Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания

 

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности формирования отметки верхней мертвой точки (ВМТ) при изменении скоростного режима двигателя. Устройство содержит индукционный датчик, блок нормализации, блок компарирования высокого уровня, первый блок компарирования нулевого уровня, первый и второй цифровые переключатели и первый формирователь импульсов, а также генератор образцового сигнала, первый и второй ключи, дифференциальный интегратор, второй блок компарирования нулевого уровня и второй формирователь импульса. Устройство автоматически формирует сигнал отметки ВМТ в момент изменения полярности сигнала индукционного преобразователя независимо от вида исполнения меток ВМТ: металлический штиф (выступ) или отверстие (паз) и позволяет путем сравнения длительности и паузы сигнала компарирования высокого уровня и сигнала индукционного датчика производить определение вида исполнения метки ВМТ за один оборот коленчатого вала двигателя, а следовательно, сократить время установления формального функционирования и соответственно повысить быстродействие устройства. 17 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, Я(.) „„1612221

А1 (51)5 G 01 М 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4475549/25-06 (22) 15.08.88 (46) 07.12.90. Бюл. № 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов и

Ленинградский электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (72) P. А. Ивашев и Г. Ф. Морозов (53) 621.436.001.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1484070, кл. G 01 М 15/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Цель изобретения — повышение быстродействия и точности формирования отметки верхней мертвой точки (ВМТ) при изменении скоростного режима двигателя. Устройство содержит индукционный датчик, блок нормализации, блок компарирования высокого уровня, первый блок комИзобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для испытания двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в системах диагностики и управления двигателем.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности формирования отметки верхней мертвой точки при изменении скоростного режима двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — сигнал на выходе блока нормализации при выполнении метки верхней мертвой точки (ВМТ) в виде металлического штифта; на фиr. 3 сигнал на выходе блока компарирования высокого уровня при выполнении

2 парирования нулевого уровня, первый и второй цифровые переключатели и первый формирователь импульсов, а также генератор образцового сигнала, первый и второй ключи, дифференциальный интегратор, второй блок компарирования нулевого уровня и второй формирователь импульса. Устройство автоматически формирует сигнал отметки ВМТ в момент изменения полярности сигнала индукционного преобразователя независимо от вида исполнения меток ВМТ: металлический штифт (выступ) или отверстие (паз) и позволяет путем сравнения длительности и паузы сигнала компарирования высокого уровня и сигнала индукционного датчика производить определение вида исполнения метки

ВМТ за один оборот коленчатого вала двигателя, а следовательно, сократить время установления формального функционирования и ссютветственно повысить быстродействие устройства. 17 ил. метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 4 сигнал на выходе блока компарирования нулевого уровня при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 5 сигнал на. выходе второго формирователя импульсов при выполнении метки

ВМТ в виде штифта; на фиг. 6 — сигнал на выходе дифференциального интегратора при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 7 — сигнал на выходе первого переключателя при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 8 — сигнал на выходе второго переключателя при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 9 — сигнал на выходе устройства при выполнении метки ВМТ в виде штифта; на фиг. 10 — сигнал на выходе блока

1612221 нормализации при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 11 — сигнал на выходе блока компарирования выходного уровня при выполнении метки ВМТ в виде отверс;ия; на фиг. 12 — сигнал на выходе блока компарирования нулевого уровня при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 13 — сигнал на выходе второго формирователя импульсов при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. !4 — сигнал на выходе дифференциального интегратора при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 15 — сигнал на выходе первого переключателя при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 16 — сигнал на выходе второго переключателя при выполнении метки ВМТ в виде отверстия; на фиг. 17 — сигнал на выходе устройства при выполнении метки ВМТ в виде отверстия.

Устройство (фиг. 1) содержит индукционный датчик 1, блок 2 нормализации, блок 3 компарирования высокого уровня и первый блок 4 компарирования нулевого уровня, первый 5 и второй 6 переключатели, первый формирователь 7 импульсов. Выход датчика 1 связан через блок 2 с входами блоков 3 и 4, выходы которых соединены с прямыми и инверсными входами соответственно цифровых переключателей 5 и 6, выходы последних соединены соответственно с прямым входом управления и сигнальным входом формирователя 7.

