Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания. Оно рас ряет область применения устройства, которое содержит индукционный датчик 1, первый усилитель 2, источник 3 опорного напряжения , первый и второй компараторы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

° SU» 1268988 А1 (504 G 01 М 15 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы4ь.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 384! 696/25-06 (22) 07.01.85 (46) 07.11.86. Бюл. № 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов и

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (72) Б. Д. Бородин, P. А. Ивашев и Г. Ф. Морозов (53) 621.43.001.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 739979, кл. G 01 M 15/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания. Оно рас— ряет область применения устройства, которое содержит индукционный датчик 1, первый усилитель 2, источник 3 опорного напряжения, первый и второй компараторы

1268988

4 и 5, первый триггер 6, формирующий каскад 7, элемент 8 сборки и генератор 9 импульсов. Кроме того, оно содержит второй усилитель 11, третий и четвертый компараторы 12 и 13, второй триггер 14, фильтр 15 нижних частот. и пороговый элемент 16. При неработающем двигателе импульсы сигнала на выходе датчика 1 усилителя 2, а следовательно, и на входе источника 3, первых входах компараторов 12 и 13 и вторых входах компараторов 4 и 5 отсутствуют. Дальней шая работа схемы приводит к тому, что импульсы сигнала на выходе 17 устройства отсутствуют. После запуска двигателя и выхода его скоростного режима на рабочий диапазон частот на его выходе появляются двухполярные импульсы сигнала с частотой f„)f„ датчик 1 устанавливается против верхней мертвой точки. Метка может быть выполнена либо в виде штифта, либо в виде отверстия в маховике двигателя. Схема устройства срабатывает таким образом, что в обоих

Устройство относится к приборостроению и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытания и диагностики двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит индукционный датчик 1, первый усилитель 2, источник 3 опорного напряжения, первый и второй компараторы 4 и 5, первый триггер 6, формирующий каскад 7, элемент 8 сборки и генератор 9 импульсов. Выход датчика 1 подключен через последовательно соединенные первый усилитель 2 и источник 3 опорного напряжения к первому входу первого компаратора 4, выход которого соединен с первым входом первого триггера 6. Выход последнего соединен с входом управления формирующего каскада 7, вход которого соединен с выходом второго компаратора 5, а выход— с вторым входом первого триггера 6, входом управления генератора 9 и первым входом элемента 8 сборки. Второй ьход элемента 8 сборки соединен с выходом генератора 9, а выход — с входом управления источника 3. На первый вход 10 компаратора

5 подключен нулевой потенциал.

В устройство введены усилитель 11, третий и четвертый компараторы 12 и 13, второй триггер 14, фильтр 15 нижних частот и пороговый элемент !6. Выход первого усилите5 !

О

30 случаях выполнения меток на выход усилителя 11 всегда первой поступает положительная полуволна импульса. Дальнейшая работа схемы приводит к тому, что на выходе 17 устройства появляется импульс, фронт которого совпадает с моментом перехода через нуль двухполярного сигнала датчика

l. С появлением импульсов на выходе 17 устройства прекращается работа генератора

9. Источник 3 фиксирует максимальное значение входного сигнала по каждому импульсу с выхода формирующего каскада 7, поступающему на его вход управления через элемент 8 сборки и обновляет значение опорного сигнала на своем выходе в соответствии с максимальным значением каждого предыдущего импульса входного сигнала. В результате устройство приходит в установившееся состояние, которое не нарушается при изменении скоростного режима двигателя в пределах рабочего диапазона частот датчика !. 1 ил.

2 ля 2 связан с вторыми входами компараторов 4 и 5 через усилитель 1 и непосредственно с первыми входами третьего и четвертого компараторов 12 и 13, вторые входы которых соединены с выходом источника 3 опорного напряжения, а выходы — с соответствующими входами второго триггера 14.

Выход последнего связан через последовательно соединенные фильтр 15 нижних частот и пороговый элемент 16 с входом управления усилителя 11. Индексом 17 обозначен выход устройства.

Источник 3 опорного напряжения содержит последовательно соединенные пиковый детектор 18, динамический запоминающий элемент !9, делитель 20 напряжения, Вход управления пикового детектора 18 подключен к управляющему входу источника 3 через формирователь 21 импульсов, а вход управления динамического запоминающего элемента 19 — непосредственно. Вход пикового детектора 18 служит входом источника 3, а выход делителя 20 — его выходом.

Индукционный датчик 1 при прохождении мимо него метки в виде металлического штифта или отверстия на маховике двигателя вырабатывает двухполярный сигнал, момент перехода через нулевой уровень в котором соответствует середине метки. Конструкция подобных датчиков общеизвестна.

