способ выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, включающий измерение в заданном интервале времени рабочего цикла обусловленных процессом сгорания топливовоздушной смеси вибросигналов с последующим преобразованием их в электрические сигналы, усиление и фильтрацию этих электрических сигналов, двухполупериодное выпрямление электрических сигналов при помощи блока выпрямления электрических сигналов, определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, определение с использованием интегральной величины выпрямленных электрических сигналов параметра вибросигнала, на основе которого производят оценку наличия детонации в двигателе, отличающийся тем, что определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов осуществляют при помощи установленного параллельно выходам блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов интегрирующего конденсатора таким образом, что при изменении величины напряжения на интегрирующем конденсаторе выше выбранного порогового значения воздействуют на выпрямленный электрический сигнал путем подачи на интегрирующий конденсатор импульса тока, уменьшающего величину напряжения на интегрирующем конденсаторе на дискретную величину, равную dU=I_ut_u/C_инт, где I_u - величина тока в импульсе, t_u - длительность импульса, C_инт - емкость интегрирующего конденсатора, фиксируют количество импульсов и определяют интегральную величину выпрямленного электрического сигнала как произведение величин сопротивления на входе блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов R, тока в импульсе и длительности импульса на количество импульсов.

2. Устройство для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, содержащее включенные последовательно датчик детонации, усилитель, полосовой фильтр, блок двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, устройство для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, блок вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, отличающееся тем, что устройство для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов выполнено в виде интегрирующего конденсатора, установленного параллельно выходам блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, выводы которого подсоединены к компаратору, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов тока, ко второму входу которого подключен источник сигналов тактовой частоты, причем выход формирователя импульсов тока подсоединен к входу дозирующего устройства и к блоку вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, а выходы дозирующего устройства подключены к выводам интегрирующего конденсатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике диагностики двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано при выявлении детонации как при испытаниях двигателей внутреннего сгорания, так и при их эксплуатации.

Известен способ выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, включающий измерение в заданном интервале времени рабочего цикла обусловленных процессом сгорания топливовоздушной смеси вибросигналов с последующим преобразованием их в электрические сигналы, усиление и фильтрацию этих электрических сигналов, двухполупериодное выпрямление электрических сигналов при помощи блока выпрямления электрического сигнала, определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, определение с использованием интегральной величины выпрямленных электрических сигналов параметра вибросигнала, на основе которого производят оценку наличия детонации в двигателе, а также устройство для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, содержащее включенные последовательно датчик детонации, усилитель, полосовой фильтр, блок двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, устройство для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, блок вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации (см. описание схемы HIP9011, представленное в проспекте фирмы Intersil Corporation, 1999). К недостаткам известного способа можно отнести недостаточно высокую достоверность выявления детонации, обусловленную невозможностью точного интегрирования величины выпрямленных электрических сигналов в широком амплитудном диапазоне, наличием помех (коммутационных и собственных шумов), а также сложностью реализации способа ввиду необходимости осуществления трудоемких операций по определению постоянной времени устройства для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов и использования аналого-цифрового преобразования электрических сигналов после интегрирования. К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточно высокую надежность выявления детонации, обусловленную ограниченными возможностями нормального функционирования устройства для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов в широком амплитудном диапазоне, наличием помех (коммутационных и собственных шумов), а также его сложность ввиду наличия различных дополнительных узлов, обеспечивающих нормальную работу устройства для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, а также аналого-цифрового преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению в части способа является способ выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, включающий измерение в заданном интервале времени рабочего цикла обусловленных процессом сгорания топливовоздушной смеси вибросигналов с последующим преобразованием их в электрические сигналы, усиление и фильтрацию этих электрических сигналов, двухполупериодное выпрямление электрических сигналов при помощи блока выпрямления электрических сигналов, определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, определение с использованием интегральной величины выпрямленных электрических сигналов параметра вибросигнала, на основе которого производят оценку наличия детонации в двигателе, а в части устройства устройство для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, содержащее включенные последовательно датчик детонации, усилитель, полосовой фильтр, блок двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, устройство для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, блок вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации (см. патент РФ 2078323, МПК 7 G 01 L 23/22, 1997). Известному техническому решению как в части способа, так и устройства присущи недостатки, аналогичные недостаткам описанного выше технического решения.

Предлагаемое техническое решение как в части способа, так и устройства направлено на решение задачи, состоящей в повышении достоверности выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания и, соответственно, в упрощении реализации способа и устройства для его осуществления.

