Устройство для предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств

 

Изобретение относится к вычислительной технике и системам контроля экологического состояния воздушного бассейна и может быть использовано в системах контроля загрязненности воздуха и токсичности выхлопа двигателей автотранспортных средств. Технический результат заключается в возможности формирования сигнала предупреждения о превышении токсичности выхлопа двигателя его допустимого значения. Устройство для предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств содержит на передающей стороне генератор импульсов, делитель частоты, первый триггер, датчик состояния погоды, преобразователь аналог-код, группу элементов И, элемент ИЛИ и модулятор, а на приемной стороне - формирователь переднего фронта импульса, демодулятор, второй триггер, счетчик импульсов, датчик текущих значений токсичности выхлопа транспортного средства, задатчик предельно допустимого значения токсичности выхлопа транспортного средства, первый и второй элементы сравнения, два элемента И, элемент ИЛИ и индикатор предупредительных сигналов. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и системам контроля экологического состояния воздушного бассейна. Оно может быть использовано в приборах и системах синхронного контроля и синхронного переноса информации о движущихся объектах, например в системах контроля загрязненности воздуха и токсичности выхлопа двигателей автотранспортных средств.

Известно “устройство для контроля объектов управления” (авторское свидетельство СССР №690499, G 06 F 15/44, бюл. 37, 1979 г.), содержащее на передающей стороне первый генератор импульсов, первый элемент И, первый элемент памяти, первый регистр сдвига, элемент НЕ, матрицу элементов ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ-НЕ, а на приемной стороне - второй генератор импульсов, второй и третий регистры сдвига, элемент ИЛИ, блок сигнализации и индикации.

Недостатки известного устройства состоят в его функциональной ограниченности, заключающейся в отсутствии возможности ввода информации об ограничении контролируемого параметра в масштабе реального времени.

Известно как более близкое к предмету изобретения “устройство для контроля и регистрации результатов” (авторское свидетельство СССР №982058, G 08 C 25/00, бюл. 46, 1982 г.), содержащее на передающей стороне генератор импульсов, регистр сдвига, группу элементов И, элемент ИЛИ, программно-временной блок, модулятор и делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен ко входу регистра сдвига, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами программно-временного блока, выходы элементов И группы соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом модулятора, второй вход которого объединен со входом делителя частоты, а выход демодулятора образует выход передающей стороны устройства, и на приемной стороне - элемент И, регистр сдвига (или суммирующий счетчик импульсов), элемент ИЛИ, блок предупредительной сигнализации, элемент задержки, группу пороговых элементов, датчик контролируемого параметра и демодулятор, вход которого соединен через канал связи с выходом модулятора передающей стороны, выход - с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, а выход подключен ко входу регистра сдвига, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих пороговых элементов группы, вторые входы которых объединены и соединены с выходом датчика контролируемого параметра, а выходы подключены ко входам элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом блока предупредительной сигнализации, вход элемента задержки объединен с первым входом первого порогового элемента группы.

Недостатки известного устройства - ограниченность функциональных возможностей, что обусловлено отсутствием его адаптации к текущему состоянию окружающей среды, например к текущему состоянию погоды по совокупности ее параметров.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем адаптации к текущим условиям состояния окружающей среды, в частности к состоянию погоды в реальном масштабе времени, и предупреждение о превышении токсичности выхлопа двигателей в функции от состояния погоды и условий эксплуатации двигателя.

Решение поставленной задачи состоит в автоматизации оценки значений параметров погоды и токсичности выхлопа двигателя конкретного транспортного средства в каждый момент времени, а также в выработке варьируемых уставок на токсичность выхлопа двигателя транспортного средства в зависимости от изменяющихся условий его эксплуатации, и предупреждении о фактическом соответствии эксплуатации двигателя предъявляемым требованиям.

