Устройство управления углом опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК G05B15/02 

Изобретение относится к автомобильной электронике и может .быть использовано, в частности, для обеспечения автоматического управления момен.том зажигания в элeкtpoнныx системах зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является расширение диапазона формируемых характеристик управления моментом зажигания

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - вариант конструкции блока управления при его аппаратной деали- зации; на фиг.З - конструкция .блока управления клапаном экономайзера принудительного холостого хода двигателя; на фиг.4 - форматы слов уп- равлен 1Я| на фиг. 5 - пример характеристики управления углом опережения зажитания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя; на фиг.6 - временные диаграммы работы блока-управления.

Устройство содержит (фиг,1) аналого-цифровой преобразователь 1,блок 2 постоянной памяти, сумматор 3, регистр-аккумулятор 4, счетчик 5 опорного интервала, управляемый делитель 6 частоты, счетчик 7 повторений блок 8 управления клапаном экономайзера принудительного холостого хода двигателя, буферный регистр 9, счетчик 10 угла опережения зажигания, счетчик 11 адреса, генератор 12 опорных импульс ов , блок 13 управления, элемент ИЛИ 14.

Блок 8 (фиг.З) содержит дешифратор, выполненный на элементах И 15 и 16, триггер 17 управления, триггер 18 режима..

Блок 13 (фиг.2) содержит семь триггеров 19-25, пять элементов И-НЕ 26-30, два элемента И 31 и 32, элемент НЕ 33, элемент ИЛИ 34, генератор 35 логической единицы.

В устройс тве использован страничный метод адресации блока 2 постоянной памяти, а адресом страницы является код, формируемый на выходах аналого-цифрового преобразователя 1. В пределах страницы, за исключением нулевой и первой ячеек, кодируется характеристика управления моментом зажигания в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.

В устройстве используется восьмиразрядный блок 2, однако разрядность может быть и другой. 6 нулевой ячейке страницы хранится код длительности опорного интервала, а в первой ячейке - код начального угла опережения зажигания, т.е. угла,соответст- 5 вующего нулевой скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Характеристика управления моментом зажигания в зависимости от скорости вращения вала двигателя .представляет

0 собой кусочно-линейную функцию (фиг.З, ломаная линия),

С целью сокращения разрядности блока 2 каждый линейный участок характеристики управления кодируется

5 двумя словами, Форматы данньпс для каждого слова приведены на фиг.4. Первое слово содержит четырехразрядный код чис.ла повторений и двухразрядный код управления экономайзером 0 принудительного холостого хода.Второе слово содержит двухразрядный код угла приращения зажиг ания.

Принцип, используемый для вычисления угла опережения зажигания, за5 ключается в следующем. Количество угловых импульсов, поступивших в течение опорного интервала, прямо пропорционально скорости вращения коленчатого вала двигат еля..-Появление каждйго углового импульса в течение опорного интервала соответствует приращению скорости вращения на постоянную величину. Величина приращения скорости вращения з ависят от длительности опорного интервала g, и от количества угловых импульсов z, формируемьк за один оборот вала двигателя , и может быть рассчитана по формуле

6

0

5

0

Лп

Z Л,

где 1 - длительность опорного ин-

тервала (мкс). Кроме того, появление каждого углового импульса соответствует повороту коленчатого вала двигателя на угол, равный 360°/г.

Угол опережения зажигания в этом случае удобно задавать числом угловых импульсов. Учитывая это, характеристику управления моментом зажигания в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя в пределах каждого линейного участка

можно задать таким образом, чтобы приращению скорости, выраженному целым числом угловых импульсов, соответствовало приращение угла .опережения зажигания, также выраженное целым числом угловых импульсов. Например, приращение скорости, выраженное тремя угловыми импульсами, соответствует приращение угла опережения зажигания, выраженное одним угловым импульсом, или это будет означать, что на каждые три угловых импульса, поступивших в течение опорного интервала, необходимо увеличить угол опережения зажигания на один дискрет соответствующий появлению одного углового импульса.

