Устройство для измерения угла опережения впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ш4 Е 02 М 65jOO

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3780616/25-06 (22) 15.08.84 (46) 15.02.86. Бюл. ¹ 6 (72) В. А. Константинов, А. Н. Мурашко, Н. В. Василенко, В. П. Муравьев и В. А. Шербатюк (53) 621.436.038.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 756251, кл. G Ol М 15/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1015102, кл. F 02 М 65/00, 1983. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА

ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее датчик верхней мертвой точки поршня и датчик впрыска топлива, первый и второй формирователи, первый триггер, генератор импульсов, первый и второй элементы И, первый и второй счетчики, блок вычисления, индикатор, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, причем датчик верхней мертвой точки поршня соединен с вторым. входом первого триггера через первый формирователь, датчик впрыска топлива соединен через второй формирователь с первым входом первого триггера, прямой выход последнего соединен с вторым входом первого элемента И, генератор импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, первый вход индикатора подключен к шине данных блока вычисления, второй вход индикатора соединен с шиной управления блока вычисления, выход второго элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения путем измерения угла опережения впрыска на нестационарных режимах работы двигателя, в устройство введены датчик элементарных угловых перемещений, третий формирователь, второй, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, седьмой и восьмой элементы И, третий, четвертый и пятый счетчики и шинные фор„„ЯО„„1211440 А мирователи, причем датчик элементарных угловых перемещений соединен через третий формирователь с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов И и с синхронизирующнми входами четвертого, пятого и шестого триггеров, выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента И и с информационным входом четвертого триггера, инверсныи выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, выход первого счетчика соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход второго формирователя соединен с первым входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с информационными входами второго и шестого триггеров, а инверсный выход — с вторым входом третьего элемента И, выход последнего соединен с входом обнуления третьего счетчика, выход первого формирователя соединен с синхронизирующим входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом седьмого элемента И, вторым входом восьмого элемента И и с информационным входом пятого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И, а инверсный выход — с вторыми входами шестого и седьмого элементов И, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входОм второго элемента И и вторым входом четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом обнуления четвертого счетчика, выход второго счетчика соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, генератор импульсов соединен с первыми входами пятого, шестого и седьмого элементов И, инверсный выход шестого триггера соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход шестого элемента И соединен со счетным входом четвертого счетчика, Bblxo;I, 1211440 которого соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход седьмого элемента И соединен со счетным входом пятого счетчика, выход которого соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход восьмого элемента И соединен

Изобретение относится к средствам диагностики двигателей с впрыском топлива, преимущественно дизелей.

Целью изобретения является повышение точности измерения устройства и расширение его области применения путем измерения угла опережения впрыска на нестационарных режимах работы двигателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма синхронизации элементов устройства и процесса вычисления, где а — работа генератора импульсов; б — сигналы с выхода третьего формирователя; в — сигналы с выхода второго формирователя; г — сигналы с выхода первого формирователя; д — сигналы на входе первого счетчика; е — сигналы на входе пятого счетчика; ж — сигналы на входе второго счетчика; з — сигналы с выхода третьего элемента И; и — сигналы на входе третьего счетчика; к — сигналы с выхода четвертого элемента И; л — сигналы на входе четвертого счетчика; м — сигналы с выхода восьмого элемента И «Готовность» (ГОТ); н — сигнал «Запрос» (ЗПР); о — угол поворота коленчатого вала.

Устройство содержит датчик 1 верхней мертвой точки (ВМТ), первый формирователь 2, первый триггер 3, второй формирователь 4, датчик 5 впрыска, первый элемент И 6, генератор 7 импульсов, второй элемент И 8, первый 9 и второй 10 счетчики, второй 11 и третий 12 триггеры, датчик 13 элементарных угловых перемещений (ЭУП), третий формирователь 14, четвертый триггер 15, третий элемент И 16, четвертый элемент И 17, пятый 18 и шестой 19 триггеры, пятый 20 и шестой 21 элементы И, седьмой 22 и восьмой 23 элементы И, третий 24, четвертый 25 и пятый 26 счетчики, блок 27 вычисления, индикатор 28, шинные формирователи

29 — 29, шину 30 данных и шину 31 управления.