В устройство дополнительно введены генератор 8 образцового сигнала, первый 9 и второй 10 ключи, дифференциальный ин тегратор 11, второй блок 12 компарирования нулевого уровня, счетный триггер 13 и второй формирователь 14 импульсов. Выход генератора 8 соединен с сигнальными входами ключей 9 и 10. Выход блока 3 подключен непосредственно к прямому входу управления ключа 9, к первому инверсному входу управления ключа 10 и счетному входу триггера 13, а через формирователь 14 связан с установочным входом дифференциального интегратора 11.

Прямой и инверсный входы дифференциального интегратора 11 соединены с выходами соответственно ключей 9 и 10, а его. выход связан через блок 12 с вторым инверсным входом управления ключа 10, инверсным входом управл IIHB формирователя 7 и входом управления счетного триггера 13. Выход последнего соединен с входами управления цифровых переключателей

5 и 6. Выход формирователя 7 совмещен с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

При неработающем двигателе импульсы сигнала на выходах датчика 1, блока 2, а следовательно, и на входах блока 3 и 4 отсутствуют. Соответственно сигнал на выходе блока 3 компарирования высокого уровной полуволны сигнала датчика 1 порога

U» а его задний фронт — моменту достижения фронтом отрицательной полуволны ,сигнала датчика 1 порога U . Ha выходе блока 4 формируются импульсы (фиг. 4)

40 также с периодом следования Т, равным периоду следования сигнала датчика 1, и

5

25 ня имеет уровень логического «О», блокирующий ключ 9 и разблокирующий ключ 10, Сигнал генератора 8 (импульсы образцовой частоты fp или образцовое напряжение Uo) поступает через разблокированный ключ 10 на инверсный вход дифференциального интегратора 11. Сигнал на выходе последнего (код или уровень напряжения) уменьшается и становится равным нулю. В этот момент срабатывает блок 12 и на его выходе формируется сигнал логической «1», блокирующий ключ 10 и формирователь 7.

В результате, независимо от случайных изменений сигнала на выходе блока 4 компарирования нулевого уровня, вызванных, например, шумами, сигнал на выходе устройства не формируется.

После запуска двигателя на выходе датчика 1 и, ссютветственно, на выходе блока 2 и на входах блоков 3 и 4 появляются биполярные импульсы частотой, равной частоте вращения вала двигателя.

При. появлении положительной полуволны сигнала датчика 1 (фиг. 2) блок 3 срабатывает в момент достижения сигналом уровня У и на его выходе образуется сигнал логической «1» (фиг. 3). При появлении отрицательной полуволны сигнала датчика 1 в момент достижения сигналом уровня U происходит обратное срабатывание блока 3 и на его выходе вновь формируется сигнал логического «О».

Таким образом, при работающем двигателе на выходе блока 3 формируются импульсы с периодом сЛедования Т, равным периоду следования импульсов датчика 1, и длительностью т„. Передний фронт импульса на выходе блока 3 соответствует моменту достижения фронтом положительдлительностью, равной длительности импульса положительной полуволны сигнала датчика 1 на уровне нулевого потенциала.

Сигнал с выхода блока 4 поступает на прямой и инверсный входы переключателя 6, состояние которого определяется уровнем выходного сигнала счетного триг- . гера 13.

Сигнал с выхода блока 3 поступает на счетный вход триггера 13, на вход формирователя 14, на вход управления ключа 9, на первый инверсный вход управления ключа 10 и на прямой .и инверсный входы переключателя 5, состояние которого определяется уровнем выходного сигнала счетного триггера 13. Hbi переднему фронту импульса с выхода блока 3 на выходе триггера 13 формируетсл уровень логичес1612221 кого сигнала, соответствующий уровню логического сигнала на выходе блока 12, при этом формирователь 14 вырабатывает короткий импульс (фиг. 5), сбрасывающий дифференциальный интегратор 11 в состояние, соответствующее нулевому сигналу на его выходе. Блок !2 срабатывает, и на его выходе формируется сигнал логической «1» блокирующий ключ 10 по второму инверсному входу управления и формирователь 7

10 по инверсному входу управления. В течение длительности т„импульса на выходе блока 3 ключ 9 разблокируется, и ключ 10 блокируется. В паузе т„=T — т„сигнала блока 3 ключ 9 блокируется, а ключ !О разблокируется по первому инверсному вхо- 15 ду управления.