В устройстве на входы второго операнда сумматора 3 поступает из блока 2 код приращения угла опережения зажигания. Делитель 6 программируется так, чтобы через определенное число угловых импульсов, поступающих в течение опорного интервала, производить суммирование (вычитание) приращения угла опережения зажигания , а счетчик 7 повторений подсчитывает, сколько суммирований заданного приращения необходимо выполнить на данном линейном участке характеристики управления. После переполнения счетчика 7 повторений из блока 2 выбираются новые данные, характеризующие следующий линейный участок, Вычисление продолжается до тех пор, пока не окончится опорный интервал.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения питания и сигнала начальной установки запускается генератор 12 опорных импульсов и блок 13 управления по переднему фронту формирует сигнал сброса счетчика 11 адреса и сигнал Старт аналого-цифрового преобразователя 1. Из ячейки памяти блока 2 с нулевым адресом, как указывалось вьше, считывается код длительности опорного . интервала, которьм по магистрали данных поступает на программные вход счетчика 5. По заданному фронту тактового импульса блок 13 управления формирует сигнал занесения информаци в счетчик 5 и сигнал инкрементации счетчика 11 адреса на единицу. По сигналу Старт аналого-цифровой преобразователь начинает преобразование и формирует сигнал низкого уровня, указывающий, что аналого-цифровой преобразователь находится в состоянии преобразования, которьй поступает на вход признака окончания преобразования блока 13. ,

0

5

Блок 13 управления переходит в режим ожидания конца преобразования.

Когда аналого-цифровой преобразователь 1 закончит преобразование, на его выходах формируется код, являющийся адресом страницы блока 2, и аналого-цифровой преобразователь 1 снимает сигнал, указьюающий на режим преобразования. Блок 13 управления, получив от аналого-цифрового преобразователя 1 сигнал окончания преобразования, по первому тактовому им- пульсу формирует сигнал занесения

информации в регистр-аккумулятор 4 с 5 его информационных входов второй группы, на которых в это время находится код начального угла опережения зажигания, считываемый из блока 2 и ин- крементирует счетчик 11 адреса. Из блока 2 на магистраль данных считывается первое слово (фиг.4) характеристики управления моментом зажига- - ния, содержащее код числа повторений и код управления экономайзером принудительного холостого хода двигателя. По второму тактовому импульсу блок 13 управления формирует сигнал занесения информации в счетчик 7 повторений и в блок 8 управления клапаном экономайзером принудительного холостого хода и инкрементирует счетчик 11 адреса.

Теперь из блока 2 считывается второе слово характеристики управления моментом зажигания, два младших разряда которого,содержащие код приращения угла опережения зажигания, поступают на входы второго операнда сумматор.а 3 (на оставшиеся старшие разряды подается код, равный нулю), а на вход сумматора 3, управляюш 1й сложением и вычитанием, поступает знаковый разряд. На программные входы делителя 6 поступает код делителя.

В этом состоянии устройство ожидает появления первого углового импульса, которые формируются датчиком при вращении коленчатого вала двигателя стартером в режиме запуска или при работе двкгателя.

Получив на входе угловой импульс, блок 13 управления формирует сигнал, разрешающий работу счетчика 5 и делителя 6.

Счетчик 5 начинает формировать 5 опорный интервал, а делитель 6 начинает счет угловых импульсов. После подсчета заданного числа импульсов делитель 6 формирует на своем выхо0

5

0

5

0

де импульс занесения информации в регистр-аккумулятор 4 с его информа- ционньпс входов второй группы и в регистре-аккумуляторе 4 запоминается код, равный сумме (или разности) содержимого аккумулятора 4 и кода приращения. Кроме того, импульс с . выхода делителя 6 поступает на счетный вход счетчика повторений.

Операция деления частоты угловых импульсов и cyм fяpoвaния (вычитания) продолжается до тех пор, пока не произойдет переполнение счетчика 7 повторений. Сигнал с выхода переполнения счетчика 7 повторений поступает на третий вход блока 13 управления, которое инкрементирует счетчик 11 адреса. Далее, за два такта из постоянного запоминающего устройства 2 выбираются два слова. В счетчик 7 повторений и блок 8 управле НИЛ клапаном экономайзера принудительного холостого хода заносится новая информация из первого слова, а на два младших разряда второй группы входов и управляющий вход сумматора 3 и на программные входы делителя 6 с выходов блока 2 также поступает новая информация, содержащаяся во втором словеt

Процесс деления частоты угловых импульсов и суммирования приращения угла опережения зажигания повторяется, как бьшо описано вьппе, но улсе дл следующего линейного участка характеристики управления с другим наклоном. После переполнения счетчика 7 повторений снова выбираются из блока 2 два слова данных, описывающих следующий линейный участок характеристики управления, и вычисления продолжается. Это повторяется до тех пор, пока не кончится опорный интервал. В этом случае на выходе пере- полнения счетчика 5 формируется импульс, который поступает на вход занесения информации в буферный регистр 9, на вход занесения информации в триггер 17 управления блока 8 и четвертый вход блока 13 управления При этом по переднему фронту импульса информация с выходов регистра-аккумулятора 4 записывается в буферный регистр 9, в блоке 8 информация с/выхода триггера 18 режима записывается в выходной триггер, а блок 13 управления формирует сигнал Старт для аналого-цифрового преобразовате0

s

0

5

0

5

0

0

5

ля Т, сигнал установки в нуль счетчика 11 адреса. По заднему фронту импульса блок 13 управления формирует сигнал занесения информации в счетчик 5 и далее весь процесс вычислений повторяется так, как было описано вьние. ВычислениГе угла опережения зажигания производится независимо от фазового положения двигателя циклически, а результат вычислений/ запоминается в буферном регистре 9.

