Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания

,Ю, КоФурс88.8) ев,ство СССР 1978. коС свидете М 15/О ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПИ(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ ДВИГАТЕЛЯВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт,св. 9 739979, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышениянадежности процесса формирования отметок верхней мертвой точки, в неговведены анализатор сигналов блоксигнализации и элемент запрета, причем первый вход анализатора сигналовсоединен с выходоМ динамическогозапоминающего элемента, второй вход -с выходом ключа, третий вход - с выходом управляемого генератора импульсов, первые два выхода анализатора сигналов соединены с одноименными входами блока сигнализации,а третий - с входом управления элемента запрета, причем блок сигнализации снабжен третьим входом для уп- .равляющего сигнала,2, Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что анализатор сигналов содержит первый и второй компараторы напряжения, компараЯО 10017 тор частоты, ключ и элемент запрета,причем выходы первого и второго компараторов напряжения соединены соответственно с входами управления ключа анализатора и его элементом запрета, выход первого из которых через компаратор частоты соединен свходом второго, а компараторы напряжения снабжены входами для опорныхсигналов,при этом соединения другоговхода первого компаратора напряжения с другим входом второго компаратора напряжения, входом ключа анализатора и другим входом компараторачастоты образуют соответственно первый, второй и третий входы анализатора сигналов, а выход второго компаратора напряжения, выход., второгоэлемента запрета и выход компаратора частоты образуют соответственнопервый, второй и третий выходы анализатора сигналов,3. Устройство по пп.1 и 2, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что блоксигнализации содержит управляемыйгенератор импульсов, инвертор, ключи индикатор, соединенные последовательно, причем первый и второй входыуправляемого генератора импульсовблока сигнализации и вход управления,его ключа образует соответственно пер-"вый, второй и третий входы блока,4, Устройство по п.3, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что индикатор вы.полнен в виде источника света.Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано вэлектронных приборах, предназначенных для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания.По основному авт. св, У 739979 известно устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания, содержащее индуктивный датчик, усилитель, первый и второй компараторы, первый и второй формирователи импульсов, пиковый детектор, делитель напряжения, триггер, ключ, причем датчик через усилитель 15 подключен к одному из входов первого компаратора и к входу пикового детектора, выход делителя напряжения связан с другим входом первого компаратора, один из входов триггера соеди нен с выходом первого компаратора, другой вход - с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с входом управления ключа. Устройство дополнительно содержит динамический запоминающий элемент сборки и первый управляемый генератор импульсов, причем, динамический запоминающий элемент включен между выходом пикового детектора и входом делителя на пряжения, один из входов элемента сборки соединен с выходом управляемого генератора импульсов, управляющий вход которого подключен к выходу клю" ча и к другому входу элемента сборки, выход которого непосредственно соединен с входом управления динамического запоминающего элемента, через первый формирователь импульсов - с входом управления пикового детек тора, выход усилителя подключен дополнительно к одному из входов второго компаратора, на другой вход ко". торого подключен нулевой. потенциал, а к выходу через второй формирова тель импульсов подсоединен входключа.Это устройство обеспечивает формирование отметок верхней мертвой точки (в,м.т.) при заданном соотношении сигнал/помеха. При эксплуатационной диагностике двигателей этого соотношения добиваются установкой датчика в.м.т. в фиксирован-ное положение относительно маховика неработающего двигателя.Известное устройство не обеспечивает надежного формирования отметок в,м.т. в силу того, что отверстие метка в.м.т.) на маховике изубья венца маховика находятся внепосредственной близости друг отдруга и при определенном положениидатчика относительно маховика в датчике генерируются примерно равныепо амплитуде сигналы как от меткив.