С момента окончания импульса на выходе формирователя 14 сигнал с выхода генератора 8, поступающий через ключ 9 на прямой вход дифференциального интегратора 11, вызывает нарастание сигнала на выходе последнего (фиг. 6) . При этом на выходе блока 12 формируется сигнал логического «0», разблокирующий ключ 0 по второму инверсному входу управления и формирователь 7 по инверсному входу управ- 2ч ления. К моменту окончания импульса на выходе блока 3 на вгходе дифференциального интегратора 11 образуется сигнал, пропорциональный длительности ти импульса.

После окончания импульса на выходе блока 3 ключ 10 оказывается рязблокиро- Ю ванным по обоим входам управления и сигнал с выхода генератора 8 начинает поступать на инверсный вход дифференциального интегратора 11, вызывая уменьшение сигнала на его выходе на величину, пропорциональную длительности т„ паузы меж- 35 ду импульсами на выходе блока 3. При

TÄ)T сигнал на выходе дифференциальйого интегратора 11 успевает снизиться до нулевого значения. В этот момент срабатывает блок 12, и на его выходе формируется сигнал логической «!», блокирующий ключ 10, и изменение сигнала на выходе интегратора 11 прекращается. В результате в момент появления переднего фронта следующего импульса блока 3 на выходе счетного триггера 13 формируется сигнал ло- 4« гической «1», соответствующий уровню сигнала на выходе блока 12. Процесс сравнения длительностей паузы т„и импульса т и сигнала на выходе блока 3 повторяется с таким же результатом в следуюших периодах следования Т этого сигнала, следо- 5р вательно, состояние счетного триггера 13 не изменяется и на его выходе постоянно формируется сигнал логической «1».

При т„(т„сигнал на выходе дифференциального интегратора 11 не успевает снизиться до нулевого значения и состояние блока 12 также не изменяется. В результате в момент появления фронта следующего импульса блока 3 на вых0де счетного триггера !3 формируется сигнал логического «О», соответствуюгций уровню сигнала ня выходе блока 12. Процесс сравнения длительностей паузы тп и импульса т, сигнала !l3 выходе блока 3 повторяется с тяким же результатом в слсдувши х периода х следова ни я Т этого сигналя, следовательно, состояние счетного триггера 13 не изменяется и ll;i его выходе постоянно формируется сигнал логического «О».

Пусть датчик l установлен против метки ВМТ, выполненной в виде штифта (выступа) ня маховике двигателя. В этом случае момент перехода через нуль сигнала на выходе датчика 1 и, следовательно, на входах блоков 3 и 4 соответствует моменту появления фронта отрицательной полуволны дятчнка 1. В результате, в течение длительности биполярного импульса датчика 1 сначала, ня фронте положительной полуволны) происходит срабатывание блока 3, а затем (ня фронте отрицательной полуволны) его обратное срабатывание (фиг. 3).

Таким образом, на выходе блока 3 формируется последовательность сравнительно коротких импульсов со скважностью, близкой отношению длины окружности маховика к длине метки ВМТ. При этом справедливо неравенство T„)T è, следовательно, не более, чем зя один оборот вала двигателя ня выходе счетного триггера 13 устанавливается сигнал логической «1».

Последний разблокирует прямой вход переключателя 5 н инверсный вход переключателя 6. В результате, с выхода блока 3 в интервале изменения полярности биполярного импульса датчика 1 ня прямой вход управления формирователя 7 через переключятель 5 по«тхпяет неинвертнрованный импульс. 11яз0, окпруюший формирователь

7 по прям0му входу управления, я

-ня сигнальный вход послсднсго поступает нпгертиронянный переключателем 6 импульс, образующийся ня выходе блока 4.

В момент изменения полярности сигнала датчика 1 на выходе блока 12 формируется сигнал логического «О», и следовательно, формирователь 7 оказывается разблокированным по обоим входам управления.

Передний фронт импульса на выходе переключателя 6 (фиг. 8) соответствует моменту переходя через нуль сигнала датчика 1 и вызывает срабатывание формирователя 7.

