Устройство измерения угла опережения впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

 

1. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; содержащее датчик давления, усилитель , фильтр, источник опорного сигнала, первый компаратор, датчик отметки верхней мертвой точки и измерительный блок, причем датчик давления последовательно через усилитель и фильтр связан с источником опорного сигнала, к первому выходу которого подключен первый компаратор, связанный с выходом усилителя, а датчик верхней мертвой точки соединен с измерительным блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем повышения помехоустойчивости, в него дополнительно введены второй компаратор, формирователь временных интервалов, формирователь импульсов и временной селектор, а источник опорного сигнала снабжен вторым выходом , причем первый вход второго компаратора соединен с выходом усилителя , второй вход - с Вторым выходом источника опорного сигнала, а выход - с первым управляющим входом временного селектора и первым входом формирователя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход связан через формирователь импульсов с входом временного селектора, выход которого соединен с вторым вхрдом измерительного блока, а второй управляющий вход - с выходом датчика отметки верхней мертвой точки. (О 2. Устройство по п. 1, отли (/) чающееся тем, что временной селектор содержит элемент опорной задержки, формирователь опорного временного интервала, ключ, формирователь импульсов и преобразователь частоты, причем элемент опорной заtaai держки, формирователь опорного вре менного интервала и ключ соединены СО последовательно, первые и вторые IsD управляющие входы элемента опорной СО задержки и формирователя опорного временного интервала соединены соответственно с выходом формирователя импульсов и с выходом преобразователя частоты, вход формирователя импульсов , соединенный с входом элемента опорной задержки, и вход преобразователя частоты образуют соответственно первый и второй управляющие входы временного селектора, а вход и выход ключа - соответственно вход и выход временного селектора.

„„SU„„1173231

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 С 01 11 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕНН1 1й HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3715603/25-06 (22) 27.03.84 (46) 15.08.85. Бюл. № 30 (72) P. А. Ивашев и Г. Ф. Морозов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроиэмерительных приборов и Ленинградский ордена

Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (53) 621.436.038.8(088.8) (56) Патент США ¹ 3731527, кл. 73-119 А, опублик. 1973.

Патент США - 4130013. кл. 73-119А, опублик. 1978. (54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; содержащее датчик давления, усилитель, фильтр, источник опорного сигнала, первый компаратор, датчик отметки верхней мертвой точки и измерительный блок, причем датчик давления последовательно через усилитель и фильтр связан с источником опорного сигнала, к первому выходу которого подключен первый компаратар, связанный с выходом усилителя, а датчик верхней мертвой точки соединен с измерительным блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем повышения помехоустойчивости, в него дополнительно введены второй компаратор, формирователь временных интервалов, формирователь импульсов и временной селектор, а источник опорного сигнала снабжен вторым выходом, причем первый вход второго компаратора соединен с выходом усилителя, второй вход — с вторым выходом источника опорного сигнала, а выход — с первым управляющим входом временного селектора и первым входом формирователя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход связан через формирователь импульсов с входам временного селектора, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока, а второй управляющий вход — с выходом датчика отметки верхней мертвой точки.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что временной селектор содержит элемент опорной задержки, формирователь опорного временного интервала, ключ, формирователь импульсов и преобразователь частоты, причем элемент опорной задержки, формирователь опорного vpeменного интервала и ключ соединены последовательно, первые и вторые управляющие входы элемента опорной задержки и формирователя опорного временного интервала соединены соответственно с выходом формирователя импульсов и с выходом преобразователя частоты, вход формирователя импульсов, соединенный с входом элемента опорной задержки, и вход преобразователя частоты образуют соответственно первый и второй управляющие входы временного селектора, а вход и выход ключа — соответственно вход и выход временного селектора.

1173231

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в электронных приборах, предназначенных для исследования, испытаний и диагйостики дизельных двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение точности путем повышения помехоустойчивости устройства.

На фиг. 1 представлена структур- 1О ная электрическая -.схема устроиства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 давления на- !5 кладного типа, усилитель 2, фильтр 3 и источник 4 опорного сигнала, компаратор 5, первый вход которого соединен с выходом усилителя.2, а второй вход-с первым выходом источника 20

4, датчик 6 отметки верхней мертвой точки, подключенный к первому входу измерительного блока 7.