Данная задача решается тем, что в способе выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, включающем измерение в заданном интервале времени рабочего цикла обусловленных процессом сгорания топливовоздушной смеси вибросигналов с последующим преобразованием их в электрические сигналы, усиление и фильтрацию этих электрических сигналов, двухполупериодное выпрямление электрических сигналов при помощи блока выпрямления электрических сигналов, определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, определение с использованием интегральной величины выпрямленных электрических сигналов параметра вибросигнала, на основе которого производят оценку наличия детонации в двигателе, определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов осуществляют при помощи установленного параллельно выходам блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов интегрирующего конденсатора таким образом, что при изменении величины напряжения на интегрирующем конденсаторе выше выбранного порогового значения воздействуют на выпрямленный электрический сигнал путем подачи на интегрирующий конденсатор импульса тока, уменьшающего величину напряжения на интегрирующем конденсаторе на дискретную величину, равную dU=I_ut_u/C_инт, где I_u - величина тока в импульсе, t_u - длительность импульса, C_инт - емкость интегрирующего конденсатора, фиксируют количество импульсов и определяют интегральную величину выпрямленного электрического сигнала как произведение величин сопротивления на входе блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов R, тока в импульсе и длительности импульса на количество импульсов.

Данная задача решается также тем, что в устройстве для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, содержащем включенные последовательно датчик детонации, усилитель, полосовой фильтр, блок двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, устройство для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов, блок вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, устройство для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов выполнено в виде интегрирующего конденсатора, установленного параллельно выходам блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, выводы которого подсоединены к компаратору, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов тока, ко второму входу которого подключен источник сигналов тактовой частоты, причем выход формирователя импульсов тока подсоединен к входу дозирующего устройства и к блоку вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, а выходы дозирующего устройства подключены к выводам интегрирующего конденсатора.

Определение интегральной величины выпрямленных электрических сигналов осуществляют при помощи установленного параллельно выходам блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов интегрирующего конденсатора таким образом, что при изменении величины напряжения на интегрирующем конденсаторе выше выбранного порогового значения воздействуют на выпрямленный электрический сигнал путем подачи на интегрирующий конденсатор импульса тока, уменьшающего величину напряжения на интегрирующем конденсаторе на дискретную величину, равную dU=I_ut_u/C_инт, где I_u - величина тока в импульсе, t_u - длительность импульса, C_инт - емкость интегрирующего конденсатора, фиксируют количество импульсов и определяют интегральную величину выпрямленного электрического сигнала как произведение величин сопротивления на входе блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов R, тока в импульсе и длительности импульса на количество импульсов, позволяет повысить достоверность выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания за счет возможности точного интегрирования выпрямленных электрических сигналов с использованием интегрирующего конденсатора в широком амплитудном диапазоне этих сигналов, который имеет место при работе двигателя внутреннего сгорания, и упрощает реализацию способа за счет того, что интегральная величина выпрямленных электрических сигналов определяется посредством простого расчетного соотношения, в котором необходимо знать только текущее значение количества импульсов, и при этом может не требоваться аналого-цифрового преобразования для последующего определения параметра вибросигнала, на основе которого производят оценку наличия детонации.

Выполнение в предлагаемом техническом решении устройства для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов в виде интегрирующего конденсатора, установленного параллельно выходам блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, выводы которого подсоединены к компаратору, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов тока, ко второму входу которого подключен источник сигналов тактовой частоты, причем выход формирователя импульсов тока подсоединен к входу дозирующего устройства и к блоку вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, а выходы дозирующего устройства подключены к выводам интегрирующего конденсатора, позволяет повысить достоверность выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания за счет возможности точного интегрирования выпрямленных электрических сигналов при помощи интегрирующего конденсатора в широком амплитудном диапазоне этих сигналов, который имеет место при работе двигателя внутреннего сгорания, а также малых относительных уровней собственных шумов и коммутационных помех ввиду отсутствия аппаратного стробирования, что обусловлено выбором указанных выше элементов, входящих в это устройство. Упрощение устройства для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания в целом достигается за счет реализации устройства для определения интегральной величины выпрямленных электрических сигналов на основе простой и надежной схемотехники при возможности исключения аналого-цифрового преобразователя.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания, а на фиг.2 - вариант возможного выполнения блока двухполупериодного выпрямления электрических сигналов.

Устройство для выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания содержит включенные последовательно датчик 1 детонации, установленный, например, на стенках блока цилиндров, усилитель 2, полосовой фильтр 3, блок 4 двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, который может быть выполнен на операционном усилителе с диодным мостом (см. фиг.2). Параллельно выходам блока 4 двухполупериодного выпрямления электрических сигналов установлен интегрирующий конденсатор 5, выводы которого подсоединены к компаратору 6, выход которого подключен к первому входу формирователя 7 импульсов тока, ко второму входу которого подключен источник 8 сигналов тактовой частоты (в качестве источника тактовой частоты может быть использован подходящий по частоте частотный выход микропроцессора). Выход формирователя 7 импульсов тока подсоединен к входу дозирующего устройства 9 и к блоку 10 вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, а выходы дозирующего устройства 9 подключены к выводам интегрирующего конденсатора 5.