Технический результат заключается в том, что в устройство, содержащее на передающей стороне генератор импульсов, делитель частоты, соединенный сигнальным входом с выходом генератора импульсов, и модулятор, соединенный сигнальным входом с выходом генератора импульсов, а выходом с выходом передающей стороны системы, и на приемной стороне демодулятор, соединенный входом со входом приемной стороны системы, счетчик импульсов, элемент задержки, датчик контролируемого параметра, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и блок предупредительной сигнализации, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ, введены на передающей стороне - датчик состояния погоды, первый аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика состояния погоды, а выходами поразрядно с управляющими входами делителя частоты, и первый (счетный) триггер, соединенный единичным входом с выходом делителя частоты, а единичным выходом с управляющим входом модулятора, и на приемной стороне - второй триггер (одновибратор), соединенный единичным входом с выходом демодулятора, формирователь переднего фронта импульсов, соединенный входом с единичным выходом второго триггера, а выходом со входом обнуления счетчика импульсов, счетный вход которого через элемент задержки соединен с выходом демодулятора, задатчик предельно допустимого значения контролируемого параметра (токсичности выхлопа), первый элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми и вторыми входами с выходами счетчика импульсов и второго аналого-цифрового преобразователя соответственно, и второй элемент сравнения, соединенный первыми и вторыми входами поразрядно с выходами задатчика предельно допустимого значения контролируемого параметра и второго аналого-цифрового преобразователя соответственно, причем первый элемент И соединен входами с нулевым выходом второго триггера и выходом превышения текущего значения контролируемого параметра над его допустимым значением первого элемента сравнения, а выходом с первым входом элемента ИЛИ, второй элемент И соединен входами с нулевым выходом второго триггера и выходом превышения текущего значения контролируемого параметра над его предельно допустимым значением второго элемента сравнения, а выходом со вторым входом элемента ИЛИ.

Функциональная схема передающей стороны устройства приведена на фиг.1, на фиг.2 - функциональная схема его приемной части, а на фиг.3. - диаграммы потенциалов на выходах блоков 2, 1, 8₁, 8₀, 6, 8, 15, 16 и 19 соответственно.

Устройство для предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств содержит: на передающей стороне - генератор эталонных (по частоте, амплитуде и форме) импульсов 1, датчик состояния погоды 2, первый аналого-цифровой преобразователь 3, соединенный входом с выходом датчика состояния погоды 2, делитель частоты 4, соединенный сигнальным входом с выходом генератора импульсов 1, а входами управления поразрядно с выходами первого аналого-цифрового преобразователя 3, первый триггер (триггер с двумя устойчивыми состояниями, счетный триггер) 5, соединенный входом с выходом делителя частоты 4, и модулятор 6, соединенный сигнальным входом с выходом генератора импульсов 1, входом управления с единичным выходом первого триггера 5, а выходом - с выходом передающей стороны системы; на приемной стороне - демодулятор 7, соединенный входом со входом приемной стороны системы, второй триггер (триггер с одним устойчивым состоянием, одновибратор) 8, соединенный входом с выходом демодулятора 7, формирователь переднего фронта импульсов 9, соединенный входом с единичным выходом второго триггера 8, элемент задержки 10, соединенный входом с выходом демодулятора 7, суммирующий счетчик импульсов 11, соединенный входом обнуления с выходом формирователя переднего фронта импульсов 9, а счетным входом с выходом элемента задержки 10, задатчик предельно допустимого значения контролируемого параметра 12, датчик контролируемого параметра (датчик текущего значения степени токсичности выхлопных газов двигателя транспортного средства) 13, установленный на выходе выхлопной трубы транспортного средства, второй аналого-цифровой преобразователь 14, соединенный входом с выходом датчика контролируемого параметрам 13, первый элемент сравнения 15, соединенный поразрядно первыми входами с выходами счетчика импульсов 11, а вторыми входами с выходами второго аналого-цифрового преобразователя 15, второй элемент сравнения 16, соединенный поразрядно первыми входами с выходами задатчика предельно допустимого значения контролируемого параметра 12, а вторыми входами с выходами второго аналого-цифрового преобразователя 14, первый элемент И 17, соединенный первым входом с нулевым выходом второго триггера 8, а вторым входом с выходом превышения контролируемого параметра над его допустимым значением первого элемента сравнения 15, второй элемент И 18, соединенный первым входом с нулевым выходом второго триггера 8, а вторым входом с выходом превышения контролируемого параметра над его предельно допустимым значением второго элемента сравнения 16, элемент ИЛИ 19, соединенный первым и вторым входами с выходами первого 17 и второго 18 элементов И соответственно, и блок предупредительной сигнализации 20 (блок, генерирующий световые и звуковые сигналы, доступные к восприятию водителем и неопределенным кругом лиц как в транспортном средстве, так и вне транспортного средства), соединенный входом с выходом элементе ИЛИ 19, и канал связи (на схеме не показан). Канал связи - радиоканал или инфракрасный канал дистанционной связи принимающей стороны с передающей, содержащий источник колебаний на передающей стороне, соединенный входом с выходом модулятора 6, а выходом с внешней средой в направлении приближающихся транспортных средств, и приемник колебаний на принимающей стороне, соединенный входом с внешней средой в направлении приближающихся источников колебаний, а выходом со входом демодулятора 7, и объединяющий передающую и принимающую стороны устройства в единое целое.