В устройство введены второй компаратор 8, формирователь 9 временных 25 интервалов, формирователь 10 импульсов, временной селектор 11, а источник 4 снабжен вторым выходом. Первый вход компаратора 8 соединен с выходом усилителя, второй вход — с вторым выходом источника 4, а выход — с первым управляющим входом временного селектора 11 и первым входом формирователя 9. Второй вход последнего соединен с выходом компаратора 5, а выход связан через формирователь 10 с выходом временного селектора 11, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока, а второй управляющий вход — с выходом датчи- ® ка 6.

Временной селектор 11 содержит последовательно соединенные элемент

12 опорной задержки, формирователь

13 опорного временного интервала и ключ 14, формирователь 15 импульсов и преобразователь 16 частоты, Первые и вторые управляющие входы элемента 12 и формирователя 13 соедине- gg ны соответственно с выходом формирователя 15 и выходом преобразователя

16. Вход формирователя 15,соединенный с входом элемента 12, и вход преобразователя 16 образуют соответствен- у но первый и второй управляющие входы, а вход и выход ключа соответственно вход и выход временного селектора ll, !ат . iK 1 устанавливается на трубопровод высокого давления двигателя внутреннего сгорания и содержит чувствительныи к деформации наружного диаметра трубопровода один или несколько пьезоэлементов, которые расположены корпусе датчика и соединены с поверхностью трубопровода через силопередающие элементы. При деформации трубопровода, например, в момент впрыска топлива, чувствительный элемент датчика вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный деформации наружного диаметра трубопровода и, следовательно, давлению внутри него.

Усилитель 2 усиливает и преобразу ет электрический сигнал датчика

1 в напря>кение и может быть выполнен в виде усилителя заряда (схемы построения известны).

В качестве операционного усилителя может быть использована, например, микросхема К544УД2.

Фильтр 3 выполнен в виде фильтра низких частот с частотой среза, обеспечивающей подавление высокочастотных составляющих сигнала 1, возникающих вследствие воздействия виброакустических сигналов помех от соударений в кинематических парах двигателя, B форсунке, вызывающих паразитную деформацию трубопровода. Фильтр 3 может быть выполнен в виде активного фильтра.

В качестве операционного усилителя фильтра может быть использована, например, микросхема К140УД8.

Источник 4 выполнен в виде амплитудного выпрямителя, преобразующего амплитуду входного сигнала в постоянное напряжение, и секционированного выходного делителя. Выво ды первой и второй секции делителя образуют соответственно первый и второй выходы источника 4 и обеспечивают деление выходного сигнала амплитудного выпрямителя с коэффициентами деления, равными соответственно 0„7-0,8 и 0,1-0,2. Схемы построения амплитудных выпрямителей известны.

В качестве операционного усилителя могут быть использованы микросхемы серии К140.

Компаратор 5 представляет собой аналоговый компаратор напряжения (схемы построения известны) и может

1173231

Формирователь 10 срабатывает по срезу входного импульса, формируя 40 короткий импульс фиксированной длительности, и может быть реализован на микросхеме К155АГ1.

Элемент 12 формирует импульс, задержанный относительно входного на 45 фиксированное опорное значение угла поворота коленчатого вала У Чщ,.„ где „.„ — минимально возможная длительность нарастания сигнала давления при впрыске топлива между уровнями, g0 формируемыми источником 4. Элемент

12 выполнен на базе управляемого ждущего мультивибратора, времязадающая цепь которого питается управляющим напряжением, и подключенного к у

его выходу формирователя импульсов.

Величина задержки обратно пропорциональна управляющему напряжению. быть реализован в микросхемном исполнении, например, на микросхеме типа

521САЗ.

Датчик 6 формирует один импульс за оборот коленчатого вала в момент 5 достижения верхней мертвой точки (в.м.т. ) поршня контролируемого цилиндра и может быть выполнен в виде установленного против отверстия в маховике индукционного преобразователя частоты вращения и подключенного к его выходу формирователя, вырабатывающего импульс в момент изменения полярности сигнала индукционного преобразователя. 15

Измерительный блок 7 измеряет сдвиг фаз между импульсами, постуПающими на его входы, и может быть выполнен в виде цифрового фазометра с умножителем частоты или цифрового 20 измерителя отношения временных интервалов. Например, может быть использован измеритель отношения временных интервалов.

Конструкция компаратора 8 аналогич-25 на компаратору 5.

Формирователь 9 может быть выполнен в виде тактируемого фронтом Dтриггера, вход D которого подключен к источнику сигнала с уровнем "1". 30

Тактовый вход С триггера и его управляющий вход R образуют соответственно первый и второй входы формирователя 9, а выход 11 триггера — выход формирователя 9 ° . Триггер может быть реализован, например, на микросхеме .

