Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить точность и расширить область применения . Устройство содержит датчик 1 начала процесса, формирователи 2,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

GO 4 С 01 М 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3849483/25-06 (22) 24.01 ° 85 (46) 30.01.87. Бюл. Ф 4 (72) В.А.Константинов А.Н.Мурашко

В.П.Муравьев, Н.В.Василенко, В.А.Щербатюк и Л.И.Билык (53) 621.436.038.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1015102, кл. F 02 М 65/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА

ОПЕРЕЖЕНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить точность и расширить область применения. Устройство содержит датчик 1 начала процесса, формирователи 2, 128

4, 6 импульсов, датчик 3 верхней мертвой точки, датчик 5 угловых меток, RS-триггер 7р элементы И 8, 12, 13, генератор 9 импульсов, счетчики 10, 14 15, D-триггеры 11, 16, 17, 19, инвертор 18, сменные формирователи 20,21,22, шины 23,24 управления и данных блока 25 вычисления и блок 26 индикации. В качестве опорного угла взят угол, максимально близкий к искомому, и максимально вло женный в него. Скорость вращения на искомом угле ы„ практически равна скорости вращения на опорном угле у! и, следовательно, выполняются соЯ„= (! =) g!!/t !! = !-! / =Ф вЂ”."Чх/Nxtr = Ч! / г === Чх = Nx/N qg<

6925 g!!=N!! N, (N — 1) g поскольку ч"! (N 1) 8, гpe- Ч!! — величина искомого угла; (— величина опорного угла", t — время поворота на искомый угол; t, — время поворота на опорный угол, t — величина длительности периода тактового генера-! тора 9; N, N, — цифровой эквивалент времени t„, t, N, — цифровой эквивалент опорного угла, 6 — вели-! чина известного угла между двумя соседними импульсами с датчика угловых ! меток. Устройство имеет возможность точно определять искомый угол и на нестационарных режимах работы двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к испытаниям машин, в частности к измерению параметров двигателей, а именно к определению углового положения коленчатого вала двигателя между двумя заданными точками и определению скорости вращения на этом интервале.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2— временная диаграмма синхронизации элементов устройства и процесса вычисления (а — работа генератора импульсов; б — сигнал "Запрос", в— сигналы на выходе третьего формирователя импульсов; г — сигналы на вы" ходе второго формирователя импульсов; д — сигналы на выходе первого формирователя импульсов, е — сигналы на входе первого счетчика, ж — сигналы на входе третьего счетчика; з — сигналы на входе второго счетчика; и— сигнал "Готовность" ).

° Устройство содержит датчик 1 начала процесса, первый формирователь

2 импульсов, датчик 3 ВМТ, второй формирователь 4 импульсов, датчик 5 угловых меток, третий формирователь

6 импульсов, RS-триггер 7, первый элемент И 8, генератор 9 импульсов, первый счетчик 10, первый D-триггер

11, второй 12 и третий 13 элементы

И, второй 14 и третий 15 счетчики, второй 16 и третий 17 D-триггеры, инвертор 18, четвертый D-триггер 19, первый 20, второй 21 и третий 22

5 шинные формирователи, шину 23 управления блока вычисления, шину 24 данных блока вычисления, блок 25 вычисления, блок 26 индикации, Датчик 1 начала процесса соединен через первый формирователь 2 импульсов с единичным входом RS-триггева 7, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента И 8, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 10. Выход датчика BNT подключен к входу второго формирователя 4 импульсов. Выход генератора 9 импульсов подключен к первым входам первого и третьего элементов И 8 и 13 соответственно. Выход третьего элемента И 13 подключен к счетному входу второго счетчика 14.

Блок 25 вычисления подключен через шйну 23 управления к первому входу блока 26 индикации и через шину 24 данных к второму входу блока 26 индикации. Прямой выход RS-триггера 7 подключен к информационным входам первого и второго 9-триггеров 11 и

16 соответственно. Выход второго фор-. мирователя 4 импульсов подключен к синхронизирующему входу второго Втриггера 16, прямой выход которого подключен к информационному входу

3 12869 третьего D-триггера 17, а инверсный к третьему входу первого элемента И

8. Датчик 5 угловых меток через третий формирователь 6 импульсов подключен к синхронизирующим входам первого и третьего D-триггеров 11 и 17 соответственно и первому входу второго элемента И 12, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика 15 и входу инвертора 18. 10

Прямой выход первого D-триггера подключен к вторым входам второго и третьего элементов И 12 и 13 соответственно. Прямой выход третьего

D-триггера подключен к информацион- 15 ному входу четвертого D-триггера 19, инверсный — к третьему входу третьего элемента И 13. Выход инвертора 18 подключен к синхронизирующему входу четвертого D-триггера 19, инверсный 20 выход которого подключен к третьему входу второго элемента И 12, а прямой — к шине 23 управления блока 25 вычисления. Информационные выходы первого 10, второго 14 и третьего 15 счетчиков подключены через .первый, второй и третий шинные формирователи

20-22 соответственно к шине 24 данных блока 25 вычисления. Цепь "Запрос" шины 23 управления блока 25 вычисления30 соединена с входами обнуления RSтриггера 7, всех D-триггеров 11, 16, 17 и 19 и всех счетчиков 10, 14 и 15.