Датчик 1 ВМТ соединен через первый формирователь 2 с вторым входом первого триггера 3 и с синхронизирующим входом второго триггера 11. Датчик 5 впрыска соединен через второй формирователь 4 с

1О

l5

40 с шиной управления блока вычисления, цепь «Запрос» шины управления соединена с входами установки в нулевое состояние всех триггеров и счетчиков, а цепи управления шинными формирователями соединены с соответствующими выходами шины управления блока вычисления. первыми входами первого 3 и третьего

12 триггеров. Прямой выход первого триггера 3 соединен с вторыми входами первого 6 и второго 8 элементов И и с информационным входом четвертого триггера !

5. Генератор 7 импульсов соединен с первыми входами первого 6, пятого 20, шестого

21 и седьмого 22 элементов И. Выход первого элемента И 6 соединен со счетным входом первого счетчика 9. Первый вход индикатора 28 подключен к шине 30 данных блока 27 вычисления, а его второй вход к шине 31 управления блока 27 вычисления. Выход второго элемента И 8 соединен со счетным входом второго счетчика 10. Датчик 13 элементарных угловых перемещений соединен через третий формирователь !4 с первыми входами второго 8, третьего 16 и четвертого 17 элементов И и с синхронизирующими входами четвертого 15, пятого

18 и шестого 19 триггеров. Инверсный выход четвертого триггера 15 соединен с третьим входом первого элемента И 6.

Выход первого счетчика 9 соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Прямой выход третьего триггера 12 соединен с информационными входами шестого 19 и второго 11 триггеров, а инверсный выход— с вторым входом третьего элемента И 16.

Выход третьего элемента И 16 соединен с входом обнуления третьего счетчика 24. Прямой выход второго триггера 11 соединен с третьим входом седьмого 22 и вторым входом восьмого 23 элементов И с информационным входом пятого триггера 18. Прямой выход пятого триггера 18 соединен с первым входом восьмого элемента И 23, а инверсный выход — с вторыми входами шестого 21 и седьмого 22 элементов И. Инверсный выход второго триггера 11 соединен с третьим входом второго 8 и вторым входом четвертого 17 элементов И. Выход второго счетчика 10 соединен через шинный формирователь 29с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Инверсный выход шестого триггера 19 соединен с вторым входом пятого элемента И 20, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика 24. Выход

11440 ((xx=1 (" +М вЂ” — ).

«Х, . N,; г Ng

10

12 з третьего счетчика 24 соединен через шинный формирователь 293 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Выход шестого элемента И 21 соединен со счетным входом четвертого счетчика 25, выход которого соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Выход седьмого элемента И 22 соединен со счетным входом пятого счетчик

26, выход которого соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Выход восьмого элемента И 23 соединен с шиной управления блока 27 вычисления. Цепь «Запрос» шины 31 управления соединена с входами установки в нулевое состояние всех триггеров и счетчиков. Цепи управления шинными формирователями 29I — 29 соединены с соответствующими выходами шины 31 управления блока 27 вычисления.

Датчик 1 ВМТ генерирует электрический сигнал о нахождении поршня двигателя в верхней мертвой точке. Датчик 5 впрыска генерирует электрический сигнал в момент подачи (впрыска) топлива. Датчик

13 элементарных угловых перемещений генерирует электрический сигнал через известное элементарное угловое перемещение коленчатого вала двигателя. Формирователи

2, 4 и 14 нормируют сигналы от датчиков

1, 5 и 13 по амплитуде ° и фронтам соответственно. Триггеры 11, 12, 3, 15, 18 и 19 служат для задания временных интервалов, заполняемых импульсами от генератора 7 импульсов стабильной частоты, а также импульсов от датчика 13 ЭУП. Первый элемент И 6 служит для формирования пачки N4 импульсов (операнда) — цифровой эквивалент угла TI поворота вала двигателя.