Последний формирует на выходе устройства короткий импульс (фиг. 9), фронт которого соответствует указанному моменту. изменения полярности сигналя ня выходе датчика ) и, следовательно, середине метки ВМТ.

Пусть датчик 1 установлен против ме1ки ВМТ, выполненной в виде отверстия (паза) в маховике двигателя. В этом случае

1612221 момент перехода через нуль сигнала на выходе датчика 1 (фиг. 10) и на входах блоков 3 и 4 ссютветствует моменту появления положительной полуволны сигнала датчика 1. В результате, в течение длительности биполярного импульса датчика 1 сначала (на фронте отрицательной полуволны) происходит обратное срабатывание блока 3, а затем (на фронте положительной ролуволны) — его прямое срабатывание (фиг. 11).

Таким образом, на выходе блока 3 формируется последовательность сравнительно коротких пауз т, и длительных им-. пульсов т„со скважностью, близкой отношению длины окружности маховика и разности длин окружности маховика и метки ВМТ, т. е. близкой к единице. При этом справедливо неравенство т„(ти и, следовательно, не более чем за один оборот вала двигателя на выходе счетного триггера 13 устанавливается сигнал логического «0». Последний разблокирует инверсный вход переключателя 5 и прямой вход переключателя 6. В результате с выхода блока 3 в интервале изменения полярности биполярного импульса датчика 1 на первый вход управления формирователя 7 через переключатель 5 поступает инвертированная пауза, разблокирующая формирователь 7 по этому входу управления, а на сигнальный вход формирователя 7 поступает неинвертированный импульс, образующийся на выходе блока 4. В момент изменения полярности сигнала датчика 1 на выходе блока 12 формируется сигнал логического «0» и формирователь 7 оказывается разблокированным по обоим входам управления. Фронт импульса на выходе переключателя 6 (фиг. 16) ссютветствует моменту перехода через нуль сигнала датчика 1 и вызывает срабатывание формирователя 7.

Последний формирует на выходе устройства короткий импульс (фиг. 17), фронт которого соответствует указанному моменту изменения полярности сигнала датчика 1, и середине метки ВМТ.

Формула изобретения

Устройство для определения верхней мертвой точки двигателя внутреннего сгорания, содержащее индукционный датчик, блок нормализации, блок компарирования высокого уровня, первый блок компарирования нулевого уровня, первый и второй переключатели, снабженные прямым и инверсным входами, и первый формирователь импульсов, выполненный с прямым входом управления и сигнальным входом, причем выход индукционного датчика связан через блок нормализации с входом блока компарирования

1О высокого уровня и входом первого блока компарирования нулевого уровня, выходы которых соединены с прямым и инверсным входами соответственно первого и второго переключателей, выходы последних соедине16 ны ссютветственно с прямым входом управления и сигнальным входом первого формирователя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него дополнительно введены генератор образцового сигнала, первый ключ с сигналь2О ным и прямым входами управления, второй ключ с сигнальным и двумя инверсными входами управления, диффЕр нциальный интегратор, выполненный с прямым, инверсным и установочным входами, второй блок компарирования нулевого уровня, счетный триггер, снабженный счетным входом,и входом управления и второй формирователь импульсов, первый формирователь импульсов снабжен инверсным входом управления, первый и второй переключатели выполнены с

ЗО входами управления, причем выход генератора образцового сигнала соединен с сигнальными входами первого и второго ключей, выход блока компарирования высокого уровня соединен непосредственно с прямым входом управления первого ключа, с первым инверсЗ5 ным входом управления второго ключа и со счетным входом счетного триггера, а через второй формирователь импульсов связан с установочным входом дифференциального интегратора„прямой и инверсный входы которого соединены соответственно с выходамй первого и второго ключей, а выход дифференциального интегратора связан через второй блок компарирования нулевого уровня с вторым инверсным входом управления второго ключа, с инверсным входом управ45 ления первого формирователя импульсов и с входом управления счетного триггера, а выход последнего соединен с входами управления первого и второго переключателей.

16!2221

1612221

Щ 17

Составитель А. Золотов

Редактор А. Шандор Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 3827 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101