Усилитель 2 выполняет функции буферного каскада и может быть реализован на операционном усилителе с отрицательной

1268988

1О!

40

55 обратной связью, например на микросхеме типа К14ОУД6.

Источник 3 опорного напряжения автоматически вырабатывает постоянное напряжение, уровень которого равен U,„/Ê, где

U — максимальное значение сигнала;

К вЂ” коэффициент деления делителя 20 напряжения.

Обычно уровень напряжения на выходе источника 3 выбирают равным 60 — 70% от значения U . Источник 3 обновляет уровень выходного напряжения при поступлении на его управляющий вход каждого сигнала от метки верхней мертвой точки.

Компараторы первый — четвертый 4, 5, 12 и !3 представляют собой обычные однопороговые устройства детектирования уровня, напряжение на выходе которых устанавливается на уровнях логического «О» или логической

Первый и второй триггеры 6 и 14 могут быть реализованы, например, на микросхемах типа К155ТМ2.

Формирующий каскад 7 по фронту импульса на входе вырабатывает короткий импульс на выходе, если на его управляющем входе установлен разрешающий уровень логического сигнала, и не вырабатывает импульс, если на управляющем входе установлен противоположный логический сигнал. Формирующий каскад может быть выполнен, например, на микросхеме К155АГI с использованием одного из ее информационных входов в качестве управляющего входа.

Элемент 8 сборки выполняет функцию логического ИЛИ и может быть реализован, например, на одном из логических элементов микросхемы К155ЛЛ I.

Генератор 9 импульсов вырабатывает последовательность импульсов с собственной частотой f-, которая меньше нижнего значения f- рабочего диапазона частот датчика I Импульс, поступающий на управляющий вход генератора 9, воздействует на его времязадающую цепочку так, что «срывает» колебания генератора 9. Например, при выполнении последнего на базе интегрального таймера «Срыв» колебаний может быть организован путем разряда конденсатора времязадающей RC-епи на землю через ключ, выполненный, например, на транзисторе, в течение длительности импульса на управляющем входе. В результате импульсы на выходе генератора 9 не формируются, если частота появления импульсов на управляющем входе выше собственной частоты f- следования импульсов генератора.

В схеме генератора может быть использован, например, интегральный таймер типа КР1006ВИ! .

Усилитель 11 имеет разные знаки коэффициента усиления в зависимости от уровня логического сигнала на его входе управления. При наличии на входе управления уровня логического «О» на выход усилителя поступает сигнал той же полярности, что и входной сигнал, а при уровне логической

«1» — сигнал обратной полярности.

Фильтр 15 нижних частот вырабатывает на своем выходе напряжение, уровень которого обратно пропорционален скважности импульсов, поступающих на его вход.

Пороговый элемент 6 срабатывает и формирует сигнал логической «1» при наличии на его входе напряжения высокого уровня.

В качестве порогового элемента 16 может быть использован триггер Шмитта типа

К I 55ÒË I.

Делитель напряжения 20 может быть выполнен на резисторах.

Формирователь 21 импульса срабатывает по срезу импульса на входе и формирует на выходе импульс длительности, достаточной для обнуления пикового детектора 18. Формирователь 21 может быть выполнен, например, на микросхеме типа К155АГ1.

Устройство работает следующим образом.

При неработающем двигателе импульсы сигнала на выходе датчика 1, усилителя 2, а следовательно, и на входе источника 3, первых входах компараторов 12 и 13 и вторых входах компараторов 4 и 5 отсутствуют.

Генератор 9 формирует импульсы с некоторой частотой fr. Импульсы с выхода генератора 9 проходят через элемент 8 сборки на вход управления источника 3. Каждый последующий импульс устанавливает на выходе источника значение напряжения в к раз меньше максимального значения сигнала на входе за истекший период импульсов на входе управления.

Поскольку на входе источника 3 напряжение сигнала постоянно и близко к нулю, на его выходе, а следовательно, на первом входе компаратора 4 и вторых входах компараторов 12 и 13 устанавливается близкий к нулю потенциал. При этом компараторы

4, 12 и 13 по одному из входов смещены так, что независимо от уровня шумов схемы срабатывания компараторов не происходит. В результате триггер 14 может находиться в любом из его состояний, а триггер

6 устанавливается и остается в исходном состоянии, а формирующий каскад 7 блокируется сигналом логического «О» на его управляющем входе. Таким образом, импульсы сигнала на выходе 17 устройства отсутствуют.