м,т., так и от зубьев, т.е. нарушается требуемое соотношение сигнал/помеха. На выходе устройства при этомформируется равномерная последовательность импульсов, частота следования которых во много раз превышаетчастоту сигналов от метки в,м.т, Кроме того, возможна частая поломкадатчика в.м.т, поскольку при егофиксированной установке не учитывается, например, биение маховика, атакже вследствие смещения датчикапри работе двигателя из-за его вибрации и тряски,Цель изобретения - повьппениенадежности процесса формирования отметок в.м,т,Цель достигается тем, что в устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания введены анализатор сигналов,блок сигнализации и элемент запрета,причем первый вход анализатора сигналов соединен с выходом динамического запоминающего элемента, второйвход - с выходом ключа, третий вход "с выходом управляемого генератораимпульсов, первые два выхода .анализатора сигналов соединены с одноименными входами блока сигнализации, атретий - с входом управления элемента запрета, причем блок сигнализации снабжен третьим входом для управляющего сигнала.Цель достигается тем, что анализатор сигналов содержит первый ивторой компараторы напряжения, компаратор частоты, ключ и элемент запрета, причем выходы первого и второго компараторов напряжения соеди"иены соответственно с входами управления ключа анализатора и его элементом запрета, выход первого из которых через компаратор частоты соединен с входом второго, а компараторынапряжения снабжены входами для опорных сигналов, при этом соединениядругого входа первого компараторанапряжения с другим входом второгокомпаратора напряжения, входом клю1001770 4 3ча анализатора и другим входом компаратора частоты образуют соответственно первый, второй и третий входыанализатора сигналов, а выход второго компаратора напряжения, выход 5второго элемента запрета и выходкомпаратора частоты образуют соответственно первый, второй и третийвыходы анализатора сигналов.Цель достигается также и тем,что блок сигнализации содержит управляемый генератор импульсов, инвертор, ключ и индикатор, соединенные последовательно, причем первыйи второй входы управляемого генератора импульсов блока сигнализациии вход управления его ключа образуютсоответственно первый, второй и третий входы блока. Цель достигаетсятакже и тем, что индикатор выполнен Юв виде источника света,На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.Устройство содержит установленный против маховика двигателя индуктивный датчик 1, выход которого подключен к усилителю 2. Выход усилителя 2 через последовательно соединенные пиковый детектор 3, динамический 30запоминающий элемент 4 и делитель 5связан с одним из входов первого компаратора 6 и непосредственно с другим его входом и с одним из входоввторого компаратора 7. Выход компа- З 5ратора 6 подключен к одному из входов три; гера 8, а выход второго компаратора 7 - к входу первого формирователя 9 импульсов. Выход последнего связан с входом ключа 1 О, вход 40управления которого подключен к выходу триггера 8. Выход ключа 10 соединен с управляющим входом управляемого генератора 11 импульсов и с одним из входов элемента сборки 12, 45другой вход которого соединен с выходом генератора 11, а выход элемЕнта 12 связан непосредственно с входом управления динамического запоминающего элемента 4 и через второй 50формирователь 13 импульсов - с входом управления пикового детектора 3.На вход 14 компаратора 7 подаетсянулевой потенциал.В устройство введены анализатор 1555сигналов с первыми 16, вторь 1 м 17 итретьим 18 входами, блок 19 сигнализации с первым 20, вторым 21 и третьим 22 входами и первый элемент запрета 23. Позицией 24 обозначены выходустройства. Анализатор сигналов 15 содержит первый и второй компараторы напряже ния 25 и 26, компаратор частоты 27, ключ 28 и второй элемент запрета 29. Выходы компараторов напряжения 25 и 26 соединены соответственно с входами управления ключа 28 и второго элемента запрета 29. Выход ключа 28через компаратор частоты 27 соединенс входом второго элемента запрета 29.На вход 30 первого компаратора напряжения 25 подан опорный сигнал 0,на вход 31 второго компаратора напряжения 26 подан опорный сигнал Бв,а на вход 32 компаратора частоты 27 подан опорный сигнал Г (источники опорных сигналов на чертеже не показаны).Ьлок сигнализации 19 содержит последовательно соединенные второй управляемый генератор 33 импульсов, инвертор 34, ключ 35 и индикатор 36, выполненный в виде источника света.