Второй элемент И 8 служит для формирования пачки NI импульсов — цифровой эквивалент угла поворота вала двигателя. Пятый элемент И 20 служит для формирования пачки N импульсов — цифровой эквивалент угла ср4 поворота вала двигателя. Шестой элемент И 21 служит для формирования пачки Nq импульсов — цифровой эквивалент угла б поворота вала двигателя. Седьмой элемент И 22 служит для формирования пачки N импульсов — цифровой эквивалент угла поворота вала двигателя.

Счетчики 9, 10, 24, 25 и 26 служат для формирования и буферизации операндов Nj, N, Мз u Ng соответственно. Третий 16 и четвертый 17 элементы И служат для формирования сигналов обнуления третьего 24 и четвертого 25 счетчиков соответственно.

Восьмой элемент И 23 служит для выработки сигнала «Готовность», который является признаком окончания формирования операндов и начала процесса вычисления искомого угла в блоке 27 вычисления согласно алгоритму

)5

25 зю

Шинные формирователи 29I — 29; служат для буферизации данных от внешних устройств (счетчиков) при работе на общую двунаправленную шину 30 данных. Двунаправленная шина 31 управления служит для связи сигналами управления блока 27 вычисления с внешними устройствами Индикатор 28 служит для вывода результата вычисления определяемого угла р..

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройство обнуляется по жесткой программе, когда блок

27 вычисления вырабатывает сигнал «Запрос», либо внешним сигналом «Сброс». Все счетчики и триггеры устройства приходят в исходное (нулевое) состояние. При вращении вала двигателя датчик 1 ВМТ генерирует электрические импульсы в моменты нахождения поршня в ВМТ вЂ” один за полный оборот вала. Датчик 5 впрыска генерирует электрические импульсы в моменты начала подачи (впрыска) топлива в цилиндр двигателя (например, один за два полных оборота вала для четырехтактного двигателя) . Датчик 13 элементарных уIловых перемещений генерирует электрические импульсы через известный угол поворота 1 вала двигателя. Сигнал с датчика 5 впрыска в момент начала подачи топлива в цилиндр поступает через формирователь

4 на первые входы первого 3 и третьего

12 триггеров (фиг. 2,в), которые устанавливаются в единичное состояние. Сигнал единичного уровня с прямого выхода первого триггера 3 поступает на информационный вход четвертого триггера 15 и разблокирует по второму входу первый элемент И 6.

Поскольку четвертый триггер 15 в исходном состоянии обнулен; то на третий вход первого элемента И 6 поступает единичный потенциал с инверсного выхода четвертого триггера 15. Импульсы с генератора 7 импульсов поступают по первому входу первого элемента И 6 и с выхода последнего на счетный вход первого счетчика 9 до тех пор, пока не сработает датчик 13 ЭУП и на выходе формирователя 14 не появится сигнал, по которому четвертый триггер

15 не установится в единичное состояние.

Сигналом нулевого потенциала с инверсного выхода триггера 15 блокируется поступление импульсов на счетный вход первого счетчика 9 через первый элемент И 6.

Таким образом, на выходе элемента И 6 формируется пачка импульсов М.1 — цифровой эквивалент поворота вала двигателя на угол PI, (фиг. 2 д, о), а подсчет их количества осуществляется первым счетчиком 9.

Поскольку шестой триггер 19 ooIIvлеп в исходном состоянии, то с его инверсного выхода на второй вход пятого элсмен1211440

5 та И 20 поступает разрешающий единичный потенциал. Импульсы с генератора 7 постоянно поступают на первый вход пятого элемента И 20 и далее на счетный вход третьего счетчика 24. В момент же срабатывания датчика 13 ЭУП через угол поворота вала двигателя 1 сигнал с выхода датчика 13 ЭУП через формирователь 14 поступает на первый вход третьего элемента И 16, на втором входе которого в исходном состоянии присутствует единичный !!! потенциал с инверсного выхода третьего триггера 12. Таким образом, каждый раз при срабатывании датчика 13 ЭУП с выхода третьего элемента И 16 на вход обнуления третьего счетчика 24 поступает сигнал сброса (фиг. 2,з) до тех пор, пока не поступит сигнал о начале впрыска. 1!ри этом срабатывает датчик 5 впрыска, и сигнал с него поступает далее ерез формирователь

4 на первые входы первого 3 и третьего !