В качестве формирователя 7 импульсов тока может быть использован, например, D-триггер К-МОП быстродействующий любой фирмы или микросхема 74AHC74PW фирмы Phillips.

В качестве дозирующего устройства 9 могут быть использованы, например, резистивно-диодные цепи, подсоединенные с одной стороны к выходам D-триггера или контактам 8 и 9 микросхемы 74AHC74PW, а с другой - к выводам интегрирующего конденсатора 5, управляемые источники тока или переключаемый конденсатор с аналоговыми ключами.

Блок 10 вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации (микропроцессор, в котором имеется счетный вход количества импульсов) оперирует с уже полученными до него интегральными величинами выпрямленных электрических сигналов (с учетом преобразования количества импульсов в значение интеграла), и его конкретное выполнение зависит от конкретного параметра, на основе которого осуществляется оценка наличия детонации, и алгоритма такой оценки, и, соответственно, может быть реализован аналогичным образом, как, например, в описанных выше технических решениях.

Предлагаемый способ выявления детонации в двигателе внутреннего сгорания осуществляется при помощи описанного выше устройства следующим образом.

В заданном интервале времени рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания измеряют обусловленные процессом сгорания топливовоздушной смеси вибросигналы при помощи датчика 1 детонации, например, пьезоэлектрического типа, которые на его выходе преобразованы в электрический сигнал (электрическое напряжение). Эти электрические сигналы, аналогичным образом как в прототипе, усиливаются при помощи усилителя 2, фильтруются при помощи полосового фильтра 3 и поступают на вход блока 4 двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, в котором через конденсатор С₁, обеспечивающий отделение полезного сигнала от постоянной и низкочастотной составляющей, через резистор R₁, задающий коэффициент преобразования по току, инвертирующий вход операционного усилителя, операционный усилитель, диодный мост подводятся к выводам интегрирующего конденсатора 5 и заряжают его током I_вх=U_вх/R, где U_вх - величина напряжения электрического сигнала на выходе блока 4 двухполупериодного выпрямления электрических сигналов. R - сопротивление на входе этого блока, которое в основном определяется сопротивлением резистора R₁, при том, что резистор R₂ минимизирует смещение выхода операционного усилителя для снижения искажения при выпрямлении сигнала малой амплитуды. При этом величина напряжения на интегрирующем конденсаторе увеличивается и, соответственно, увеличивается величина напряжения на входе в компаратор 6. При превышении этой величиной напряжения порогового значения величины напряжения компаратора 6 последний выдает сигнал (логический уровень) на формирователь 7 импульсов тока, который, в соответствии с тактовой частотой источника 8 тактовой частоты, вырабатывает сигнал на дозирующее устройство 9, вызывающий формирование импульса тока, поступающего на интегрирующий конденсатор 5 и уменьшающего напряжение на нем на один дискрет dU=I_ut_u/C_инт, где I_u - величина тока в импульсе, t_u - длительность импульса тока, C_инт - емкость интегрирующего конденсатора. При этом формирователь 7 импульсов тока также выдает сигнал, поступающий на внешний счетный вход блока 10 вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации.

При дальнейшем (после поступления импульса тока от дозирующего устройства 9) повышении величины напряжения на интегрирующем конденсаторе 5, обусловленного соответствующей амплитудой электрического сигнала после блока 4 двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, и превышении этой величины порогового значения компаратора 6 последний, аналогичным образом как и описано выше, выдает сигнал на выработку следующего импульса тока и счетный вход блока 10 вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации.

Если, в соответствии с тактовой частотой в момент предполагаемого формирования следующего импульса, величина напряжения на интегрирующем конденсаторе 5 не успела превысить порогового значения компаратора 6, последний не выдает сигнал на формирователь 7 импульсов тока и счетный вход блока 10 вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации и, соответственно, импульс тока не формируется, то есть не подается на интегрирующий конденсатор.

Таким образом, чем больше амплитуда электрического сигнала, поступающего с выхода блока 4 двухполупериодного выпрямления электрических сигналов, за один и тот же промежуток времени и, соответственно, больше интегральная величина этого сигнала, тем быстрее возрастает напряжение на интегрирующем конденсаторе 5 и тем большее количество импульсов тока должно поступить на интегрирующий конденсатор 5 для компенсации роста напряжения на нем.

В соответствии с отмеченным выше можно считать







где K - количество импульсов.

Значение величины количества импульсов, полученных в результате описанных выше операций, осуществляемых при помощи соответствующей схемотехники, поступает на счетный вход блока 10 вычисления параметра вибросигнала и оценки наличия детонации, в котором интегральная величина выпрямленных электрических сигналов используется для определения какого-либо конкретного параметра вибросигнала и оценки на его основе наличия детонации в двигателе внутреннего сгорания, что не является предметом настоящего изобретения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение как в части способа, так и устройства позволяет с высокой достоверностью выявить наличие детонации в двигателе внутреннего сгорания при использовании простой и надежной схемотехники.