Устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания

(51)5 6 01 М 15 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТ альная схема блока из фиг. 3 - функцион рения,Устройство д ДВС(фиг, 1) соде пульсов меток угл ный с коленчат показан), первы блок 3 измерения частоты, управля делитель 6 частот зации, счетчик 8 боростронтроля пао сгорания но при исроля. параметров мирователь 1 имложения, связанм двигателя (не синхронизации, тор 4 образцовой итель 5 частоты, блок 7 синхрони" угловых меток и ля конт ржит фор ового по ым вало и блок 2 , генера емый дел ы, второй периода е быст кциональ- функциоктора; на(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут электроизмерительных приборови Ленинградский электротехнический институт им, В,И, Ульянова (Ленина)(56) Авторское свидетельство СССРМ 1478068, кл. 6 01 М 15/00, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к приборостроению. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.Устройство содержит формирователь импульсов меток углового положения, связанный с коленчатым валом двигателя, первыйи второи блоки синхронизации, блок измерения, генератор образцовой частоты, управляемый делитель частоты, делительчастоты, счетчик, регистр периода угловых Изобретение относится к при ению, в частности к средствам ко раметров двигателей внутреннег (ДВС), и может быть использова пытаниях двигателей. Цель изобретения - повышен йствия устройства.На фиг. 1 представлена фун я схема устройства; на фиг, 2 - льная схема временного селе меток, умножитель частоты, временной селектор, блок счета импульсов выборок, первый и второй блоки буферной памяти и )ереключатели импульсов адресации, записи данных. Устройство формирует импульсы дискретизации сигнала контролируемого процесса с частотой, пропорциональной среднему значению частоты следования импульсов угловых меток за период Тх их следования так, что размер й (полученного за период Тх) массива выборок сигнала заведомо превышает расчетное число Й 0 шагов дискретизации, оперативно запоминает массив чх и преобразует его в следующем периоде Тх одновременно с формированием следующего массива й в массив размеромИтак, что фаза любой выборки массива Й 0 отличается от расчетного значения не более чем на половину фактического шага дискретизации, В результате оказывается возможным контроль параметров двигателя по результатам измерений мгновенных значений сигнала в смежных циклах работы двигателя, в том числе на неустановившихся режимах работы двигателя. 1 з,п.Ф-лы, 3 ил. 3бд10 15 30 35 40 50 55 регистр 9 периода угловых меток, Первый ивторой выходы формирователя 1 соединены соответственно с установочным и счетным входами блока 2, управляющий вход. блока 2 соединен с первым управляющим выходом блока 3. Выход генератора 4 соединен с счетным входом управляемого делителя 5. Выход счетчика 8 соединен с кодовым входом регистра 9, вход записи которого соединен с первым выходом блока 7, второй выход которого соединен с установочным входом счетчика 8, а первый вход соединен с вторым выходом формирователя 1,В устройство введены умножитель 10 частоты, временной селектор 11 импульсов выборок, блок 12 счета импульсов выборок, первый и второй блоки 13 и 14 буферной памяти, переключатель 15 импульсов адресации, переключатель 16 импульсов записи и переключатель 17 данных. Импульсный вход умножителя 10 соединен с вторым выходом формирователя 1, управляющий вход соединен с выходом блока 2 и с вторым входом блока 7, а выход соединен с первым синхронизирующим входом блока 3, с первым входом переключателя 15 и со счетным входом счетчика 8. Выход регистра 9 соединен с управляющим входом управляемого делителя 5, импульсный выход которого соединен с опорным входом временного селектора 11, а установочный вход соединен с импульсным выходом блока 12 и с установочными входами временного селектора 11 и делителя 6. Счетный вход делителя 6 соединен с выходом генератора 4, а потенциальный выход соединен с вторым входом переключателя 15 и с импульсным входом временного селектора 11, выход которого соединен с вторым синхронизирующим входом блока 3 и со счетным входом блока 12, Потенциальный выход блока 12 соединен с управляющим входом генератора 4, а вход запуска соединен с установочными входами блоков 13 и 14 и с вторым выходом блока 7, третий выход которого соединен с управляющими входами переключателей 15-17.