Значение опорного сигнала 0 посН тоянно и превышает уровень смещения компаратора напряжения 6.Значение опорного сигнала П такжеВ постоянно, определяется экспериментально и равно уровню сигнала на выходе динамического запоминающего элемента 4 при минимально допустимом зазоре между датчиком 1 и вращающимся маховиком при нижней частоте вращения двигателя.На вход 32 компаратора частоты 27 подан опорный сигнал, соответствую- щий максимальной частоте Г вращения вала двигателя.На вход 22 блока сигнализации 19 подается логический сигнал, При нулевом значении этого сигнала блок 19 блокируется, что обеспечивает программное управление устройства,Устройство работает следующим образом.Пусть двигатель находится в нерабочем состоянии, В этом случае сигналы на выходе датчика 1, на выходеусилителя 2, а следовательно, и навходах пикового детектора 3 и компараторов 6 и 7 отсутствуют. Генератор 11 формирует импульсы с некоторой частотой следования, равной Г,Импульс, появляющийся на выходе генератора 11, проходит через элементсборки 12 и поступает непосредственно на управляющий вход динамическогозапоминающего элемента 4, устанавливая последний в режим выборки сигнала с выхода пикового детектора 3. 5 По заднему фронту импульса генератора 11 срабатывает формирователь 13, который сбрасывает пиковьа, детектор 3 в исходное нулевое состояние и переводит триггер 8 в нулевое сос тояние, при котором ключ 10 закрыт. Одновременно по заднему фронту импульса генератора 11 элемент 4 переходит в режим хранения уровня сигнала, установившегося на выходе пикового детектора 3 к моменту его сброса, Уровень сигнала, зафиксированный на выходе элемента 4, уменьшается враз с помощью делителя напряжения 5 и,поступает на один из входов 20 компаратора 6, Поскольку в описываемом случае сигнал на выходе усилителя 2 отсутствует, то на выходах пикового детектора 3, элемента 4 и делителя 5, на обоих входах компаратора 625 устанавливается нулевой потенциал. При этом компаратор 6 по одному извходов смещен так, что независимо от 1 уровня шумов схемы сигнал на еговыходе отсутствует и, следовательно, ЗО тригге 8 остается в исходном нулевом состоянии, соответствующем закрытому состоянию ключа 10, Иа обоих входах компаратора 7 потенциалы также равны нулевым, Вследствие З 5 внутренних шумов схемы и дрейфа смещения компаратора 7 последний может срабатывать и вызвать в свою очередь срабатывание формирователя 9Однако поскольку ключ 10 закрыт, сигнал на 40 его выходе, а следовательно, и на выходе 24 устройства отсутствует.Таким образом, при неработающем двигателе уровень сигнала на выходе динамического запоминающего эле мента 4, и следовательно, на входе16 анализатора 15 равен нулю, а импульсы на выходе ключа 10 и, следовательно, на входе 17 анализатора 15 отсутствуют, а на вход 18 анализато ра 15 поступают импульсы генератора 11, Первый же импульс, образующийся на выходе генератора 11, вызывает срабатывание анализатора 15.и наего втором и третьем выходах образу-. 5 ются единичные сигналы. При этом единичный сигнал, образующийся на третьем выходе, блокирует элемент запрета 23. Единичный сигнал совторого выхода анализатора 15 поступает на вход 21 блока 19. При этомпри единичном значении сигнала навходе 22 блока 19 последний срабатыфвает и формирует сигнал меньше", информирующий оператора о необходимости запустить двигатель и установить на нем датчик 1. Пусть двигатель работает на заданном скоростном режиме, которому соответствует на выходе датчика частота сигнала Г Г. Допустим, на выходе датчика 1 появляется импульс положительной полярности, возникающий при прохождении мимо индуктивного датчика 1 отметки в,м.т. на маховике двигателя. В момент появления импульса на выходе усилителя 2 компараторы 6 и 7 срабатывают. При этом на выходе компаратора 6 появляется сигнал, устанавливающий триггер 8 в единичное состояние, при котором ключ 10 открывается. В некоторый момент времени на выходе пикового детектора 3 Фиксируется уровень сигнала П соответствующий амплитудному значению появившегося импульса. В момент прохождения момента в.м.