После запуска двигателя и выхода его скоростного режима на рабочий диапазон частот датчика 1 на выходе последнего появ1268988 ляются двухполярные импульсы сигнала с частотой Ь)1.. Пусть источник 3 фиксирует амплитуду положительной полуволны импульса. В некоторый момент времени источник 3 фиксирует максимальное значение U,„; появившегося сигнала на интервале времени, равном периоду импульсов генератора

9, и устанавливает на своем выходе уровень U ;/k, который поступает на опорные входы компараторов 4, 12 и 13. В дальнейшем до появления сигнала на выходе 17, а следовательно, на входе генератора 9, этот уровень обновляется с частотой импульсов генератора 9. Таким образом, на выходе источника 3 до появления импульсов на выходе 17 автоматически формируется положительный пороговый уровень срабатывания компараторов 4 и 12, равный U;+„/k, где U;+„максимальное значение амплитуды п импульсов, поступивших на вход источника 3 за время 1/f-, а п=

= еп1(Ь/fr> Пороговый уровень срабатывания компаратора 13 в силу конструктивных особенностей последнего отличается знаком, т.е. является отрицательным.

Пусть датчик 1 установлен против метки

ВМТ, выполненной в виде штифта (выступа) на маховике двигателя. В этом случае первой на выходе датчика 1 появляется положительная полуволна двухполярного импульса сигнала. В момент достижения этим импульсом положительного порогового уровня компаратора 12 последний срабатывает, на его выходе появляется сигнал, который устанавливает триггер !4 в единичное состояние. После прохождения середины метки ВМТ мимо датчика 1 на выходе последнего появляется отрицательная полуволна импульса. В момент достижения этим импульсом отрицательного порогового уровня компаратора 13 последний срабатывает и устанавливает триггер 14 в исходное нулевое состояние. При этом на выходе триггера 14 формируется короткий импульс, длительность которого равна времени прохождения метки ВМТ мимо датчика 1. Таким образом, на выходе триггера 14 формируется последовательность коротких импульсов с частотой f- следования сигналов датчика 1 и скважностью, равной отношению длины окружности маховика к длине метки

ВМТ. Так как скважность импульсов на входе фильтра 15 велика, то на его выходе вырабатывается низкий уровень напряжения, который значительно ниже порогового уровня порогового элемента 18 и не вызывает срабатывание последнего. В этом случае на выходе порогового элемента 18 присутствует сигнал логического «0», который поступает на вход управления усилителя 1! и устанавливает в нем положительный коэффициент усиления, т.е. полярность сигнала на выходе усилителя 11 повторяет полярность сигнала на выходе усилителя 2.

Пусть датчик 1 установлен против метки ВМТ, выполненной в виде отверстия (паза) в маховике двигателя. В этом случае первой на выходе датчика 1 появляется отрицательная полуволна двухполярного импульса. В момент достижения этим импульсом отрицательного порогового уровня компаратора 13 последний срабатывает и на его выходе появляется сигнал, устанавливающий триггер 14 в исходное нулевое состояние. После прохождения середины отметки

ВМТ мимо датчика 1 на выходе последнего появляется положительная полуволна импульса. В момент достижения этим импульсом положительного порогового уровня

15 компаратора 12 последний срабатывает и устанавливает триггер 14 в единичное состояние. Триггер 14 находится в единичном состоянии до прихода следующего импульса датчика 1, который первой полуволной, имеющей отрицательную полярность, вновь устанавливает триггер 14 в исходное нулевое состояние, а второй (положительной) полуволной — в единичное состояние. Таким образом, на выходе триггера 14 образуется последовательность импульсов со скважностью, равной отношению длины окружности маховика к разности длин окружности маховика и метки ВМТ. Так как скважность импульсов нг входе фильтра 15 мала, то на выходе последнего вырабатывается высокий уровень напряжения, который пре вышает порог срабатывания порогового элемента 16 и вызывает срабатывание последнего. При этом на выходе порогового элемента образуется сигнал логической «!», который переключает усилитель 11 в режим инвертирования входного сигнала так, что на выход усилителя 11 вновь первой посту35 пает положительная полуволна импульса.

Таким образом, при выполнении метки ВМТ как в виде отверстия (паза), так и в виде штифта (выступа) на выход усилителя 11 всегда первой поступает положительная по40 луволна импульса. Эта полуволна импульса вызывает срабатывание компаратора 4, на выходе которого формируется импульс, по длительности равный времени превышения входным сигналом порога срабатывания компаратора 4, установленного источника 3.