Первый и второй выходы переключателя 15 соединены с входами адресации соответственно блоков 13 и 14, входы данных которыхсоединены с выходом данных блока 3, входы записи соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя 16, а выходы - соответственно с первым и вторым входами данных переключателя 17, Выход переключателя 17 соединен с входом данных блока 3, второй управляющий выход которого соединен с импульсным входом переключателя 16.Временной селектор 11 импульсов выборок (фиг. 2) содержит логический элемент И 18, триггер 19, логический элемент 20 запрета и формирователь 21 импульсов. Первый вход логического элемента И 18 служит импульсным входом 22 временного селектора 11, второй вход соединен с выходом триггера 19, а выход соединен с входом формирователя 21 и с входом логического элемента 20, выход которого соединен с первым установочным входом триггера 19, управляющий вход соединен с вторым установочным входом триггера 19 и служит установочным входом 23 временного селектора 11, Счетный вход триггера 19 и выход формирователя 21 служат соответственно опорным входом 24 и выходом 25 временного селектора 11. Блок 3 (фиг. 3) выполнен в виде пульта26 управления и связанного с ним вычислителя 27 и блока 28 ввода аналоговых сигналов, причем вход запуска блока 28 служит первым синхронизирующим входом 29 блока 3, первый и второй входы вычислителя 27 являются соответственно входами 30 данных и вторым синхронизирующим входом 31 блока 3, выход вычислителя 27 и один из выходов пульта 26 служат первым управляющим выходом 32 блока 3, а импульсный и кодовый выходы блока 28 являются соответственно вторым управляющим выходом 33 и выходом 34 данных блока 3,Устройство работает следующим образом,Формирователь 1 импульсов меток углового положения вырабатывает за один оборот коленчатого вала на первом выходе гп импульсов угловых меток, равномерно следующих друг за другом через угол й=360/а, а на втором выходе - импульс маркерной метки, следующей через угол аиаум после одного из импульсов угловых меток. Импульс маркерной метки поступает иа установочный вход блока 2, а импульсы угловых меток - на счетный вход этого блока, на первый вход блока 7и на импульсный вход умножителя 10. До начала процесса измерения и контроля параметров двигателя блок 2 заблокирован сигналом с управляющего выхода блока 3 измерения.При этом сигнал на выходе блока 2 имеет нулевое значение, блокирующее выход умножителя 10 и цепь запуска блока 7, Этот же сигнал инвертируется в блоке 7 и формирует на втором выходе этого блока сигнал, удерживающий в исходном нулевом состоянии счетчик 8 и счетчики адресации блоков 13 и 14 буферной памяти и не изменяющий исходное состояние блока 12, при котором генератор 4 заблокирован,Сигнал на третьем выходе блока 7 имеет нулевое значение, при котором одноименные входы переключателя 15 импульсов адресации подключены к одноименным выходам этого переключателя, импульсный вход переключателя 16 подключен к входу записи блока буферной памяти, а выход переключателя 17 подключен к выходу блока 14 буферной памяти.По команде с пульта управления блока 3 в вычислитель 27 этого блока вводится код числа й выборок сигнала контролируемого процесса в виде числа й 1 выборок за цикл работы двигателя и числа К циклов дискретизации (работы двигателя) (й=К й 1), а на первом управляющем выходе блока 3 формируется. сигнал, содержащий код номера вн угловой метки начала интервала дискретизации, и сигнал, разблокирующий блок 2. Последний срабатывает в момент поступления на его вход импульса угловой метки с номером (при отсчете с момента появления на установочном входе блока 2 импульса маркерной метки) и формирует на выходе единичное значение сигнала. При этом сигнал на втором выходе блока 7 принимает нулевое значение, разблокирует счетчик 8 и счетчики адресации блоков 13 и 14, а также разблокируется цепь запуска самого блока 7. Поскольку фронт импульса угловой метки с номером гпнопережает момент появления сигнала, разблокирующего блок 7, последний не срабатывает до момента появления следующей угловой метки, Одновременно сигнал с выхода блока 2 разблокирует выход умножителя 10; на импульсный вход которого поступают импульсы угловых меток.