8, формирователь 9 временных 25 интервалов, формирователь 10 импульсов, временной селектор 11, а источник 4 снабжен вторым выходом. Первый вход компаратора 8 соединен с выходом усилителя, второй вход - с вторым выходом источника 4, а выход - с первым управляющим входом временного селектора 11 и первым входом Формирователя 9. Второй входпоследнего соединен с выходом компаратора 5, а выход связан через формирователь 10 с выходом временного селектора 11, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока, а второй управляющий вход - с выходом датчи ка 6. Временной селектор 11 содержит последовательно соединенные элемент 12 опорной задержки, формирователь 13 опорного временного интервала и ключ 14, формирователь 15 импульсов Ви преобразователь 16 частоты, Первые и вторые управляющие входы элемента 12 и формирователя 13 соедине- О ны соответственно с выходом Формирователя 15 и выходом преобразователя 16. Вход формирователя 15,соединенный с входом элемента 12, и вход преобразователя 16 образуют соответствен- у но первый и второй управляющие входы, а вход и выход ключа соответственно вход и выход временного селектора 11. атчик 1 устанавливается на трубопровод высокого давления двигателя внутреннего сгорания и содержит чувствительныи к деформации наружного диаметра трубопровода один или несколько пьезоэлементов, которые расположеныкорпусе датчикаи соединены с поверхностью трубопровода через силопередающие элементы. При деформации трубопровода, например, в момент впрыска топлива, чувствительный элемент датчика вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный деформации наружного диаметра трубопровода и, следовательно, давлению внутри него.Усилитель 2 усиливает и преобразует электрический сигнал датчика 1 в напрякение и может быть выполнен в виде усилителя заряда (схемы построения известны). В качестве операционного усилителя может быть использована, например, микросхема К 544 УД 2.Фильтр 3 выполнен в виде фильтра низких частот с частотой среза, обеспечивающей подавление высокочастотных составляющих сигнала 1, возникающих вследствие воздействия виброакустических сигналов помех от соударений в кинематических парах двигателя, в Форсунке, вызывающих паразитную деформацию трубопровода. Фильтр 3 может быть выполнен в виде активного Фильтра.В качестве операционного усилителя Фильтра может быть использована, например, микросхема К 140 УД 8.Источник 4 выполнен в виде амплитудного выпрямителя, преобразующего амплитуду входного сигнала в постоянное напряжение и секционированного выходного делителя. Выво ды первой и второй секции делителя образуют соответственно первый и второй выходы источника 4 и обеспечивают деление выходного сигнала амплитудного выпрямителя с коэффициентами деления, равными соответственно 07-0,8 и 0,1-0,2. Схемы построения амплитудных выпрямителей известны.В качестве операционного усилителя могут быть использованы микросхемы серии К 140.Компаратор 5 представляет собой аналоговый компаратор напряжения схемы построения известны) и можетбыть реализован в микросхемном исполнении, например, на микросхеме типа 521 САЗ,Датчик 6 Формирует один импульс за оборот коленчатого вала в момент 5 достижения верхней мертвой точки ( в.м.т. ) поршня контролируемого цилиндра и может быть выполнен в виде установленного против отверстия в маховике индукционного преобразователя частоты вращения и подключенного к его выходу формирователя, вырабатывающего импульс в момент изменения полярности сигнала индукционного преобразователя. 15Измерительный блок 7 измеряет сдвиг фаз между импульсами, постуйающими на его входы, и может быть выполнен в виде цифрового фазометра с умножителем частоты или циФрового 20 измерителя отношения временных интервалов. Например, может быть использован измеритель отношения временных интервалов.Конструкция компаратора 8 аналогична компаратору 5.Формирователь 9 может быть выполнен в виде тактируемого фронтом П- триггера, вход Э которого подключен к источнику сигнала с уровнем "1". 30 Тактовый вход С триггера и его управляющий вход К образуют соответственно первый и второй входы формирователя 9, а выход Я триггера - выход формирователя 9Триггер может быть 55 реализован, например, на микросхеме . К 155 ТМ 2. 1 О Формирователь 10 срабатывает по срезу входного импульса, формиРуя 40 короткий импульс фиксированной длительности, и может быть реализован на микросхеме К 155 АГ 1.Элемент 12 формирует импульс, задержанный относительно входного на 45 фиксированное опорное значение угла поворота коленчатого вала УЧщ, где 9. - минимально возможная длительность нарастания сигнала давления при впрыске топлива между уровнями, 50 формируемыми источником 4. Элемент12 выполнен на базе управляемого ждущего мультивибратора, времязадающая цепь которого питается управляющим напряжением, и подключенного к 55 его выходу формирователя импульсов.