Цепи управления шинными формирователями 20-22 соединены с соответствую35 щими выходами шины 23 управления блока 25 вычисления.

Элементы устройства имеют следующее назначение °

Датчик 1 начала процесса генери- 40 рует электрический сигнал в момент начала впрыска топлива. Датчик 3 BMT генерирует электрический сигнал в момент нахождения поршня в ВМТ. Датчик 5 угловых меток генерирует элект- 4S рический сигнал через известный угол поворота коленчатого вала двигателя. Формирователи 2, 4 и 6 нормируют сигналы от датчиков 1, 3 и 5 по амплитуде и фронтам. RS-триггер

7 и D-триггеры 11, 16, 17 и 19 служат для задания временных интервалов, заполняемых импульсами от генератора 9 импульсов и импульсами от датчика

5 угловых меток, а также для выработ- 55 ки сигнала "Готовность". Первый элемент И 8 служит для формирования пачки N импульсов — цифрового экХ вивалента искомого угла с „ поворота

25 вала двигателя (фиг, 2е). Третий элемент И 13 служит для формирования пачки N, импульсов — цифрового эквивалента опорного угла д поворота вала двигателя (фиг. 2). Второй элемент И 12 служит для формирования пачки N импульсов- цифрового эквиваленг та опорного угла (поворота вала двигателя (фиг. 2ж). Счетчики 10, 14 и

15 служат для формирования и буферизации операндов Nx> N1 и N соответ7 ственно. Шинные формирователи 20-22 служат для буферизации данных от внешних устройств (счетчиков) при работе на общую двунаправленную шину 24 данных блока 25 вычисления.

Шина 23 управления блока 25 вычисления — двунаправленная и служит для связи сигналами управления с внешними устройствами. Инвертор 18 служит для инвертирования сигнала от второго элемента И 12. Блок 25 вычисления служит для управления работой внешних устройств и для вычисления искомого угла согласно .формулы (И вЂ” 1). е

Nx х N г

Э! где 0 — величина известного угла между двумя соседними сиг.— налами с датчика 5 угловых меток, Блок 26 индикации служит для вывода результата вычисления определяемого угла q

Цифровые элементы: RS-триггер, D-триггеры, счетчики, элементы И, инвертор могут быть выполнены на базе типовых цифровых интегральных схем серий 133, К561 и т.д. Генератор 9 импульсов может быть выполнен по типовой схеме на базе формирователя

К155АГЗ, Шинные формирователи 20-22 могут быть выполнены на базе интегральных шинных формирователей типа

K589AII16. Блок 26 индикации представляет собой типовое устройство вывода, например на базе устройства печати. Блок 25 вычисления выполнен, например, на базе микроЭВМ (типа

"Электроника-60M") либо на базе любой микропроцессорной вычислительной системы. Датчик 1 начала процесса, например датчик начала впрыска, может быть выполнен в Виде отметчика о начале впрыска. Датчик 3 ВМТ может быть выполнен в виде СВЧ-отмет1286925 чика или индукционного типа. Датчик

5 угловых меток может быть выполнен в виде отметчика, вырабатывающего электрический сигнал при повороте коленчатого вала на известный угол, например в виде датчика индукционного типа, жестко связанного с корпусом двигателя и фиксирующего прохождение мимо него каждого зуба шестерни махсвика. f0

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройство обнуляется либо по жесткой программе, когда блок 25 вычисления вырабатывает 15 сигнал Запрос", либо внешним сигналом "Сброс". Bce D — триггеры, счетчики и RS-триггер приходят в исходное (нулевое) состояние. При вращении BB= ла двигателя датчик 1 начала про- 20 цесса генерирует электрические импульсы в момент начала впрыска (фиг.

2г). Датчик 3 BMT генерирует электрические импульсы в момент прихода поршня в BNT (фиг. 2д). Датчик 5

25 угловых меток генерирует электрические импульсы через известный угол 0 поворота вала двигателя (фиг. 2в).