Импульсы с выхода умножителя 10 поступают на счетный вход счетчика 8 периода угловых меток, на первый вход переключателя 15 и на первый синхронизирующий вход блока 3. При этом на выходе переключателя 15 образуются импульсы, поступающие на адресный вход блока 13,Пусть на выходе умножителя 13 образуется импульс, При этом число в счетчике 8 и в счетчике адресации блока 13 увеличивается на одну единицу счета, а в блоке 3 происходит запуск аналого-цифрового преобразователя (АЦП), По окончании аналого-цифрового преобразователя мгновенного значения сигнала контролируемого процесса на выходе АЦП и, соответственно, на выходе данных блока 3 формируется код результата преобразования, поступающий на входы данных блоков 13 и 14. Одновременно на втором управляющем выходе блока. 3 формируется импульс, поступающий через переключатель 16 на вход записи блока 13, и код результата преобразования5 10202530 3540 АЦП блока 3 записывается в ячейку памяти блока 13, адрес которой определяется состоянием счетчика адресации этого блока. С появлением следующего импульса умножителя 10 описанный процесс записи выборок сигнала в блок 13 повторяется, В результате к моменту появления следующего импульса угловой метки в счетчике фиксируется число йх 1, а в блоке 13 - массив из йх 1 выборок мгновенных значений сигнала.При появлении следующей угловой метки блок 7 срабатывает и на его первом выходе формируется импульс, по которому в регистр 9 переписывается код числа йх 1 счетчика 8. Одновременно изменяется потенциал на третьем выходе блока 7, изменяющий состояние переключателей 15-17 так; что импульсы с выхода умножителя 10 начинают поступать на адресный вход блока 14, импульсы с второго управляющего выходаблока 3 - на вход записи блока 14, а к входу данных блока 3 подключается выход блока 13. По срезу импульса на первом выходе блока 7 на его втором выходе формируется импульс, вновь устанавливающий в исходное нулевое состояние счетчик 8 и счетчики адресации блоков 13 и 14,.а также осуществляющий запуск блока 12, В результате на новом угловом интервале аум накапливание следующего массима йхг выборок осуществляется в блоке 14, а блок 13 устанавливается в режим считывания массива йх 1 выборок на вход данных блока 3.В момент запуска блока 12 на его потенциальном выходе образуется сигнал, разблокирующий выход генератора 4, а на импульсном выходе - импульс, устанавливающий управляемый делитель 5 и первую ступень делителя.6 в исходное нулевое состояние, вторую ступень этого делителя - в единичное состояние, а временной селектор 11 - в состояние, соответствующее появлению единичного значения сигнала на его опорном входе, Образующийся на выходе делителя 6 перепад сигнала проходитчерез переключатель 15 на адресный вход блока 13, а временной селектор 11 срабатывает и формирует импульс, поступающий на второй синхронизирующий вход блока 3. В 50 результате код с выхода первой ячейки памяти блока 13, поступающий через переключатель 17 на вход данных блока 3,записывается в первую ячейку оперативнозапоминающего устройства (ОЗУ) блока 3Импульсы с выхода генератора 4 поступают на входы делителей 5 и 6. Через интервал времени Т=йоК определяемый коэффициентом деления йо делителя 6, и интервал времени Тх=йх 1/о, определяемый коэффи 1733946циентом деления управляемого делителя 5, равным значению кода регистра 9, появляются импульсы соответственно на выходах делителей 6 и 5. Импульс с выхода делителя 6 наращивает адрес ячеек блока 13, а в момент появления импульса на выходе делителя 5 временной селектор 11 вновь срабатывает и код с выхода второй ячейки блока 13 записывается во вторую ячейку ОЗУ блока 3. Процесс наращивания адресов ячеек блока 13 и записи данных в ОЗУ блока 3 продолжается до появления на выходе делителя 6 импульса, срез которого опережает момент появления импульса на выходе делителя 5, В результате временной селектор 11 срабатывает только в момент появления следующего импульса на выходе делителя.6, вновь изменяющего адрес ячейки блока 13, а запись в ОЗУ блока 3 кода, хранящегося в ячейке блока 13 с предыдущим адресом, не производится. Импульсы с выхода временного селектора 11 одновременно подсчитываются блоком 12, Последний срабатывает в момент поступления на его счетный вход Йо импульсов и блокирует генератор 4.