К155ТИ2.

Ждущий мультивибратор может быть выполнен на базе интегрального таймера, в том числе в микросхемном исполнении по микросхеме типа

КР1006ВИ. Конструкция формирователя элемента 12 аналогична конструкции формирователя 10.

Формирователь 13 вырабатывает импульс, длительность которого соответствует фиксированному опорному углу поворота вала 4 Ъ Ч па х где Ч „ — максимально возможная длительность нарастания сигнала давления при впрыске топлива между уровнями, формируемыми источником 4 . Конструкция формирователя 13 аналогична ждущему мультивибратору элемента 12.

Ключ 14 представляет собой логический элемент 11.

Конструкция формирователя 15 аналогична формирователю 10.

Преобразователь. 16 вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное частоте входных импульсов. Преобразователь может быть выполнен по известной схеме, состоящей из анало.гового переключателя. коммутируемого на вход фильтрг низких частот сигнал с выхода источника опорного напряжения либо нулевой потенциал соответственно в течение длительности импульса и паузы жцущего мультивибратора, запускаемого импульсами входной частоты.

Аналоговый переключатель может быть выполнен на микросхеме типа

К590КН2, источник опорного напряжения на базе операционного усилителя серии К140 и стабилитроне типа 818.

Ждущий мультивибратор может быть выполнен на микросхеме типа К155ПГ1, конструкция фильтра низких частот аналогична конструкции фильтра 3.

Частота среза фильтра выбирается меньшей минимальной частоты следования входных. импульсов.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в формировании импуЛьса в момент достижения сигналом давления при впрыске топлива уровня, равного 70- 80 амплитудного значения сигнала давления, и измерении угла опережения фронтом этого импульса момента достижения в.м.т. контролируемого цилиндра. Измерение осуществляется, если момент появле" ния фронта формируемого импульса по" падает во временное "окно", которое

1173231 находится между минимальным и максимальным значениями углов

НК1х поворота коленчатого вала, соответствующих минимальной и максимальной длительностям нарастания сигнала датчика 1 при впрыске топлива от уровня, равного 10-207, до уровня, равного70-80Х амплитудного значения сигнала давления. Соответственно формируемый 10 импульс блокируется, и измерение не происходит, если длительность нарастания сигнала датчика 1 находится вне укаэанного диапазона, что позволяет подавлять высокочастотные и низ- !5 кочастотные помехи, вызывающие "паразитную" деформацию трубопровода, и, следовательно, повысить помехоустойчивость устройства.

Устройство работает следующим образом. )

Сигнал с выхода датчика l óñòàíîâ ленного на трубопроводе высокого давления,преобразуется, усиливается уси= лителем 2и поступаетна входфильтра 3 и сигнальные входы компараторов 5, 8, Фильтр 3 подавляет высокочастотную помеху, наложенную на сигнал датчика

1, что позволяет амплитудному формирователю источника 4 формировать по30 стоянное напряжение U, пропорциональЩ ное амплитуде сигнала давления при впрыске топлива. На первом и вторых выходах источника 4 образуются соот" ветствено опорные сигналы U> и Пн 35 постоянного напряжения, пропорциональные напряжению Uм, причем ин (Ц& (Бв

Опорный сигнал U поступает на опорный вход .компаратора 5, опорный сигнал

U — на опорный вход компаратора 8. 40

Н

Датчик 6 формирует импульс в момент достижения в.м.т. поршня контролируемого цилиндра. Импульсы с выхода датчика 6 поступают на первый вход измерительного блока 7 и на второй. управ- 5

-45 ляющий временного селектора 11. Во временном селекторе 11 образуется сигнал, задающий параметры временного

"окна" в единицах угла поворота вала.

Допустим на выходе датчика 1 образу- 0 ется сигнал. В момент превышения сигналом на выходе усилителя 2 опорного уровня U компаратор 8 срабатывает

Н и формирует импульс, длительность которого равна времени превышения сиг- 55 налом этого уровня. Импульс с выхода компаратора 8 поступает на первый вход формирователя 9 и на первый управляющий вход временногo селектора

11. В момент образования фронта этого импульса формироваель 9 срабатывает . и формирует на выходе сигнал "1", поступающ.;й на вход формирователя 10.

В тот же момент срабатывает временной селектор 11 и формирует временное окно", фронт и срез которого запаз- дывают относительно этого момента соответственно на углы У„, „ и Р,„

1Ъ П тс х поворота вала. В указанном диапазоне углов поворота вала временной селек1 тор 11 подключает выход формирователя 10 к второму входу измеритель- ного блока 7.