Величина задержки обратно пропорциональна управляющему напряжению. Ждущий мультивибратор может бытьвыполнен на базе интегрального таймера, в том числе в микросхемномисполнении по микросхеме типаКР 1006 ВИ. Конструкция формирователя элемента 12 аналогична конструкции формирователя 10.формирователь 13 вырабатывает импульс, длительность которого соответствует фиксированному опорному углу поворота вала М Ъ ЧвоХ ф 1где Ч- максимально возможная длительность нарастания сигнала давленияпри впрыске топлива между уровнями,формируемыми источником 4, Конструкция формирователя 13 аналогична ждущему мультивибратору элемента 12.Ключ 14 представляет собой логический элемент 11.Конструкция формирователя 15 аналогична формирователю 10.Преобразователь. 6 вырабатываетпостоянное напряжение, пропорциональное частоте входных импульсов. Преобразователь может быть выполнен поизвестной схеме, состоящей из аналогового переключателя. коммутируемогона вход фильтрг низких частот сигналс выхода источника опорного напряжения либо нулевой потенциал соответственно в течение длительности импульса и паузы жцущего мультивибратора,запускаемого импульсами входной частоты.Аналоговый переключатель можетбыть выполнен на микросхеме типаК 590 КН 2, источник опорного напряжения на базе операционного усилителясерии К 140 и стабилитроне типа 818. Ждущий мультивибратор может быть выполнен на микросхеме типа К 155 ПГ 1, конструкция фильтра низких частот аналогична конструкции фильтра 3. Частота среза фильтра выбирается меньшей минимальной частоты следования входных. импульсов.Принцип действия предлагаемого устройства заключается в формировании импульса в момент достижения сигналом давления при впрыске топлива уровня, равного 70-"80 амплитудного значения сигнала давления, и измерении угла опережения фронтом этого импульса момента достижения в.м.т, контролируемого цилиндра. Измерение осуществляется, если момент появле" ния фронта формируемого импульса по" падает во временное "окно", котороенаходится между минимальным и максимальнымзначениями угловНныхповорота коленчатого вала, соответствующих минимальной и максимальной длительностям нарастания сигнала датчика 1 при впрыске топлива от уровня, равного 10-207, до уровня, равного 70-807 амплитудного значения сигнала давления. Соответственно формируемый 1 О импульс блокируется, и измерение не происходит, если длительность нарастания сигнала датчика 1 находится вне укаэанного диапазона, что позволяет подавлять высокочастотные и низ кочастотные помехи, вызывающие "паразитную" деформацию трубопровода, и, следовательно, повысить помехоустойчивость устройства.20Устройство работает следующим образом. )Сигнал с выхода датчика 1,установленного ла трубопроводе высокого давления,преобразуется, усиливается уси-. лителем 2 и поступаетна входфильтра 3 и сигнальные входы компараторов 5, 8, Фильтр 3 подавляет высокочастотную помеху, наложенную на сигнал датчика 1, что позволяет амплитудному формирователю источника 4 формировать поЭО стоянное напряжение 1 , пропорциональщное амплитуде сигнала давления при впрыске топлива. На первом и вторых выходах источника 4 образуются соот" ветствено опорные сигналы 1 и Пн 35 постоянного напряжения, пропорциональные напряжению Б причем ПН (ПВ ( Б,. Опорный сигналпоступает на опорный вход компаратора 5, опорный сигнал О - на опорный вход компаратора 8. 4 О НДатчик 6 формирует импульс в момент достижения в.м.т. поршня контролируемого цилиндра. Импульсы с выхода датчика 6 поступают на первый вход измерительного блока 7 и на второй управ-45 ляющий временного селектора )1. Во временном селекторе 11 образуется сигнал, задающий параметры временного "окна" в единицах угла поворота вала.ОДопустим на выходе датчика 1 образу-О ется сигнал, В момент превышения сигналом на выходе усилителя 2 опорного уровня 0 компаратор 8 срабатываетНи формирует импульс, длительность которого равна времени превышения сиг налом этого уровня. Импульс с выхода компаратора 8 поступает на первый вход формирователя 9 и на первый управляющий вход временного селектора11. В момент образования фронта этогоимпульса формироваель 9 срабатывает .и формирует на выходе сигнал "1",поступающ;й на вход формирователя 10.В тот же момент срабатывает временнойселектор 11 и формирует временноеокно", фронт и срез которого запаз-дывают относительно этого моментасоответственно на углы У,ии Фаповорота вала. В указанном диапазонеуглов поворота вала временной селек 1,тор 11 подключает выход формирователя 10 к второму входу измеритель-ного блока 7.