Устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания

,Бояркинров исследо троизмерител 8) ельство СС 5/00, 1981 ючекци3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Всесоюзный научительский институт эленых приборов(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ, содержащее измерительныйблок, датчики давления опорного иугловых положений, первый и второйформирователи импульсов, блок фазовращателей, блок селекции импульсов,усилитель, указатель момента экстре"мума, блок синхронизации и фазовыйдискриминатор, причем один из измерительных входов измерительного блока соединен с выходам датчика давления через усилитель и непосредственно с входом указателя моментаэкстремума, управляющий вход измерительного блока соединен с выходомблока синхронизации, установочный исчетный входы которого соединены соответственно с первым и вторьи выхода.ми блока селекции импульсов, первыйи второй входы которого соединенысоответственно с первым и вторым,8011386 выходами блока фазовращателей, первый и второй 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 упрощения и ловышения надежности контроля, снабжено первым и вторым элементами задержки, причем первый элемент задержки включен между первым выходом блока селекции импульсов и первым входом фазового дискриминатора,а второй элемент задержки - междувыходом указателя момента экстремума и вторым входом фазового дискриминатора,2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что элементы задержки снабжены дополнительнымиЪю входами, причем указанные входы под. вава кл ны к второму выходу блока се- вы ле и импульсов, СЮУстройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блок ар фазовращателей содержит умножнтельчастоты и третий элемент задержки, выход которого служит первым выходом, а вход- первым входом блокафазовращателей, дополнительный вход третьего элемента задержки и второй выхЬд блока фазовращателей подключены к выходу умножителя частоты, вход ф которого служит вторым входом блока фазовращателей, 113868425 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к приборостроению, а именно к средствам длядиагностики и контроля двигателейвнутреннего сгорания.Известны устройства для контроляпараметров двигателя внутреннего сгорания, содержащие датчик угловых положений с кодовой шкалой, измерительный блок,В устройствах датчик угловых положений вырабатывает код, текущеезначение которого определяется углом поворота коленчатого вала. Этодостигается тем, что некоторое значение кода, например нулевое, принимается за опорное, причем датчикобычно устанавливается так, что момент появления опорного значения ко-,да связывают с моментом достижения поршнем опорного цилиндра положейия верхней мертвой точки (в.м.т.).По сигналам датчика измерительныйблок производит измерение сигнала,поступающего ца один из его измерительных входов 1.1.1.Одним из недостатков устройствявляется необходимость установки ижесткой связи датчика угловых положений с коленчатым валом двигателя,в то время как в большинстве практических случаев, например, в условиях, эксплуатационной диагностики, доступ к коленчатому валу двигателяограничен или невозможен, что услож няет и снижает надежность контроляи существенно ограничивает областьприменения.Другим недостатком устройствявляется сравнительно невысокая точность контроля, вызванная тем, чтомомент появления опорного значениякода не совпадает с действительныммоментомв.м.т. вследствие неточности установки датчика. К тому жев процессе эксплуатации двигателяразность между моментами появленияопорного кода датчика и в.м,т. ещеболее увеличивается иэ-за увеличениязазоров в кривошипно-шатунном механизме.Известны устройства для контроляпараметров двигателя внутреннегосгорания, содержащие измерительныйблок, датчики давления, опорного иугловых положений, первый и второй.формирователи импульсов, блок фазовращателей, блок селекции импульсов, усилитель, указатель момента экстремума, блок синхронизации и фазовый дискриминатор, причем один изизмерительных входов измерительногоблока связан с выходом датчика давления через усилитель и непосредственно с входом указателя моментаэкстремума, управляющий вход измерительного блока связан с выходомблока синхронизации, установочныйи счетный входы которого соединенысоответственно с первым и вторымвыходами блока селекции импульсов,первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовращателей,первый и второй входы которого свя-.заны с выходами датчиков опорного иугловых положений соответственно через первый и второй формирователиимпульсов. Датчик угловых положений устройства за один оборот коленчатого вала двигателя формирует серию импульсов, расстояние между которыми равно определенному углу поворота вала, а число, например, числу металлических штырей, равномерно расположенных по окружности маховика. Одна из отметок датчика угловых положений, следующая за отметкой датчика опорного положения, принимается за начальную. Датчик сравнительно прост по конструкции, устанавливается на невращающейся части двигателя. При отключенной подаче топлива устройство позволяет устранить фазовый сдвиг между моментом появления начальной отметки датчика угловых положений и моментом появления максимума давления, соответствующего в.