т. импульс изменяет свою полярность, что вызывает обратное срабатывание компараторов 6 и 7. В этот момент по заднему фронту импульса компаратора 7 срабатывает формирователь 9, который формирует короткий импульс, проходящий черезоткрытый ключ 10 на вход элемента 23. Одновременно этот же импульс с выхо-да ключа 10 поступает на управляющий вход генератора 11, "срывая" его очередное колебание, и на вход элемента 12, Сигнал с выхода последнего поступает на управляющий вход элемента 4, переводя его в режим выборки сигнала с выхода пикового детектора 3. По заднему фронту импульса формирователя 9 срабатывает Формирователь 13, устанавливая триггер 8 в исходное нулевое состояние. При этом ключ 10 блокируется. Одновременно импульс с выхода формирователя 13 поступает на управляющий вход пикового детектора 3, устанавливая его в исходное нулевое состояние, На выходе элемента 4 фиксируется уровень сигнала П а на входе компаратора 6, подключенном к выходу делителя 5 -пороговый уровень сигнала, равныйЛТаким образом, в результате описанного выше процесса на входе компаратора 6, связанного с делителем 5, 5автоматически устанавливается пороговый уровень, пропорциональный значению амплитуды сигнала отметкив.м.т., а на выходе ключа 10 в момент обратного срабатывания компаратора 7 формируется короткий импульс.Передний фронт этого импульса соответствует моменту изменения полярности сигнала отметки в.м.т., поскольку порог срабатывания компаратора 7устанавливается постоянным и равнымнулю,Описанный вьппе процесс формирования сигнала на выходе ключа 10 устройства повторяется при появлении 20на выходе усилителя 2 следующего импульса положительной полярности с,амплитудой Б , превышающей порого 112вый уровень компаратора 6, установившийся на выходе делителя 5. При этом,25если амплитуда этого импульса отличается от амплитуды предыдущего импульса, т.е. Б ФУщ, то на выходе2 1делителя 5 автоматически устанавливается новый пороговый уровень сраба тывания компаратора 6, равныйПю 142Описанный выше процесс формирования сигнала на выходе ключа 10 непроисходит при появлении на выходе 35усилителя 2 следующего импульса положительной полярности с амплитудой,меньшей порогового уровня компаратора 6, установившегося на выходеделителя 5. При этом значение порого вого уровня не изменяется.Таким образом, при работающемдвигателе на выходе элемента 4 и,следовательно, на входе 16 анализатора 15 образуется сигнал, уровень 45П которого превышает нулевой(0,10), а на выходе ключа 1 О и,следовательно, на входе 17 анализа, тора 15 образуются импульсы некоторой частоты й,50Пусть уровень П сигнала на входе 16 анализатора больше опорногоуровня О и не превышает опорныйуровень П(0(П сУ ), а также выполняется условие Е(Е , где Е - 55отношение сигнал/помеха на выходедатчика 1. Тогда пороговый уровеньсрабатывания компаратора 6 определяется только сигналами отметки в.м,т.и на выход ключа 10 поступают импульсы, образующиеся только в момен"ты изменения полярности сигналов отметок в,м.т,В результате частота следованияимпульсов на выходе ключа 10 равначастоте вращения вала двигателя и,следовательно, выполняется соотношение ГГ ( й . Каждыйимпульс, появляющийся на выходе ключа 10, "срывает" колебания генератора 11 и импульсы на его выходе и, следовательно, на входе 18 анализатора отсутствуют. Первый же импульс, образующийся на выходе ключа 10, вызывает обратное срабатывание анализатора 15и на его втором и третьей выходахобразуются нулевые сигналы. Поскольку выполняется условие 0 (О сиге Вфнал на первом выходе анализатора 5имеет также нулевое значение. В ре-зультате элемент запрета 23 нулевьисигналом с третьего выхода анализатора 15 разблокируется и импульсы свыхода ключа 10 поступают на выход24 устройства, Нулевые сигналы спервого и второго выходов анализатора 15 поступают соответственно на вхо-.ды 20 и 21 -блока 19 и последний фор-мирует сигнал "норма".Пусть вследствие вибрации и тряски двигателя или неправильной установки датчика .1 зазор между его торцом и плоскостью маховика уменьшается настолько, что уровень сигнала на выходе усилителя 2 и, следовательно, уровень Б сигнала на выходе элемента 4 превышает опорный уровень П (ББ ). Тогда анализатор 15 срабатывает и на его первом выходе появляется единичный сигнал, поступаю" щий на вход 20 блока 19. При этомблок 19 формирует сигнал "больше", информирующий оператора о необходимости увеличения зазора между тор"цом датчика 1 и йлоскостью махови- ка, Если при П08 отношение сигнал/помеха снижается настолько, что выполняется условно 1Е(например, вслеДствие насыщения усили" теля 2 при биении маховика), то час-. тота Е импульсов на выходе ключа 10 может превышать верхнее значение К рабочего диапазона частоты вра- .щения вала двигателя. Тогда анализатор 15 срабатывает и на его третьемвыходе формируется единичный сигнал, 100177050 блокирующий элемент 23. При этомпрекращается поступление импульсовна выход 24 устройства.