Импульс с выхода компаратора 4 устанавливает триггер 6 в состояние, при котором сигналом с его выхода разблокируется формирующий каскад 7. В момент изменения полярности импульса на выходе усилителя

S0

1! с положительной на отрицательную срабатывает компаратор 5, поскольку порог его срабатывания установлен постоянным и равным нулю. В результате запускается формирующий каскад 7 и на его выходе, т.е. на выходе 17 устройства, появляется импульс, фронт которого совпадает с моментом перехода через нуль двухполярного сигнала датчика 1. Этот импульс поступает на второй вход триггера 6 и устанавливает его в состоя1268988

10

Формула изобретения

Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания, содержащее индукционный датчик, первый усилитель, источник опорного напряжения, первый и второй компараторы, первый триггер, формирующий каскад, элемент сборки и генератор импульсов, причем выход индукционного датчика подключен через по25 следовательно соединенные первый усилитель и источник опорного напряжения к первому входу первого компаратора, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с входом управления формирующего каскада, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход — с вторым входом первого триггера, входом управления генератора импульсов и первым входом элемента сборки, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход — с входом управления источника опорного напряжения, а на первый вход второго компаратора подключен нулевой потенциал, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, в него дополни40 тельно введены второй усилитель, третий и четвертый компараторы, второй триггер, фильтр нижних частот и пороговый элемент, причем выход первого усилителя связан через второй усилитель с вторыми входами первого и второго компараторов и непосредственного с первыми входами третьего и четвертого компараторов, вторые входы которых сое„-инены с выходом источника опорного напряжения, а выходы — с соответствующими входами второго триггера, выход

50 которого связан через последовательно соединенные фильтр нижних частот и пороговый элемент с входом управления второго усилителя.

Составитель Н. Патрахальцев ехред И. Верес Корректор М. Демчик ираж 778 Подписное ственного комитета СССР обретений и открытий — 35, Раушская наб., д. 4/5

r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор А. Ворович Т

Заказ 6026/44 Т

ВНИИПИ Государ по делам из! l 3035, Москва, Ж

Филиал ППП «Патент» ние, при котором блокируется формирующий каскад 7, предотвращая тем самым ложные срабатывания последнего, вызванные, например, срабатыванием компаратора 5 от сигнала помехи. С приходом очередного импульса сигнала от датчика 1 процесс формирования импульса на выходе формирующего каскада 7 повторяется. С появлением импульсов на выходе 17 устройства прекращается работа генератора 9. Источник 3 фиксирует максимальное значение входного сигнала по каждому импульсу с выхода формирующего каскада 7, поступающему на его вход управления через элемент 8 сборки и, следовательно, обновляет значение опорного сигнала на своем выходе в соответствии с максимальным значением каждого предыдущего импульса входного сигнала. Таким образом, устройство приходит в установившееся состояние, которое не нарушается при изменении скоростного режима двигателя в пределах рабочего диапазона частот датч и ка 1.

Время установления устройства определяется временем установления фильтра 15 нижних частот, которое может быть выбрано достаточно малым из-за невысоких требований, предъявляемых к амплитуде пульсаций напряжения на выходе фильтра 15, в силу использования порогового элемента, выполненного в виде триггера Шмитта, а также из-за значительной разности напряжений на входе последнего, определяющих состояние порогового элемента 16.

Источник 3 опорного напряжения работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе управления пиковый детектор 18 находится в режиме выборки максимального значения входного сигнала, а динамический запоминающий элемент 19 — в режиме хранения максимального значения входного сигнала, зафиксированного пиковым детектором к моменту прихода предыдущего импульса на вход управления источника 3.

Сигнал с выхода динамического элемента ! 9 через делитель 20 напряжения, коэффициент деления которого выбирается в зависимости от соотношения сигнал/помеха на входе источника 3, поступает на выход источника 3. С приходом очередного импульса на . вход управления динамический запоминающий элемент на время действия импульса переходит в режим запоминания состояния выхода пикового детектора 18.

По срезу импульса на входе управления срабатывает формирователь 21 сигнала и обнуляет пиковый детектор 18. Последний затем вновь переходит в режим выборки, а на выход источника 3 поступает через делитель 20 новое значение опорного напряжения. В дальнейшем с приходом очередного импульса на вход управления процесс повторяется.

Таким образом, введение новых элементов — двух компараторов, усилителя, триггера, фильтра нижних частот и порогового элемента — выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет автоматически без участия оператора формировать сигнал отметки ВМТ, выполненный либо в виде штифта, либо в виде отверстия, и тем самым расширить область применения устройства.