м,т. опорного цилиндра, и, следовательно, повысить точность контроля параметров двигателя. Момент максимума давления фиксируется указателем момента экстремума, при этом точность операции устранения фазового сдвига и, следовательно, точность контроля тем выше, чем ниже порог чувствительности указателя момента экстремума 21.Недостатками известного устройства являются сравнительная сложность и низкая надежность контроля вследствие сложности и низкой надежности выполнения операции устранения фазового сдвига между момен138684 3 1 том в,м.т. и начальной отметкой датчика угловых положений, Это вызывается тем, что любой сигнал помехи, который появляется на участке нарастания (фронте) сигнала давления в виде колебания, размах которого превышает порог чувствительности указателя момента экстремума1 вызывает срабатывание последнего до момента появления максимума давления и соответственно формирование 1 1ложного сигнала в,м.т опережающего момент истинного сигнала в.м,т Образование ложных" сигналов в.м.т. моменты появления которых в силу случайного характера помех .также случайны от цикла к циклу работы двигателя, вызывает необходимость выполнения большого числа повторных регулировок при устранении фазового сдвига, снижает достоверность выполнения этой операции, приводит в конечном итоге к появлению неверных результатов измерений и тем самым усложняет и снижает надежность контроля параметров двигателя.Цель изобретения - упрощение и повышение надекности контроля.Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания, содержащЕе измерительный блок, датчики давления опорного и уг. ловых положений, первый и второй фор мирователи импульсов, блок фазовращателей, блок селекции импульсов, усилитель, указатель момента экстремума, блок синхронизации и фазовый дискриминатор, причем один из измерительньм входов измерительного блока соединен с выходом датчика давления через усилитель и непосредственно с входом указателя момента экстремума, управляющий вход измерительного блока соединен с выходом блока синхронизации, установочный и счетный входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока селекции импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вто. рым выходами блока фазовращателей, первый и второй входы которого сое" динены с выходами датчиков опорного и угловых положений соответственно через первый и второй формирователи импульсов, снабжено первым и вторым элементами задержки, причем первый элемент задержки включен между первым выходом блока селекции импульсов,и первым входом фазового дискриминатора, а второй элемент задержки -между выходом указателя моментаэкстремума и вторым входом фазовогодискриминатора.Кроме того элементы задержкиснабжены дополнительными входами,причем указанные входы подключенык второму выходу блока селекции импульсов.Блок фазовращателей содержитумножитель частоты и третий элемент задержки, выход которого служит первым выходом, вход - первымвходом блока фазовращателей, дополнительный вход третьего элементазадержки и второй вьмод блока фазо вращателей подключены к выходу умножителя частоты, вход которого служит вторым входом блока фазовращателей.На чертеже приведена структурная 25 электрическая схема предлагаемогоустройства.Устройство содержит измеритель"ный блок , датчик 2 давления, датчики опорного 3 и угловых 4 положений, первый 5 и второй 6 формирователи импульсов, блок 7 фазовращателей, блок 8 селекции импульсов,усилитель 9, указатель 10 моментаэкстремума, блок 11 синхронизациии фазовый дискриминатор 12.Один из измерительных входовизмерительного бпока 1 связан с выходом датчика 2 давления через усилитель 9 н непосредственно с входом 40 указателя 10 момента экстремума,управляющий вход - с выходом блока11 синхронизации, установочный исчетный входы которого соединенысоответственно с первым 13 и вторым 45 14 выходами блока 8 селекции импульсов. Первый 15 и второй 16 входыблока 8 селекции импульсов соединены соответственно с первым и вторымвыходами блока 7 фазовращателей,первый и второй входы которого связаны с вьмодами датчиков опорного3 и угловых 4 положений соответственно через первый 5 и второй 6 формирователи импульсов. 