Сигнал с датчика 1 начала процессапоступает через первый формирователь

2 импульсов на единичный вход RSтриггера 7. RS-триггер 7 устанавливается в "1", и сигнал единичного уровня с его прямрго выхода поступает на информационные входы перво- 35

ro и второго D-триггеров 11 и 16 соответственно и на второй вход первого элемента И 8. Поскольку в исходном состоянии второй D-триггер

16 обнулен, то на его инверсном выходе имеется сигнал единичного уровВ ня, который поступает на третий вход первого элемента И 8. Следовательно, импульсы генератора 9 высо45 кой стабильной частоты начинают поступать на счетный вход первого счетчика 10. При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 5 угловых меток через третий формирователь 6 импульсов поступает на синхронизирующие

50 входы первого и третьего D-триггеров

11 и 17 соответственно и на первый вход второго элемента И 12. Первый

D-триггер 11 устанавливается в "1" и сигнал единичного уровня с его

55 прямого выхода поступает на вторые входы второго и третьего элементов

И 12 и 13 соответственко. Так как в исходном состоянии на инверсном выходе третьего D-триггера 17 присутствует сигнал единичного уровня, который поступает на третий вход третьего элемента N 13, то импульсы генератора 9 стабильной частоты начинают поступать через третий элемент И 13 на счетный вход второго счетчика 14.

Поскольку в исходном состоянии четвертый D-триггер 19 обнулен, то сигнал единичного уровня с его инверсного выхода поступает на третий вход второго элемента И 12 и импульсы с датчика 5 угловых меток через третий формирователь 6 импульсов и второй элемент И 12 начинают поступать на счетный вход третьего счетчика 15.

При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 3 BNT через второй формирователь 4 импульсов поступает на синхронизирующий вход второго D-триггера 16, который устанавливается в

"1", и сигнал единичного уровня с его прямого выхода поступает на информационный вход третьего D-триггера 17, а сигнал нулевого уровня с инверсного выхода второго D-триггера 16 поступает на третий вход первого элемента И 8,блокируя дальнейшее поступление импульсов генератора 9 на счетный вход первого счетчика 10.

Таким образом, в первом счетчике 10 формируется операнд N — цифровой эквивалент времени поворота вала двигателя на искомый угол q „(@mr. Ze).

При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 5 угловых меток поступает через третий формирователь 6 на синхронизирующий вход третьего Dтриггера 17, который устанавливается в единичное состояние, и сигнал единичного уровня с его прямого выхода поступает на информационный вход четвертого D-триггера 19, а сигнал нулевого уровня с инверсного выхода .. третьего D-триггера 17 поступает на третий вход третьего элемента И 13, блокируя дальнейшее поступление импульсов генератора 9 на счетный вход второго счетчика 14. Таким образом, во втором счетчике 14 формируется операнд N — цифровой эквивалент времени поворота вала двигателя на угол от момента поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после срабатывания датчика 1 начала процесса до момента поступления первого импульса, с датчика 5 угловых меток

1286925 после срабатывания датчика 3 ВИТ (фиг. 2з). Последний сигнал с датчика 5 угловых меток, пройдя через третий формирователь 6 импульсов, второй элемент И 12 и инвертор 18, поступает и на синхронизирующий вход четвертого Р-триггера 19, который устанавливается в единичное состояние по заднему фронту сигнала. Сигнал единичного уровня с прямого выхода четвертого D-триггера 19 (сигнал

"Готовность" на фиг. 2и) поступает на шину 23 управления блока 25 вычисления и свидетельствует об окончании формирования всех операндов, а сигнал нулевого уровня с инверсного выхода четвертого D-триггера 19 поступает на третий вход второго элемента И 12, блокируя дальнейшее поступление импульсов с датчика 5 угловых меток на счетный вход третьего датчика 15. Таким образом, в третьем счетчике формируется операнд N цифровой эквивалент угла поворота вала двигателя на угол от момента

25 поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после срабатывания.датчика 1 начала процесса до момента поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после сраба- .З0 тывания датчика 3 BNT (фиг. 2ж). С приходом сигнала "Готовность" блок

25 вычисления осуществляет последовательную выборку операндов N„, N1,,, И из счетчиков 10, 14 и 15 соответ- 35 ственно через соответствующие шинные формирователи 20, 21 и 22 на шину

24 данных по соответствующим сигналам управления, поступающим с шины 23 управления. По окончании выборки one- o рандов N<, N „ Б2 во внутреннюю память блок 25 вычисления приступает к вычислению искомого угла ц х . Искомый угол (у„ определяется в блоке 25 вычисления по формуле

Ы, (N,- 1)e, 50 поскольку ٠— (N z — 1 ) 8 (фиг е 2ж), где а„ вЂ” скорость вращения на искомом угле, Q, — скорость вращения на впорном угле;

Ц „ — величина искомого угла; величина опорного угла, t „ — время поворота на искомый угол, 1

q„= NÄ, N, (N 1).9

По окончании вычисления угла (л. блок 25 вычисления выводит результат на блок 26 индикации через шину 24 данных по соответствующему сигналу с шины 23 управления и выдает сигнал "Запрос" (фиг. 2б), по которому элементы устройства приходят в исходное состояние, а само устройство готово к следующему циклу измерения, обеспечивая непрерывное измерение искомого угла в реальном масштабе времени.