Пусть при У(У,(ц зазор междуторцом датчика 1 и плоскостью маховика увеличивается настолько, чтовследствие влияния зубьев маховиканарушается условие 1( 71( . При этомА сл"частота импульсов на выходе ключа 10превышает верхнее значение й .Тогдаанализатор 15 срабатывает и формирует единичные сигналы на втором итретьем выходах. По этим сигналамблокируется элемент 23, а блок 19Формирует сигнал "меньше", информирующий оператора о необходимостиуменьшения зазора между торцом датчика 1 и плоскостью маховика.Анализатор 15 сигналов работаетследующим образом, Сигнал У с выхода динамического запоминающего элемента 4 через вход 16 поступает насоответствующие входы компараторовнапряжения 25 и 26; на опорные входы 30 и 31 которых поданы сигналыУн и Пв. Импульсы с частотой Гх свыхода ключа 10 через вход 17 поступают на вход ключа 28. Импульсы счастотой йг с выхода генератора 11через вход 18 поступают Ма опорный ЗОвход компаратора частоты 27, надругой опорный вход которого подансигнал Е,.Пусть двигатель находится в нерабочем состоянии, тогда П(Ци З 5Г=О, В результате на выходах компараторов напряжения 25 и 26 сигналыимеют нулевое значение,Нулевой сигнал с выхода компаратора напряжения 25 блокирует ключ 28,4 оа нулевой сигнал с выхода компаратора напряжения 26 разблокирует элемент запрета 29 и одновременно поступает на первый выход анализатора 15.С выхода ключа 28 нулевой сигнал пос - 45тупает на вход комнаратора частоты 27,Последний срабатывает, и на его выходе образуется единичный сигнал,который поступает непосредственнона третий выход анализатора 15 ичерез разблокированный элемент запрета 29 - на второй выход анализатора.Пусть двигатель работает. ПриП (П единичный сигнал на выходе 55компаратора частоты 27 не изменяется независимо от значения частотыГ на выходе ключа 28, поскольку последний по-прежнему заблокированнулевым сигналом с выхода компаратора напряжения 25. Состояние остальных элементов анализатора 15 приэтом не изменяется. При П(1 П,(У компаратор напряжения 25 срабатывает, и импульс с выхода ключа 10 через разблокированныйключ 28 поступает на выход компаратора частоты 27. При этом на его вы-.ходе образуется нулевой сигнал приГ (Г (йв. Соответственно на выходахр х 8;анализатора 15 сигналы имеют нулевоезначение,При У эП срабатывает также икомпаратор напряжения 26, на еговыходе образуется единичный сигнал,который поступает на первый выходанализатора 15 иодновременно блокирует элемент запрета 29. В результате независимо от значения сигналана выходе компаратора частоты 27 сигнал на втором выходе анализатора 15имеет нулевое значение.Блок 19 сигнализации работаетследующим образом.Сигналы с первого и второго выходов анализатора 15 поступают на одноименные входы управляемого генератора 33 соответственно через входы 20 и 21. При нулевом сигнале навходе 22 блока 19 ключ 35 заблокирован, и нулевым сигналом на входе индикатора 36 лампа его выключается.При единичном сигнале на входе 22ключ 35 разблокирован и лампа индикатора 36 включается по сигналам, поступающим с выхода управляемого генератора 33 через инвертор 34.При единичном сигнале на входе 20на выходе генератора 33 образуютсяимпульсы с малой частотой (например 1 Гц) и скважностью, равнойдвум, Эти импульсы поступают на индикатор 36, вызывая редкое миганиеего лампы.При единичном сигнале на входе21 блока 19 генератора 33 вырабатывает импульсы с большей частотой(например 5 Гц) и скважностью, равной двум, Лампа индикатора 36 приэтом мигает с большей частотой.При нулевых сигналах на входах20 и 21 блока 19 на выходе генератора 33 образуется нулевой сигнал.На выходе инвертора 34 при этом образуется единичный сигнал, который11 1001770вызывает равное горение лампы инди-катора 36. 12 едактор С. Титова Т С.Мигунов рректор Л.Пилипенко Тираж 897 Государствен елам изобрет сква, Ж, аказ 324 2 П сно ИИП го комитета СССРий и открытий ушска 3035 аб., д. илиал ППП "Патент", г. Ужгород, улПроектна Таким образом, введение анализатора сигналов, блока сигнализации и элемента запрета выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, поскольку исключает прохождение на выход устройства сигналов с частотойФ отличной от частоты вращения вала двигателя, а также формирует сигналы, позволяющие оператору получить на выходе устройства требуемую последовательность отметок в,м,т т.е. повышает надежность процесса формирования отметок в.м.т.