2 триггеров, которые устанавливаются в единичное состояние. С инверсного выхода третьего триггера 12 на второй вход третьего элемента И 16 поступает нулевой потенциал, блокируя дальнейший сброс третьего счетчика 24 по следующему импульсу с датчика 13 ЭУП. Таким образом, на счетный !5 вход третьего счетчика 24 поступает. пачка

N2 импульсов — цифровой экивалент поворота вала двигателя на у гол у (фиг. 2 и,о) .

Поскольку сброс счетчика 24 заблокирован, то на его выходе выставляется код операнда, который используется для вычисления искомого угла ух. После срабатывания первого триггера 3 с прямого выхода последнего единичный потенциал разблокирует второй элемент И 8, и импульсы с датчика

13 ЭУП через формирователь 14 поступают по первому входу второго элемента

И 8. Поскольку второй триггер 11 обнулен в исходном состоянии, то с его инверсного выхода поступает единичный потенциал на третий вход второго элемента И 8, на выходе которого появляется пачка импульсов

Ni — цифровой эквивалент поворота коленчатого вала на угол 2 (фиг. 2,ж), причем при срабатывании датчика 1 ВМТ второй триггер ll сигналом с выхода формирователя 2 по своему синхровходу устанавливается в единичное состояние, и нулевой потенциал с его инверсного выхода блокирует по третьему входу второго элемента И 8 поступление на счетыный вход второго счетчика 10 импульсов с выхода третьего формирователя 14.

Формирование операнда Х5 происходит следующим образом.

После срабатывания датчика 1 ВМТ и установки второго триггера 11 в единичное состояние с прямого выхода последнего на второй вход восьмого 23 и на третий вход седьмого 22 элементов И и информационный вход пятого триггера 18 поступает единичный потенциал. Поскольку с инверсного выхода пятого триггера 18 в исходном состоянии поступает на второй вход седьмого элемента И 22 единичный потенциал, то импульсы с выхода генератора 7 импульсов поступают через седьмой элемент И 22 на счетный вход пятого счетчика 26..При поступлении с выхода датчика

13 .ЭУП через формирователь 14 импульса, следующего после срабатывания датчика

1 ВМТ, по синхровходу пятый триггер 18 устанавливается в единичное состояние.

Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 18 блокирует по второму входу седьмого элемента И 22 поступление на счетный вход пятого счетчика 26 импульсов с генератора 7. Таким образом, в счетчике 26 формируется операнд N — цифровой эквивалент угла поворота вала на угол 5.

Формирование операнда Nq происходит аналогично формированию операнда

В исходном состоянии пятый триггер 18 обнулен, и с его инверсного выхода на второй вход шестого элемента И 21 поступает единичный потенциал. На счетный вход четвертого счетчика 25 постоянно поступают через шестой элемент И 21 импульсы с генератора 7 импульсов (фиг. 2,л) . 3o поступления сигнала от датчика 1 ВМТ второй триггер 11 обнулен, и с его инверсного выхода на второй вход четвертого элемента И 1? поступает единичный потенциал. По каждому сигналу с датчика

13 ЭУП через формирователь 14 срабатывает четвертый элемент И 17, сигналом с выхода которого происходит обнуление четвертого счетчика 25 (фиг. 2,к) .