55Устройство снабжено первым 17 ивторым 8 элементами задержки, причем первый элемент 17 задержки вклю 1138684чен между первым 13 выходом блока8 селекции импульсов и первым входомфазового дискриминатора 12, а второй элемент 18 задержки - между выходом указателя О момента экстремума и вторым входом фазового,:дискриминатора 12. Элементы 17 и 18 задержки снабжены дополнительными входами, причем указанные входы подключены к второму выходу 14 блока 8 селекции импульсов,Блок 7 фазовращателей содержитумножитель 19 частоты и элемент 20задержки, выход которого являетсяпервым выходом, а вход - первым входом блока 7 фазовращателей, дополнительный вход третьего элемента 20задержки и второй выход фазовращателей подключены к выходу умножителей19 частоты, вход которого является 20вторым входом блока 7 фазовращателей.Блок 8 селекции импульсов пропускает на выход 14 все импульсы, поступающие на его вход 6, за исключением первого импульса, возникающего 25после появления сигнала на входе 15.Этот первый пропущенный импульс поступает на выход 13, Блок 8 селекциипредставляет собой обычную комбинационно-логическую схему, состоящую, 30например, из триггера и схем совпадения.Указатель 10 момента экстремумавырабатывает импульс в момент достижения некоторой функцией своего экст ремального значения. В качестве указателя момента экстремума может бытьиспользован один из известных указателей, построенных на базе однополярного пикового детектора и подключеннога к его входу и выходу компаратора, Пиковый детектор автоматически "обнуляется" путем Шунтирования запоминающей емкости:, если входной сигнал не достигает некоторогофиксированного уровняи, следовательно, указатель 10 отмечает моментыпоявления максимума входного сигналаи любых других экстремумов, появляющихся, например, вследствие воздей Оствия помех, только на участке нарастания (фронте) входного сигнала,Указатель 10 не срабатывает, еслиразмах колебания, вызванного помехой, не превышает пррога чувствитель ности его компаратора.Элемент 17 задержки может бытьвыполнен на базе ждущего мультивибратора с фиксированной длительностью импульса. Выходной импульс элемента 7 формируется при этом по срезу импульса ждущего мультивибратора. Элемент 18 задержки может быть выполнен аналогично элементу 17 с той лишь разницей, что его ждущий мультивибратор должен обладать свойством повторного запуска. Предпочтительным является использование цифровых ждущих мультивибраторов, построенных на базе генераторов образцовой частоты и вычитающих счетчиков сцепями предустановки кода и триггерами, обеспечивающими стартстопный режим работы, При снабжении элемента задержки дополнительным входом в качестве генератора образцовой частоты используется внешний источник импульсов и время задержкиь х зфгде Т - период следования импульсов внешнего источника;М - код предустановки счетчика;Третий элемент 20 задержки такжеможет быть выполнен на базе цифрового ждущего мультивибратора, работающего в режиме счета импульсов,поступающих на дополнительный вход.,В качестве задатчика кода предпочтительным является использование многооборотного потенциометра, напряжение с которого преобразуется в кодс помощью аналого-цифрового преобразователя.Умножитель 19 формирует за период следования входных импульсов число импульсов, равное коэффициентуумножения К. В качестве умножителя 19 может быть использован умножитель число-импульсного типа, построенный на базе генератора опорнойчастоты, делителя опорной частоты скоэффициентом деления, равным коэффициенту умножения К и управляемого делителя частоты,Фазовый дискриминатор 2 сравнивает фазы поступающих на его входы импульсов и формирует на своем индикаторе сигналы "Отставание", Опережение, "Синфазность".Фазовый дискриминатор может быть выполнен на базе фазового компаратора, фазометра и др.Датчик 2 давления вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный давлению газов в опорном цилиндре двигателя.Устройство работает следующим образом.Датчик 3 опорного .положения фор мирует один импульс за один оборот коленчатого вала в момент, опережающий на некоторый угол У момент в.м,т. поршня опорного цилиндра. Датчик 4 угловых положений формиру- О ет за оборот коленчатого вала серию импульсов, равномерно следующих один за другим через угол М 3 бОД, где 1 число импульсов в серии. Импульсы датчиков 3 и 4, сформированные по 15 форме и длительности соответственно формирователями 5 и 6, поступают на соответствующие входы блока 7 фазовращателей. На первом выходе блока 7 фазовращателей, связанном с вхо дом 15 блока 8 селекции, формируются импульсы, сдвинутые относительно импульсов на первом его входе, связанном с датчиком 3, на некоторый угол, определяемый блоком 25 фазовращателей. На втором выходе 5 лока 7 фазовращателей за оборот коленчатого вала формируется серия импульсов, равномерно следующих один за другим через угол М 4= Ч/К, одре деляющий дискретность выполнения фазового сдвига Чф, где К постоянный коэффициент, значение которого выбирается из соображений обеспечения требуемой точности фазового сдвига, выполняемого блоком 7. Причем каждый импульс на первом выходе блока 7 синфазен с одним из импульсов на втором его выходе.