Устройство для предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств работает следующим образом.

На передающей стороне устройства генератор 1 импульсов генерирует эталонные по частоте, амплитуде и форме импульсы с частотой F₁ (с периодом T₁), датчик 2 состояния погоды (например скорости ветра, влажности и/или температуры) генерирует аналоговые потенциалы U_2, пропорциональные текущему значению параметра погоды П₂(t) (U₂=f(П₂)), преобразователь аналог-код 3 состояние выхода датчика 2 ₂=f(П₂), преобразует в код N₃ (N₃=f(U₂), пропорциональный значению П₂ и U₂). На выходе делителя 4 частоты генерируются импульсы с частотой F₄ (F₄=f(N₃)) с периодом Т₄, а на выходе счетного триггера 5 прямоугольные импульсы длительностью T₅, определяемой скважностью двух предыдущих по времени поступления импульсов с выхода делителя 4, тогда на выходе модулятора 6 генерируются импульсы с частотой F₁, не пачками (группами) по N₆=F₁T₅, число импульсов в которых пропорционально текущим значениям допуска на контролируемый параметр П₂ и U₂. Информация с выхода модулятора 6 пачками по N₆ по каналу связи (по радиоканалу или по инфракрасному каналу, в составе источника излучений - открытого пространства - приемника излучений) посылается навстречу приближающимся транспортным средствам, где она принимается приемником излучений (чувствительным элементом, на схеме не показан) приемной стороны. На приемной стороне устройстве сигналы с выхода канала связи демодулятором 7 выделяются пачки импульсов по N₇=N₆, пропорциональными параметру П₂, триггером 8 на единичном выходе, по переднему фронту каждой пачки импульсов с выхода демодулятора 7 генерируются импульсы с постоянной длительностью τ ₈₁>T₅=const, а на нулевом - импульсы с переменной длительностью τ ₈₀=T₅-τ ₈₁=varia. На выходе формирователя 9 по переднему фронту каждого импульса с единичного выхода триггера 8 генерируются короткие импульсы. На выходе элемента задержки 10 - импульсы пачками, не с задержкой по времени τ ₁₀. Каждым импульсом с единичного выхода триггера 8 счетчик 11 сначала обнуляется (устанавливается в исходное состояние, при котором его выходы обнулены, N₁₁=0), а затем по импульсам с выхода элемента задержки 10 фиксирует число импульсов N₁₁ (N₁₁=N₇) в пачке на выходе демодулятора 7, пропорциональное допуску на значение контролируемого параметра, т.е. допуску на токсичность выхлопа двигателя транспортного средства. В задатчике 12 зафиксирован код N₁₂=const предельно допустимого значения контролируемого параметра (код предельно допустимой токсичности выхлопа двигателя, по международным или государственным нормативным актам), на его выходе генерируется этот код. На выходе датчика 13 контролируемого параметра (текущего значения токсичности выхлопа двигателя транспортного средства) генерируется текущее значение этого параметра U₁₃=f(t). По значению U₁₃ на выходах преобразователя 14 генерируется текущее значение кода N₁₄ (код N₁₄=f(U₁₃) пропорционален значению U₁₃). Состояние выходов счетчика 11 и преобразователя 14 сравнивается устройством сравнения 15. По результатам сравнения содержимого выходов счетчика 11 и преобразователя 14 при N₁₁>N₁₄ высокий потенциал устанавливается на первом выходе элемента сравнения 15, а второй и третий его выходы остаются под нулевыми потенциалами, при N₁₁=N₁₄ высокий потенциал устанавливается на втором выходе элемента 15 сравнения, а его первый и третий выходы оказываются под нулевыми потенциалами, и при N₁₁<N высокий потенциал устанавливается на третьем выходе (на выходе превышения значения контролируемого параметра над его допустимым значением) элемента 15 сравнения, а его первый и второй выходы оказываются под нулевыми потенциалами. Состояние выходе задатчика 12 и преобразователя 14 сравнивается устройством сравнения 16. По результатам сравнения состояния выходов задатчика 12 и преобразователя 14 при N₁₂>N₁₄ на первом выходе элемента сравнения 16 устанавливается высокий потенциал, а второй и третий его выходы остаются под нулевыми потенциалами, при N₁₂=N₁₄ высокий потенциал устанавливается на втором выходе элемента 16 сравнения, а его первый к третий выходы оказываются под нулевыми потенциалами, и при N₁₂<N высокий потенциал устанавливается на третьем выходе (на выходе превышения значения контролируемого параметра над его предельно допустимым значением) элемента 16 сравнения, а его первый и второй выходы оказываются под нулевыми потенциалами. С задержкой по времени τ ₈₀ нулевой выход триггера 8 оказывается под высоким потенциалом, а на его единичном выходе устанавливается нулевой (низкий) потенциал. Высоким потенциалом с нулевого выхода триггера 8 по первым входам открываются элементы 17 и 18 И, при этом содержимое третьего выхода (выхода превышения текущего значения контролируемого параметра над его допустимым значением) элемента 15 сравнения и/или содержимое третьего выхода (выхода превышения текущего значения контролируемого параметра над его предельно допустимым значением) элемента 16 сравнения через элементы 17 и/или 18 И и элемент ИЛИ 19 поступает на вход блока 20 предупредительной сигнализации. По высокому (единичному) потенциалу на входе блок 20 предупредительной сигнализации генерирует сигналы о превышении контролируемого параметра над его допустимым значением, т.е. о недопустимо высокой токсичности выхлопа двигателя транспортного средства, что служит стимулом для принятия соответствующих выводов по снижению токсичности выхлопа двигателя конкретного транспортного средства.