Таким образом, в ОЗУ блока 3 из Мха выборок, хранящихся в блоке 13, переписываются только й выборок, фазы которых отличаются от расчетных не более чем на половину реального шага дискретизации, а остальные Их-Йо выборок массива йх 1 "отбрасываются".С приходом следующего импульса угловой метки вновь изменяется положение переключателей 15 - 17 и происходит запуск блока 12. Аналогично описанному в блок 13 записывается массив йз выборок, а И выборок массива Мха переписывается в ОЗУ блока 3.При К=1 (й - М 1) описанный процесс дискретизации продолжается до поступления на второй синхронизирующий вход блока 3 й 1 импульсов, В этот момент блок 3 формирует единичный сигнал, блокирующий блок 2, и процесс дискретизации прекращается.При К 1 и й 1 щМо после поступления очередной серии Й 1 импульсов блок 3 формирует короткий импульс, сбрасывающий выходной триггер блока 2 в исходное нулевое состояние и прекращающий процесс дискретизации до момента появления очередной угловой метки с номером Он.При К 1 и й 1=е й блок 3 формирует единичный сигнал, блокирующий блок 2 после поступления И=К.И импульсовт.е. процесс дискретизации продолжается до этого момента непрерывно.25303540 45 50 При К 1, начиная с второго массива М 1 выборок, коды синфазных выборок суммируются в одноименных ячейках ОЗУ блока 3, а после окончания записи И выборок вычислитель блока 3 осуществляет усреднение полученных значений,После окончания процесса дискретизации (К=1) или после окончания процесса усреднения синфазных выборок (К 1) вычислитель блока 3 производит расчет и контроль параметров, например, индикаторной диаграммы контролируемого цилиндра двигателя.Результаты измерений и контроля выводятся на экран дисплея блока 27, входящегов блок 3 измерения, и могут быть зарегистрированы на бланке печатающего устройства этого блока.Временной селектор 11 импульсов выборок работает следующим образом (фиг. 2),В исходном состоянии временного селектора 11 сигналы на импульсном входе 22 и на выходе триггера 19 имеют нулевое значение и блокируют логический элемент И 18 соответственно по первому и второму входам и сигнал на его выходе также имеет нулевое значение. Элемент 20 запрета разблокирован,При поступлении импульса на устано- вочный вход 23 элемент 20 запрета блокируется, а триггер 19 срабатывает и разблокирует элемент И 18 по второму входу. Одновременно на импульсном входе 22появляется первый импульс последовательности Т, имеющий скважность 3=2, и элемент 18 И разблокируется также и по первому входу, В результате сигнал на выходе логического элемента И 18 принимаетединичное значение, вызывающее срабатывание формирователя 21, и на выходе 25 временного селектора 11 появляется первый импул,ьс, поступающий на второй синхронизирующий вход блока 3, После окончания импульса на установочном входе 23 логический элемент 20 запрета разблокируется и сигнал с выхода логического элемента И 18 сбрасывает триггер 19 в исходное состояние, Элемент И 18 вновь блокируется по второму входу, а через интервал Т/2 блокируется также и по первому входу паузой сигнала на импульсном входе22 Через интервал То и ТхТо после появления первого импульса на выходе 25 появ ляются импульсы соответственно наимпульсном 22,и опорном 24 входах. Импульс, появляющийся на опорном входе 24, поступает на счетный вход триггера 19 и вызывает его срабатывание, в результате чего элемент И 18 вновь оказывается разблокированным по обоим входам и на выходе 25 формируется следующий импульс, Одновременно сигнал с выхода элемента И 18 поступает через разблокированный элемент 20 запрета на установочный вход триг гера 19 и вызывает .его обратное срабатывание. Элемент. И 18 вновь блокируется по второму входу, а через некоторый интервал времени также и по первому паузой сигнала на импульсном входе 22. 10Описанный процесс формирования импульсов на выходе 25 продолжается до появления импульса на импульсном входе 22, срез которого запаздывает относительно момента появления импульса на опорном 15 входе 24. В результате в момент появления импульса на опорном входе 24, вызывающего срабатывание триггера 19, элемент.