Пусть на выходе датчика 3 появля ется импульс. Этот импульс через угол Ч с соответствующего выхода блока 7 поступает на вход 15 блока 8 селекции и изменяет его состояние так, что по срезу импульса вход 4 ,16 блока подключается к его же выходу 13. Через угол Ч после появления импульса на входе 15 блока 8 на его входе 16 появляется очередной импульс, формируемый блоком 7 по сигналам датчика 4, Этот импульс проходит на выход 13 блока 8 и поступает на установочный вход блока 11 синхронизации. Блок 1 устанавливается в исходное состояние, соответствующее нулевой фазовой отметке. По срезу импульса, поступающего на выход 13 блока 8, последний устанав 1138684 8ливается в состояние, при которомего вход 16 подключается к выходу14 этого же блока. При повороте коленчатого вала на угол , на входе16 блока 8 появляется следующий импульс, сформированный блоком 7 посигналу датчика 4. Этот импульс поступает на счетный вход блока 1синхронизации и устанавливает,егов состояние, соответствующее первойфазовой отметке, сигнализирукищей оповороте коленчатого вала на угол,АСостояние блока 8 не изменяется допоявления следующего задержанного импульса датчика 3 на входе 5,Таким образом, за один оборот коленчатого вала первый иэ сформированных блоком 7 импульсов по сигналудатчика 4 после появления задержан- .ного импульса датчика 3 поступает наустановочный вход блока 11, а остальные сформированные импульсы поступают на счетный вход блока 11 и последовательно изменяют его состояние.При этом переход блока 1 в следующее состояние соответствует повороту коленчатого вала на угол 3поАотношению к моменту появления импуль"са на установочном входе блока 11,где 3 порядковый номер импульса наего счетном входе,На выход. блока 1 и соответственно на управляющий вход измерительного блока 1 поступают сигналы в моменты изменения состояния блока 11, выбранные по заранеезаданной блоку 11 программе.Импульсы с выхода 13 блока 8 одновременно поступает на вход элемента 7 задержки, на выходе которого через интервал времени с, определяемый элементом 17, формируетсяимпульс. Этот импульс поступает наодин из входов фазового дискриминатора 12, на другой вход которогопоступает импульс с выхода элемента8 задержки, сформированный по сиг-.налам указателя 1 О момента экстремума. На вход указателя 10 поступаетчерез усилитель 9 сигнал с датчика2 давления, пропорциональный давлению газов в опорном цилиндре двигателя. Указатель О начинает анализировать входной сигнал после превышения последним некоторого напередзаданного уровня. При этом любой сигнал помехи, который появляется нафронте сигнала датчика 2 в виде ко 1138 б 84 10лебания, размах которого превышает порог чувствительности указателя 1 О, вызывает срабатывание последнего до момента появления максимума давления. Таким образом, на выходе указа теля 10 формируется за один цикл работы двигателя серия импульсов, последний из которых соответствует максимуму входного сигнала. После снижения сигнала давления до некоторого, наперед заданного уровня указателя 10, автоматически "обнуляется", Описанный выше процесс формирования серии импульсов повторяется вновь при достижении сигна лом давления наперед заданного уров ня.При поступлении первого импульса серии на вход элемента 18 задержки последний запускается. Длитель ность задержки элемента 18 равна длительности р задержки элементаЪ17 и выбрана таким образом, чтобы выполнялось неравенство тф (( тцр, гдедлительность фронта сигнала давления, определяемая промежутком времени от момента достижения этим сигналом некоторого наперед заданного уровня до момента достижения максимального значения, а Ф проие- З 0 жуток времени, за который вал двигателя повернется на 180 . При выполнении этого неравенства очередной импульс серии, поступающей на вход элемента 18, осуществляет его повторный запуск до того, как на его выходе начнет формироваться задержанный импульс. При появлении последнего импульса серии, т.е. импульса,фронт которого совпадает с момен- О том максимума сигнала датчика 2, вновь осуществляется запуск элемента 18 и через интервал времени на его выходе сформируется импульс, который поступит на вход фазового дискриминатора 12. В следующем цикле работы двигателя процесс формирования импульса на выходе элемента 18 задержки повторится.Таким образом, на одном нз входов фазового дискриминатора 12 формируется в каждом цикле работы двигателя импульс, задержанный на время С относительно момента достижения максимума сигналом датчика 2 давления. На другом входе фазового дискриминатора 12 формируется импульс, задержанный на время Т относительно иипульса, принятого зя начало отсчетафаз. Поскольку время задержки элементов 17 и 18 выбрано равными, торазность фаз импульсов ня входах фазового дискриминатора равна по модулю и совпадает по знаку с разностьюфаз между иипульсои начала отсчетафаз на выходе 3 блока 8 и импульсоммаксимума, совпадающим с иоиентои максимума сигналя давления и сформированном ня выходе указателя.