Устройство предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств реализуемо на современной элементной базе, в т.ч. в микроэлектронном исполнении, и обеспечивает по результатам сравнения текущего значения контролируемого параметра N_т=N₁₅ с его допустимым N_д=N₁₁ и предельно допустимым N_пд=N₁₂ (N_д≤N_пд) значениями предупреждение водителя и неопределенного круга лиц о недопустимости для данных условий текущего режима эксплуатации транспортного средства, чем стимулирует снижение токсичности выхлопа его двигателя и снижение загрязнения окружающей среды - воздушного бассейна.

Формула изобретения

Устройство для предупреждения токсичности выхлопа двигателей транспортных средств, содержащее на передающей стороне генератор импульсов, делитель частоты, соединенный сигнальным входом с выходом генератора импульсов, и модулятор, соединенный сигнальным входом с выходом генератора импульсов, а выходом через выход передающей стороны устройства - с каналом связи, и на приемной стороне - демодулятор, соединенный входом через канал связи и вход принимающей стороны - с выходом модулятора передающей стороны, счетчик импульсов, датчик текущего значения токсичности выхлопа двигателя транспортного средства, два элемента И, элемент ИЛИ и блок предупредительной сигнализации, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ, отличающееся тем, что в него введены на передающей стороне датчик состояния погоды, первый аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика состояния погоды, а выходами поразрядно со входами управления делителя частоты, первый триггер, соединенный единичным входом с выходом делителя частоты, а единичным выходом - со входом управления модулятора, и на приемной стороне - второй триггер, соединенный входом с выходом демодулятора, формирователь переднего фронта импульсов, соединенный входом с единичным выходом второго триггера, элемент задержки, соединенный входом с выходом демодулятора, а выходом со счетным входом счетчика импульсов, вход обнуления которого соединен с выходом формирователя импульсов, задатчик предельно допустимого значения токсичности выхлопа двигателя транспортного средства, второй аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика текущего значения токсичности выхлопа двигателя транспортного средства, первый элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми и вторыми входами с выходами счетчика импульсов и второго аналого-цифрового преобразователя соответственно, второй элемент сравнения, соединенный поразрядно первыми и вторыми входами с выходами задатчика предельно допустимого значения токсичности выхлопа двигателя транспортного средства и второго аналого-цифрового преобразователя соответственно, причем первый элемент И входами соединен с нулевым выходом второго триггера и третьим выходом первого элемента сравнения, второй элемент И соединен входами с нулевым выходом второго триггера и с третьим выходом второго элемента сравнения и входы элемента ИЛИ соединены с выходами элементов И.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3