И 18 оказывается разблокированным только по второму входу и формирования импульса отклика на выходе 25 на появление прошедшего импульса на импульсном входе 22 не происходит. К моменту появления следующего .импульса на импульсном входе 22 триггер 1.9 остается в единичном состоянии, 25 элемент И 18 оказывается разблокированным по обоим входам и на выходе 25 вновь формируется импульс.Блок 3 измерения работает следующим образом (фиг., 4). Перед началом измерения 30 и контроля параметров двигателя по сигналам с пульта 27 управления включается один из измерительных каналов коммутатора блока 28 ввода аналосовых сигналов, в вычислитель 27 вводится код числа Й выбо рок мгн ненных значений контролируемого процесса в виде числа Й 1 выборок за цикл работы двигателя и числа К циклов работы двигателя, а на выходе 32 формируется многолинейный сигнал, содержащий код номе ра углОвой метки начала интервала . дискретизации. Однолинейный сигнал на выходе 32 формируется вычислителем 27 и имеет единичное значение, блокирующее блок 2 устройства. 45 По команде "Пуск", формируемой на выходе пульта 26, однолинейный сигнал на выходе вычислителя 27 принимает нулевое значение, разблокирующее блок 2 устройст ва, а на первый синхронизирующий вход 29 блока 3 начинают поступать импульсы запуска АЦП блока 28. По окончании очередного аналого-цифрового преобразования блок 28 формирует на выходе 34 данных код резуль тата преобразования, а на втором управляющем выходе 33 - импульсный сигнал. В процессе дискретизации коды выборок массивов Йо поступают на вход 30 данных блока 3 и записываются в ячейки ОЗУ вычислителя 27 по сигналам, поступающим на второй синхронизирующий вход блока 3.В случае К=1,.Й=Й 1 при поступлении на второй синхронизирующий 30 вход блока 3 Й 1 импульсов вычислитель 27 формирует на выходе 32 единичное значение, блокирующее блок 2, и процесс дискретизации прекращается.Пусть контроль параметров двигателя производится эа К циклов его работы, а число Й 1 меньше максимально возможного значения Й 1 а=в, Йо. Тогда при поступлении на второй синхронизирующий выход 30 очередной серии из Й 1 импульсов вычислитель 27 формирует на выходе 32 блока 3 короткий импульс, сбрасывающий выходной триггер блока 2 устройства в исходное нулевое состояние и прекращающий процесс дискретизации до появления очередной угловой метки с номером пъ.При К 1 и Й 1=Й 1 п вычислитель 27 формирует на выходе 32 блока 3 единичное значение после поступления на второй синхронизирующий вход этого блока Й.импульсов выборок, т.е. процесс дискретизации продолжается до этого момента непрерывно,При К 1, начиная с второго массива Й 1 выборок, коды синфазных выборок суммируются в одноименных ячейках ОЗУ вычислителя 27, а операция усреднения осуществляется после окончания записи Й числа выборок.После окончания процесса дискретизации (К=1) или усреднения (К 1) вычислитель 27 блока 3 производит расчет и контроль,. параметров контролируемого процесса, результаты контроля выводятся.на экран дисплея вычислителя 27.Формула изобретения 1. Устройство для контроля параметров двигателя внутреннего сгорания, содержащее формирователь импульсов меток углового положения, связанный с коленчатым валом двигателя, первый блок синхронизации с установочным, счетным и управляющим входами, блок измерения с выходом и входом данных, первым и вторым синхронизирующими входами и первым и вторым уп-. равляющими выходами, генератор образцовой частоты с управляющим входом, управляемый делитель частоты со счетным, управляющим и установочными входами, делитель частоты со счетным и установочным входами, второй блок синхронизации с первым и вторым входами и первым, вторым и третьим выходами, счетчик периода угловых меток с установочным и счетным входами и регистр периода угловых меток с входом записи и кодовым вхо 1733946 12дом, причем первый и второй выходы формирователя импульсов меток углового положения соединены соответственно с установочным и счетным входами первого блока синхронизации, управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом блока измерения, выход генератора образцовой частоты соединен