Эффективность предлагаемого устройства заключается в более точном определении искомого угла, а также в возможности определения данного угла на нестациснарных режимах работы двигателя. В прототипе искомый угол определяется как отношение временного эквивалента Мх искомого угла к временному эквиваленту N .двух полных оборотов вала двигателя, умноженное на величину угла двух полных обоо ротов вала — 720 . Данное соотношение основано на равенстве скоростей вращения на двух полных оборотах вала (720 — ta ) и на определяемом угле

Ц вЂ” Я о

Чх 720 Чх (Д=Я =ф--72О

720 !ах о м = —.— — ° 720 л Я

7Zg 7ZO

Однако из-за неравномерности скорости вращения вала внутри одного цикла данное отношение является неточным, поскольку скорости вращения о на угле 720 и на определяемом угле q>„ различные. В предлагаемом устройстве в качестве опорного угла о взят не угол 720 а угол максимально близкий к искомому углу и максимально вложенный в него (фиг.2с,ж) (максимальная разность этих углов может достигать лишь величины 2 8 ).

Поэтому скорость вращения на искомом угле - Q практически равна скорости вращения на опорном угле—

Q и, следовательно, выполняются соотношения

Ч И»

= — q Q=N 1 г.г х х

6925

9 128 время поворота на опорный угол4 — величина длительности периода тактового генератора 9, И„ — цифровой эквивалент времеN, — цифровой эквивалент времени "1

М вЂ” цифровой эквивалент угла

8 — величина известного угла между двумя соседними импульсами с датчика угловых меток.

Кроме того, ввиду того, что скорость вращения вала на нестационарных режимах работы меняется не только внутри оборота, но и от оборота к обороту, точность измерения искомого угла прототипом уменьшается, что ограничивает его применение на этих режимах.

Предлагаемое устройство ввиду практического равенства скоростей вращения на определяемом и опорном углах имеет возможность точно определять искомый угол и на нестационарных режимах работы двигателя.

Если в качестве датчика начала процесса используется датчик начала впрыска, а вместо датчика ВМТ используется датчик конца впрыска, то устройство определяет угол подачи, топлива. В общем случае устройство определяет величину угла любого про-, цесса в двигателе при наличии сигналов о начале и конце процесса, а также определяет скорость вращения на этом угле.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее датчик начала процесса, датчик верхней мертвой точки, первый и второй формирователи импульсов, RS-триггер, первый, второй и третий элементы И, первый и второй счетчики, генератор импульсов, блок вычисления и блок индикации, причем датчик начала процесса соединен через первый формирователь импульсов с единичным входом

RS-триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выход датчика верхней, мертвой точки подключен к входу второго формирователя импульсов, выход генератора импульсов подключен к первым входам первого и третьего элементов И, выход

5 третьего элемента И подключен к счетному входу второго счетчика, блок вычисления подключен через шину управления к первому входу блока индикации и через шину данных — к второму

10 входу блока индикации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены датчик угловых меток, третий формирователь им15 пульсов, первый, второй, третий и четвертый D-триггеры, инвертор, третий счетчик, первый, второй и третий шинные формирователи, причем прямой выход RS-триггера подключен к информа20 ционным входам первого и второго Dтриггеров, выход второго формирователя импульсов подключен к синхронизирующему входу второго D-триггера, прямой выход которого подключен к

:1 информационному входу третьего Dтриггера, а инверсный — к третьему входу первого элемента И, датчик угловых меток через третий формирователь импульсов подключен к синхроЗО низирующим входам первого и третьего D-триггеров и первому входу второго элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика и входу инвертора, прямой

З5 выход первого D-триггера подключен к вторым входам второго и третьего элементов И, прямой выход третьего

D-триггера подключен к информационному входу четвертого D-триггера, а ин- версный - к третьему входу третьего элемента И, выход инвертора подключен к синхронизирующему входу четвертого D-триггера, инверсный выход которого подключен к третьему входу второго элемента И, а прямой — к шине управления блока вычисления, информационные выходы первого, второго и третьего счетчиков подключены через первый, второй и третий шинные

0 формирователи к шине данных блока вычисления соответственно, цепь "Запрос" шины управления блока вычисления соединена с входами обнуления

RS-триггера, всех D-триггеров и всех

55 счетчиков, а цепи управления шинными формирователями соединены с соответствующими выходами шины управления блока вычисления.

I 286925

Составитель Н.Патрахальцев

Редактор Е.Копча Техред Л.Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ 7704/41 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4