Информация с выходов буферного регистра 9 заносится в счетчик Ю опережения зажигания посредством синхроимпульса позиции двигателя, поступающего на его вход занесения информации, счетчик 10 угла опережения зажигания считает угловые импульсы, поступающие на его счетный вход. Счет начинается после появления синхроимпульса позиции двигателя и продолжается до сравнения кода в счетчике с заданным числом. Величина этого числа зависит от количества угловых импульсов, формируемых между двумя соседними синхроимпульсами позиции коленчатого вала двигателя, и, равна ем1г,

Перед началом счета в счетчик 10 заносится код угла опережения зажигания, импульс, определяющий момент искрообразования, формируется с заданным опережением по отношению к следукяцему синхроимпульсу позиции

коленчатого вала двигателя.

В устройстве для упрощения схемы разрядность счетчика выбрана такой, чтобы максимальное число, которое он может подсчитьгеать до переполнения бьшо больше числа угловых им- пульсОв, появляющихся между синхро- импульса1чи позиции двигателя-. В этом случае разность между этими числами учитывается путем суммирования ее к начальног 1у углу опережения зажигания, который кодируется в первой ячейке каждой страницы памяти.

По сравнению с известньм устройством процесс вычисления угла оцереже- ния зажигания не зависит от частоты коленчатого вала двигателя и формируемые характеристики управления моментом згикигания охватывают весь диапазон скоростей вращения коленчатого вала двигателя. Это позволяет реализовать оптимальные пусковые характеристики двигателя, обеспечивающие легкий и надежный его запуск, что

важно в холодное время года и при пониженном напряжении аккумуляторной батареи.

Блок 8 управления клапаном эконо-- майэера принудительного холостого хода предназначен для формирования сигнала управления ключом электромагнитного клапана экономайзера принудительного хода двигателя, который перекрывает подачу топлива в двигатель в режиме торможения двигателем и при закрытой дроссельной заслонке, если обороты двигателя больше оборотов холостого хода. При этом учитывается давление во всасывающем трубопроводе. Характеристика управления экономайзером принудительного холостого хода для обеспечения гистерезиса имеет участки, на которых состояние клапана экономайзера принудительного холостого хода не должно изменяться, поэтому для кодирования трех условий: экономайзер принудительного холостого хода включен;экономайзер принудительного холостого хода выключен; состояние экономайзера принудительного холостого хода не меняется, используется два разряда ,

Код управления экономайзером при- н дительного холостого хода задается для каждого линейного участка характеристики управления моментом зажигания, но, поскольку только последни участок характеристики, используемый при вычислении угла опережения зажигания до окончания опорного интервала, относится к текущему значению скорости вращения коленчатого вала двигателя, содержимое триггера 18 импульсом со счетчика 5 заносится в триггер 17,

При необходимости коррекции угла опережения зажигания в зависимости от других параметров двигателя,нап- рим-.р температуры охлаждающей жидкости, импульсы коррекции от внешнего блока коррекции подаются с частотой опорных импульсов через элемент ИЛИ 14 на счетный вход счетчика 10 угла опережения зажигания в промежутках между угловыми импульсами. При этом коррекция производится в сторону увеличения угла опережения зажигания.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать с высокой точностью сложные зависимости угла опережения зажигания от скорое0

5

ти вращения и нагрузки двигателя, а также позволяет учитывать другие параметры двигателя путем введения коррекции угла опережения зажигария в зависимости от этих параметров.