При срабатывании датчика 1 ВМТ второй триггер 11 устанавливается в единичное состояние, и нулевым потенциалом с его инверсного выхода блокируются последующие импульсы обнуления счетчика 25 по второму входу четвертого элемента И 17 от датчика 13 ЭУП. При поступлении с датчика 13 ЭУП последующего импульса после

ВМТ пятый триггер 18 устанавливается импульсом по его синхровходу в единичное состояние. Сигнал с инверсного выхода триггера 18 блокирует на втором входе шестого элемента И 21 поступление импульсов с генератора 7 импульсов на счетный вход четвертого счетчика 25, и формирование пачки импульсов заканчивается. Таким образом, в четвертом счетчике 25 формируется операнд Nz — цифровой эквивалент поворота вала двигателя на угол P . При установке пятого триггера 18 в единичное состояние и при ранее установленном в единичное состояние после срабатывания датчика 1 ВМТ второго триггера 11 на первом и втором входах восьмого элемента И 23 появляются разрешающие потенциалы. На выходе восьмого элемента И 23 выставляется сигнал «Готовность», св идетельствую. щий об окончании формирования операн1211440 (р2=1 (Nl — 1).

Я N4 1

1 15

И 15

7 дов Ni — Ns (фиг. 2,м). По этому сигналу блок 27 вычисления осуществляет последовательную выборку операндов из счетчиков 9, 10, 24, 25 и 26 через соответствующие шинные формирователи 29 — 29 на шину 30 данных по соответствующим

5 сигналам управления, поступающим с шины

31 управления от блока 27 вычисления.

По окончании выборки операндов Ni — Ns— во внутреннюю память блок 27 вычисления приступает к вычислению искомого угла у„. >0

Угол опережения начала впрыска топлива

У» определяется в блоке 27 вычисления согласно формуле фх= $1+ cp2+ cp3= I (g j Nt 4

1 — величина угла элементарного углового перемещения.

Угол q> определяется напрямую путем подсчета срабатываний датчика ЭУП за соответствующий интервал времени

Угол р определяется по формул т. е. путем сравнения цифровых эквивалентов времени измеряемого угла Ч и известного угла 1, причем угол cpi полностью принадлежит 1. где yx — измеряемый угол; (pi — угол поворота вала двигателя от момента начала впрыска до первого импульса с датчика 13 ЭУП;

V — то же, от первого импульса с дат- 20 чика 13 ЭУП после начала впрыска до последнего импульса с этого датчика, принадлежащего измеряемому углу; з — то же, от последнего импульса с датчика 13 ЭУП, принадлежащего измеряемому углу, до импульса с датчика ВМТ;

rp4 — то же, между двумя соседними импульсами с датчика 13 ЭУП, внутрь которого попадает импульс с датчика 5 впрыска; — то же, между двумя соседними импульсами с датчика 13 ЭУП, на который попадает импульс с датчика

1 ВМТ;

ys — то же, определяемый как

35 ф5 — фб фЗ (фиг. 2,о);

Ni — Ns цифровые эквиваленты времени поворота коленчатого вала на углы

V V4 V Vi и V соответственно (фиг. 2, ж,и,л,д,е);

Угол срз определяется по формуле фз= (1 — — ) 1

1 5

Ny

По окончании вычисления угла ух блок

27 вычисления выводит информацию на блок

28 индикации с шины 30 данных по соответствующему сигналу с шины 31 управления и выдает сигнал «Запрос», по которому элементы устройства приходят в исходное состояние, а само устройство готово к следующему циклу измерения угла р..

Последовательное срабатывание датчика впрыска 5, ЭУП 3, ВМТ 1 вызывает формирование операндов для последующего вычисления, что обеспечивает непрерывное измерение искомого угла опережения впрыска У„в реальном масштабе времени. Причем точность измерения угла впрыска в предлагаемом устройстве зависит лишь от точностных параметров определения границ временных интервалов при формировании операндов Ni — Nq, от выбранной частоты заполнения счетчиков импульсами генератора 7 импульсов, количества разрядов в счетчиках 9, 10, 24, 25 и 26, разрядности блока

27 вычисления и индикатора 28. Ц ), 1 1

ЬШШЯШШ!ШШШйШНЙЩ="-

1 ! > моиг. я

Редакгор Л. Беселовкая

Заказ 622, 39

Тсхред И Берег Корректор В. Синицкая Гираж 524 Под исное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

1 I3035, Москва, )I(— 35, Раушская наб., д. 4j5

Филиал III iII «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4