О, Такийобразом, если импульс ня выходе 3отстает по фазе ст импульсаиаксииуия ня выходе указателя10, то Фазовый дискриминатор12 инднцирует ня своем индикаторе-сигнал "Отставание", Если импульсна выходе 13 опережает по Фазе импульс мяксниуия пя ьыходе укязятеля10, то Фазовый дискриминатор 12 индицирует сигнал "Опережение", Присовпадении импульсов по Фазе индицируется сигнал Сннфяэлость.Перед началом процесса контроляпараметров двигателя подача топлива вопорный цилиндр отключается. В этомслучае появления ияксниуия дявчепня и .следовательно, момент появленля импульса, соответствующего максимумудавления. ня выходе указателя Осоответствует моменту в,.и.т, поршняопорного цилиндра,Если 1 ф +(Ч то импульс ня вы раходе 13 блока 8 опережает по Фазеимпульс максимума указателя О нфазовый дискриминатор 12 индицируетсигнал Опережение . Оператор изменяет параметр У блока 7 Фязоврящяфтелей в сторону его увеличения. Вмомент ф+Ур Чрц импульс ня выходе13 блока 6 совпадает по фазе с импульсом максимума указателя 10, ифазовый дискриминатор 12 индицирует сигнал "Синфязность,Если Чф+ 9,)ф, то импульс на выходе 13 блока 8 отстает по фазе от импульса максимума указателя 10, и фазовый дискриминатор 2 нндицирует сигнал "Отставание, Оператор добивается получения сигнала Синфазность, уменьшая параметрблока 7 фязоврящятеля.Таким образом, после получения сигнала СинфязностьФаза появления импульса ня выходе 3 блока 8, а следовательно, и пя установочном входе блока 1, ссвладает с истинным моментом в,м.тпоршня опорного цилиндра.После этого включается подача топлива в опорный цилиндр, и начинается процесс измерения парамет ров двигателя по сигналам, поступающим на управляющий вход измеритель,ного блокас выхода блока 11 синх" ронизацин, Эти сигналы возникают в заданные моментыповорота колен- О4чатого вала относительно в,м.т. поршня опорного цилиндра.При использовании дополнительных входов элементов 17 и 18 на эти вхо. ды поступают импульсы с выхода 14 15 блока 8 с периодом, соответствующим постоянному и равному У значению угла поворота коленчатого вала. Соответственно элементы 17 и 18 формируют задержки Уу=ХЧ, где Н 20 код предустановки счетчика элемента задержки и, следовательно, значение Ч не зависит от частоты вращения вала двигателя. Блок 7 фазовращателей работает следующим образом,Импульсы с выхода формирователя 5 поступают на вход третьего элемента 20 задержки, являющийся входом предустановки его счетчика. На дополнительный вход третьего элемента 20 задержки и на второй выход блока 7 поступают импульсы с выхода умножителя 19, на вход которого поступают импульсы 1 датчика 4 угловых положений, сформированные формирователем 6, Третий элемент 20 , работает аналогично элементам 17 и 18 и обеспечивает сдвиг. импульсов о патчика 3 опорного положения по фазе на величину Ч, значение которой изменяется оператором путем изменения кода предустановки счетчика элемента 20.задержки.45 Коэффициент умножения К умножнтеля выбирается из соображения обеспечения несбходимой точности выполнения фазового сдвига первым, вторыми третьим элементами 17, 18 и 20 задержки.Введение элементов задержки, одиниз которых включен между первым выходом блока селекции и одним из входов фазового дискриминатора, а другой между выходом указателя моментаэкстремума и другим входом фазовогодискриминатора, выгодно отличаетпредлагаемое устройство от .известного, поскольку позволяет устранитьвлияние "ложных" срабатываний указателя момента экстремума, возникающих из-эа помех, наложенных на сигнал датчика давления, тем самымуменьшить число повторных регулировок при устранении фазового сдвигамежду моментом в.м.т. и начальнойотметкой датчика угловых положений,повысить достоверность результатовизмерений и, как следствие, упроститьпроцесс и повысить надежность контроля,Снабжение элементов задержки дополнительными входами и подключениеих к второму выходу блока селекцииимпульсов, позволяет сделать величину задержек независимой от частотывращения вала двигателя и тем самымрасширить область применения устройства, Выполнение блока фаэовращателей в виде элемента задержки иумножителя частоты позволяет снизитьтребования к разрешающей способности датчика угловых положений,обеспечив одновременно требуемую дискрешность регулировки фазового сдвига и, следовательно, повысить точность формирования задержек введенными элементами задержки, и расширить область применения устройства,1138684 Составитель Н.ПатрахальцевРедактор Е.Лушникова Техред М.Кузьма, Корректор В.Бутяг Тираж 89 Государст елам изоб сква, ЖПодписнСССР иал П 1 П 1 "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Заказ 10678/32ВНИИПИпо113035, М венного комите ретений и откр 5, Раушская на