В момент превышения сигналом на выходе усилителя 2 уровня Ue срабатывает компаратор 5 и на выходе формирователя 9 образуется сигнал "0".

Таким образом, на выходе формирователя 9 образуется .импульс, длительность которого равна времени нарастания сигнала от уровня Бн до !18, и соответствует повороту вала за этот отрезок времени на некоторый угол

По перепаду сигнала, образующемуся на выходе формирователя 9, срабатывает короткий импульс, поступающий на вход временного селектора 11. Фронт этого импульса запаздывает относительно момента срабатывания временного селектора на угол Vze поворота вала.

Если Ч,„,.д (Чнэ (Ч(„с(„1то импульс с выхода формирователя 1О проходит через временной селектор 11 и поступает на второй вход измеритель-. ного блока 7, осуществляя era запуск. Через некоторь1й угол Ч 8 поворота вала на первый вход измерительного блока 7 поступает сигнал с выхода датчика б. Измерительный блок

7 фиксирует сдвиг между сигналами, поступающими на его входы, частоту следования импульсов е выхода датчика 6 и после соответствующих преобразований индицирует угол рэ опережения впрыска топлива.

ECJIH ЧН (, HJIH VH 2 Ч <„„, то импульс с выхода формирователя

l0 блокируется временным селектором Il и измерение не происходит.

По срезу импульса на выходе компаратора 8 временной селектор 11 ,сбрасывается в исходное состояние, что исключает возможность прохождения на измерительный блок 7 импуль1173231 сан формирователя 10 при возникновении на выходе датчика 1 высокочастотных колебаний многократно пере1 секающих опорные уровни П и У . н

Временной селектор 11 работает следующим образом.

Импульсы с выхода датчика 6 поступают на вход. преобраэователя

16, на выходе которого образуется постоянное напряжение, пропорциональное частоте следования этих импульсов. Сигнал с выхода преобразователя 16 поступает на входы питания времязадающих цепей элемента 12 15 и формирователя 13. характеризующихся соответствующими постоянными времени. Длительность задержки входного импульса, формируемая элементом.

12, и длительность импульса, форми- 20 руемая формирователем 13, прямо пропорциональны соответствующим постоянным времени и обратно пропорциональны управляющему напряжению, т.е. частоте следования импульсов на выходе датчика 6. В результате в элементе 12 задается задержка, длительность которой независимо от скоростного режима двигателя соответствует повороту вала на фиксированный (опорный ) угол (= (щ,д . Соответственно в формирователе 13 задается длительность формируемого импульса, которая независимо от скоростного режима двигателя соответствует поворо- 35 ту вала на фиксированный (опорный ) угол Y = Я„

Импульс с выхода компаратора 8 поступает на вход формирователя !5 и элемента 12. Последний срабатывает 40 по фронту этого импульса и при повороте вала на угол Ч>= щ,.„формирует импульс, поступающий на вход формирователя 13. Последний срабатывает по фронту этого импульса и формирует 45

tr временное окно — импульс, в течение длительности которого вал пов.— рачивается на угол Ч = O о mai minИмпульс с выхода формирователя 13 поступает »а управляющий вход ключа

14 и разблокирует его. В этом состоянии ключ подключает выход формирователя 10 к соответствующему входу измерительного блока 7. По окончании импульса ключ вновь блокируется.

По срезу импульса, поступающего с выхода компаратора 8, срабатывает формирователь 15 и формирует короткий импульс, который поступает на первые управляющие входы элемента 12 и формирователя 13, включает цепи "быстрого" разряда конденсаторов времязадающих цепей и подготавливает тем самым временной селектор 11 к формированию очередного временного "окна .

Введение новых элементов — второго. компаратора, формирователя временных интервалов, формирователя импульсов и временного. селектора — позволяет путем сравнения длительности нарастания сигнала датчика давления с допустимыми пределами исключить возможность появления ложных" результатов, которые могут возникать при появлении помех на выходе датчика давления, вызванных паразитными деформациями трубопровода, и, следовательно, повысить помехоустойчивость устройства.

Выполнение временного селектора в виде элемента опорной задержки, формирователя опорного временного интервала, ключа, формирователя импульсов и преобразователя частоты позволяет сделать параметры селектирования независимыми от частоты вращения вала двигателя и тем самым расширить область применения устройства.

1173231

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор О. Колесникова Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. Сирохман

Заказ 5040/39

Тираж 897 Подкисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4