Возможность программирования характеристик управления в широких пределах позволяет использовать процессор для управления моментом зажига- - ния на двигателях различного типа, имеющих принципиально отличные характеристики управления,

Форм ула изобретения

5 , .,, „

1, Устройство управления углом

опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащее блок постоянной памяти, сумматор, регистр- аккумулятор, буферный регистр, аналого-цифровой преобразователь, счетчик адреса, счетчик опорного интервала, счетчик повторений, блок управления, генератор опорньк импульсов, вход аналого-цифрового преобразователя является входом параметра режима работы двигателя устройства, адресные входы первой и второй групп блока постоянной памяти подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя и к выходам счетчика адреса соответственно, выход генератора опорньш импульсов подключен к счетному входу счетчика опорного интервала, выход сумматора подключен к

информационным вхздам первой группы регистра-аккумулятора, выход которого подключен к входу первого операнда сумматора, отличающее - с я тем, что, с целью расширения диапазона формируемых характеристик З правления моментом зажигания, в него введены счетчик угла опережения зажигания и управляемый делитель частоты, выходы блока постоянной памяти подключены к входам второго операнда сумматора, к информационным входам второй группы регистра-акку- ьгулятора, к информационным входам управляемого делителя частоты исчет0 чика повторений, выход регистра-аккумулятора подключен к информационному входу буферного регистра,выход которого подключен к информационному входу счетчика угла опереже5 ния зажигания, выход которого является выходом управления углом опережения зажигания устройства, первый вход синхронизации блока управления

0

0

5

является входом угловых импульсов устройства и соединен со счетным входом счетчика.угла опережения зажигания и входом частоты управляемого делителя частоты, второй вход син- ронизации подключен к выходу генератора опорных импульсов, первый и .второй входы признаков переполнения блока управления подключены к вых.о- дам переполнения счетчика повторений и счетчика опорнсго интервала соответственно, вход признака окончания преобразования к выходу окончания преобразования аналого-цифрового преобразователя5 выход начальной установки блока управления является одноименным входом устройства, первый выход блока управления подключен к входам разрешения счетчика опорного интервала и управляемого делителя частоты, со второго по шестой выходы - соответственно к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, к входу занесения информации счетчика опорного интервала, к счетному входу счетчика адреса, к входу занесения информации по информационным входам первой группы регистра-аккумулятора и к входу занесения информации счетчика повторений, седьмой выход - к входам сброса счетчика адреса и управляемого делителя частоты, выход переполнения счетчика опорного интервала подключен к входу занесения информации буферного регистра,, выход управляемого делителя частоты подключен к счетному входу счетчика повторений, и к входу занесения информации по информационным входам второй группы регистра-аккумулятора, вход занесения информации счетчика угла опережения зажигания является

входом синхроимпульса позиции двигателя устройства,

2,Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью

унификации устройства для различных типов двигателей за счет программируемого изменения опорного интервала, информационный вход счетчика опорного интервала подключен к выходу блока

постоянной памяти,

3,Устройство поп,1, отличающееся тем, что, с целью повьшения экономичности работы двигателя, в Heji o введен блок управления :

клапаном экономайзера принудительного холостого хода двигателя, содержапщй дешифратор, триггер режима и триггер управления, выход которого является выходом блока и выходом управления

клапаном экономайзера, информационный вход дешифратора подключен к выходу блока постоянной памяти, а вход стро- бирования - к шестому выходу блока управления, первый и второй выходы

дешифратора подключены к входам установки и сброса триггера режима соответственно, выход которого подключен к информационному входу триггера управления, вход синхронизации которого подключен к выходу переполнения счетчика опорного интервала.

4,Устройство поп,1, отлича-. ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства за счет коррекции угла опережения зажигания в зависимости от параметров нагрузки двигателя, в него введен элемент ИЛИ, первьй и второй входы которого являются входами угловых и корректирующих импульсов устройства, а выход подключен к счетному входу счетчика, угла опережения зажигания.

la йвтчича

-Е

№

Начальная устамоона

is

и

т

-П

Устройство относится к области автомобильной электроники и позволяет расширить диапазон формируемых характеристик управления моментом зажигания. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, блок постоянной памяти, сумматор, регистр- аккумулятор, счетчик опорного Интервала, управляемый делитель частоты, счетчик повторений, блок управления клапаном экономайзера принудительного холостого хода двигателя, буферный регистр, счетчик угла опережения зажигания, счетчик адреса, генератор опорных импульсов, блок управления и элемент ИЛИ. Зависимость угла опережения зажигания от числа оборотов двигателя хранится в блоке постоянной памяти и определяется типом используемого двигателя,3 з.п.ф, 6 ил. § сл го o О5 4 ОС го

HifoSue ичпумсы

От корректора

Первое слово

Второе слово

Фиг.З

we.

Вход 2 -J J ЛJV u -ГU J JarlJ

Вмдб Выюд

ВылодЗ -JJ- Вшод2

Вход 5 Вшад

T-TLT

L

S

T-TLT

L

Выход 5 Вь1ход6 BxoSJ

ВходЗ Вход ЧРедактор Г.Волкова

Фиг.6

Составитель А.Ушаков Техред Л.Олейник

Заказ 2136/50 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

П

Корректор Е.Сирохман