В момент превышения сигналом навыходе усилителя 2 уровня в срабатывает компаратор 5 и на выходе формирователя 9 образуется сигнал "0".Таким образом, на выходе формирователя 9 образуется .импульс, длительность которого равна времени нарастания сигнала от уровня Бн до Бв исоответствует повороту вала за этототрезок времени на некоторый уголПо перепаду сигнала, образующемуся на выходе формирователя 9,срабатывает короткий импульс, поступающий на вход временного селектора 11. Фронт этого импульса запаздывает относительно момента срабатывания временного селектора наугол Чнв поворота вала.Если 9( нвЧестях 1 то импульс с выхода формирователя 1 О проходит через временной селектор 11 ипоступает на второй вход измерительного блока 7, осуществляя его запуск. Через некоторь 1 й угол Ч в поворота вала на первый вход измерительного блока 7 поступает сигнал с выхода датчика б. Измерительный блок7 фиксирует сдвиг между сигналами,поступающими на его входы, частотуследования импульсов е выхода датчика 6 и после соответствующих преобразований индицирует Угол Чрвопережения впрыска топлива.Если Чкв ( М,или нв 1 Ч,),то импульс с выхода формирователя10 блокируется временным селектором 11 и измерение не происходит. По срезу импульса на выходе компаратора 8 временной селектор 11 ,сбрасывается в исходное состояние, что исключает возможность прохождения на измерительный блок 7 импульсан формирователя 10 при возникновении на выходе датчика 1 высокочастотных колебаний многократно пересекающих опорные уровни П и У.н5Временной селектор 11 работает следующим образом.Импульсы с выхода датчика 6 поступают на вход преобразователя16, на выходе которого образуется постоянное напряжение, пропорциональное частоте следования этих импульсов. Сигнал с выхода преобразователя 16 поступает на входы питания времязадающих цепей элемента 12 15 и формирователя 13. характеризующихся соответствующими постояннымивремени. Длительность задержки входного жпульса, формируемая элементом 12, и длительность импульса, форми руемая формирователем 13, прямопропорциональны соответствующим постоянным времени и обратно пропорциональны управляющему напряжению, т.е. частоте следования импульсов на выходе датчика 6. В результате в элементе 12 задается задержка, длительность которой независимо от скоростного режима двигателя соответствует повороту вала на фиксированный З 0 (опорный ) угол Ч = Ущ,д . Соответственно в формирователе 13 задается длительность формируемого импульса, которая независимо от скоростного режима двигателя соответствует поворо ту вала на фиксированный (опорный ) угол о = ЯюИмпульс с выхода компаратора 8 поступает на вход формирователя 15 и элемента 12. Последний срабатывает40 по фронту этого импульса и при повороте вала на угол Ч= щ, формирует импульс, поступающий на вход формирователя 13. Последний срабатывает по фронту этого импульса и формирует 45 1 11 , 1временное окно - им и ул ь с , в те чение длительности которого в ал по ворачивается на угол Ч = У - ЧО Паа т оИмпульс с выхода формирователя 13 поступает на управляющий входключа 14 и разблокирует его. В этом состоянии ключ подключает выход формирователя 10 к соответствующему входу измерительного блока 7. По окончании импульса ключ вновь блокируется.По срезу импульса, поступающего с выхода компаратора 8, срабатывает формирователь 15 и формирует короткий импульс, который поступает на первые управляющие входы элемента 12 и формирователя 13, включает цепи "быстрого" разряда конденсаторов времязадающих цепей и подготавливает тем самым временной селектор 11 к формированию очередного временного "окна". Введение новых элементов - второго. компаратора, формирователя временных интервалов, формирователя импульсов и временного. селектора - позволяет путем сравнения длительности нарастания сигнала датчика давления с допустимыми пределами исключить возможность появления "ложных" результатов, которые могут возникать при появлении помех на выходе датчика давления, вызванных паразитными деформациями трубопровода, и, следовательно, повысить помехоустойчивость устройства.Выполнение временного селектора в виде элемента опорной задержки, формирователя опорного временного интервала, ключа, формирователя импульсов и преобразователя частоты позволяет сделать параметры селектирования независимыми от частоты вращения вала двигателя и тем самым расширить область применения устройства.1173231 и аказ 5040/3 Тираж 897 Подпис НИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб ое СС иал ППП "Патент", г. Ужго роектная Составитель Н, ПатрахальцевРедактор О. Колесникова Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. Сирохман