со счетным входом управляемого делителя частоты, выход счетчика периода угловых меток соединен с кодовым входом регистра периода угловых меток, вход записи которого соединен с первым выходом второго блока синхронизации, второй выход которого соединен с установочным входом счетчика периода угловых меток, а первый вход - с вторым выходом формирователя импульсов меток углового положения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно дополнительно снабжено умножителем частоты с импульсным и управляющим входами, временным селектором импульсов выборок с импульсным,. опорным и установочным входами, блоком счета импульсов выборок со счетным входом и входом запуска и с импульсным и потенциальным выходами, первым и вторым блоками буферной памяти, снабженными входами данных, записи и адресации и установочными входами, переключателем импульсов адресации с первым и вторым входами и выходами и с управляющим входом, переключателем импульсов записи с импульсным и управляющим входами, переключателем данных с первым и вторым входами данных и с управляющим входом, причем второй выход формирователя импульсов углового положения соединен с импульсным входом умножителя частоты, управляющий вход которого подключен к выходу первого блока синхронизации и к второму входу второго блока синхронизации, выход умножителя частоты соединен с первым синхронизирующим входом блока измерения, с первым входом переключателя импульсов адресации и со счетным входом счетчика периода угловых меток, выход регистра периода угловых меток соединен с управляющим входом управляемого делителя частоты, импульсный выход последнего подключен к опорному входу временного селектора импульсов выборок, установочный вход управляемого делителя частоты соединен с импульсным выходом блока счета импульсов выборок и с установочными входами временного селектора импульсов выборок и делителя частоты, потенциальный выход которого подключен к второму входу переключателя импульсов адресации и к импульсному входу временного селектора импульсов выборок, 5 выход последнего соединен с вторым синхронизирующим входом блока измерения и со счетным входом блока счета импульсов выборок, счетный вход делителя частоты подключен к выходу генератора образцовой 10 частоты, управляющий вход которого соединен с потенциальным выходом блока счета импульсов выборок, а входзапуска последнего связан с установочными входами первого и второго. блоков буферной памяти и с 15 вторым выходом второго блока синхронизации, третий выход которого соединен с управляющими входами .переключателя импульсов записи, переключателя данных и переключателя импульсов адресации, пер вый и второй выходы последнего соединеныс входами адресации соответственно первого и второго блоков буферной памяти, входы данных которых соединены с выходом данных блока измерения, их входы записи сое.- 25 динены соответственно с первым и вторымвыходами переключателя импульсов записи, а выходы первого и второго блоков буферной памяти соединены соответственно с первым и вторым входами данных переклю чателя данных, выход последнего соединенс входом данных блока измерения, второй управляющий выход которого соединен с.импульсным входом переключателя импульсов записи.352. устройствопо п.1, отл ич а ю щеес я тем, что временной селектор выполнен в виде логического элемента И с двумя входами, триггера со счетным и двумя устано вочными входами, формирователяимпульсов и логического элемента запрета, причем первый вход элемента И совмещен с импульсным входом временного селектора импульсов выборок, второй вход элемен та И соединен с выходом триггера, а выходэлемента И подключен к входу формирователя импульсов и к входу логического элемента запрета, выход которого соединен с первым установочным входом триггера, уп равляющий вход соединен с вторым установочным входом триггера и совмещен с установочным входом временного селектора импульсов выборок, а сметный вход триггера и выход формирователя импульсов 55 совмещены соответственно с опорным входом и выходом временного селектора импульсов выборок.1733946 Составитель А. ЗолотовТехред М.Моргентал Корректор О, Кравцова Редактор А. Огар Заказ 1663 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101