Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в дизель Советский патент 1986 года по МПК F02M65/00 G01M15/00 

второй шинный формирователь - с шиной данных блока вычисления, цепь Запрос шины управления блока вычисления соединена с входами обнуления первого,второго и третьего трит

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

Цель изобретения - повышение точности измерения,

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма синхронизации элементов устройства и процесса вычисления (а - сигналы на выходе первого формирователя; о - сигналь на выходе второго формирователя; В - сигналы на входе первого счетчика; 1 сигналы на входе второго счетчика; ж - сигнал Запрос,а - сиг- нал Готовность ; е - сигналы на входе третьего счетчика.

Устройство содержит датчик 1 фиксированной точки (БИТ), первый 2 и второй 3 формирователи импульсов, датчик 4 исследуемого процесса, первый 5 и второй 6 триггеры, первый 7 второй 8, третий 9 элементы И, первый 10 и второй 1 мультиплексоры, первый 12, второй 13, третий 14 и четвертый 15 счетчики, триггер 16 готовности, третий триггер 17, первы 18 и второй 19 регистры индикатор 2 первьй 21 и второй 22 шинные формиро ватели, генератор 23 импульсов, ши- ну 24 данных, шину 25 управления, блок 26 вычисления.

Датчик 1 фиксированной точки (ВЖ) соединен через первый формирователь 2 с синхронизирующим входом второго триггера 6 и вторым входом третьего элемента И 9.

Датчик 4 исследуемого процесса , соединен через второй формирователь 3 с единичным входом третьего 17 и синхронизирующим входом первого 5 триггеров. Прямой выход третьего триггера 17 соединен с информационным входом второго триггера 6, прямой выход которого подключен к первым входам третьего 9 и первого 7

геров,триггеру готовности и первого, второго и третьего счетчиков,а цепи управления шинными Формирователями соединены с соответствующими выходами шины управления блока вычисления.

5 о

с

р

5

элементов И и информационному входу триггера 5.. Прямой выход первого триггера 5 подключен к первому входу второго элемента И 8, Выход треть - его элемента И 9 подключен к счетному входу третьего счетчика 14, выход переполнения которого по,дкию- чен к единичному входу триггера 16 готовности. Инверсный выход триггера 16 готовности подключен к третьим входам третьего 9, первого 7 и второго 8 элементов И, прямой - к шине 25 управления. Выход первого элемента И 7 подключен к счетному входу первого счетчика .12, выход которого связан через первый шинный формирователь 21 с шиной 24 данных. Выход второго элемента И 8 подключен к счетному входу второго счетчика 13, выход которого связан через второй шинный формирователь 22 с шиной 24 данных.

Первый вход первого регистра 18 подключен к шине 24 данных, а вто- . . рой - к шине 25 управления, Первый вход второго регистра 19 подключен к шине 24 данных, а второй - к шине 25 управления. Выход пераого регистра 18 подключен к адресному входу первого мультиплексора 10, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 7. Выход второго регистра 19 подключен к адресному входу второго мультиплексора 11 , вьг- ход которого подключен к второму входу второго элемента ИВ.

Генератор 23 импульсов подключен к счетному входу четвертого счетчика 15, выходь разрядов которого подключены к соответствующим входам первого 0 и второго 11 мультиплексоров . Первый вход индикатора 20 подключен к шине 24 данных, а второй - к шине 25 управления. Цепь Запрос шины 25 управления подключена к входам обнуления первого,5,

to

3i23939

второго 6 и третьего 17 триггеров, триггера 16 готовности и первого 2, второго 13 и третьего 14 счетчиков.

Датчик 1 фиксированной точки генерирует электрический сигнал о нахождении пор шня двигателя в известной точке (например, ВМТ). Датчик 4 исследуемого процесса генерирует электрический сигнал в момент начала протекания исследуемого процесса (например, вспрыска топлива).аФорми- рователи 2 и 3 .нормируют сигналы от датчиков. 1 и -4 по амплитуде и фронту соответственно. Триггеры 5, 6 и 17 служат для задания временных интервалов, заполняемых импульсами от генератора 23 через мультиплексоры 10 и 11. Первый элемент И 7 служит пя формирования пачки N импульсов цифрового эквивалента угла 720 , а второй элемент И 8 служит для формирования пачки N импульсов - цифрового эквивалента определяемого угла. Счетчики 12 и 13 служат для формирования и буферизации Ьперан- дов N и NX соответственно. Шинные формирователи 21 и 22 используются для ввода данных от внешних устройств (счетчиков) при работе на общую дву- направленнзто шину 24 данных. Шина 25 управления двунаправленная и служит для связИдСигналами управления блока 26 вычисления с внешними устройствами. Индикатор 20 предназначен для вывода результата вычисления.

Генератор 23 импульсов может быть выполнен по типовой схеме на базе формирователя К 155 АГЗ, шинн1з е формирователи 2i и 22 - на базе интегральных шинных формирователей типа К 589АГ1 6, К589АП26. Индикатор 20 представляет собой типовое устройство вывода, например, на базе устройства печати или светодиодной индикаторной панели со схемами управления .

Блок 26 вычисления выполнен, например, на базе либо микро-ЭВМ (типа г- Электроника 60 М), либо f5 на базе любой мик ропроцессорной системы обработки данных. Датчик 1 фиксированной точки может быть выполнен в виде СВЧ-отметчика, либо индуктивного типа. Датчик 4 исследуемого процесса (например, начала впрыска топлива) может быть выполнен, например, в виде отметчика о начале впрыска.

Формирователи 2 и 3 могут, быть 25 выполнены, например, на базе операционных усилителей с соответствующей частотно-зависимой обратной связью, обеспечивающих устойчивое формирование сигнала о начале соответствующего процесса.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии масштабирующего цикла блок 26 вычисления посылает через регистры 18 и 19 на ад20

30

Третий элемент И 9, третий счетчик 14 ресные входы мультиплексоров 10 и II и триггер 16 готовности служат для формирования сигнала Готовность и блокировки счетчиков 12 и 13 после того, как сформируется цифровой эквивалент угла 720 и цифровой эквивалент NX искомого угла опережения подачи топлива .в двигатель внутреннего сгорания. Блок 26 вычисления осуществляет съем исходной информа40

соответствующие адреса, по которым подключаются те выходы разрядов счетчика 15, с которых происходит поступление импульсов с генератора 23 импульсов на счетные входы счетчиков 12 и 13 соответственно. Эти выходы разрядов счетчика 15 определяются из расчета, например, полного заполнения, но без переполнеции с выходов счетчиков 12 и 13 и вы- ния счетчиков 12 и 13 на максималь- числяет искомый параметр. Счетчик 14 но возможных реальных оборотах двигателя, которым соответствуют минимальные временные интервалы. Так для заполнения счетчика 12, где фор- 50 мируется операнд N , коэффициент

выполнен так, что при поступлении на его счетный вход третьего импульса на его выходе переполнения появляется единичный сигнал.

Исполнение элементов, может быть, например, следующее. Цифровые элементы: триггеры, счетчики, регистры.

мультиплексоры, элементы И могут быть 55 ность счетчика 15.

выполнены на базе типовых цифровьпс Для заполнения счетчика 13, где

интегральных К 561 и т.д.

схем серий 133, К 155,

Генератор 23 импульсов может быть выполнен по типовой схеме на базе формирователя К 155 АГЗ, шинн1з е формирователи 2i и 22 - на базе интегральных шинных формирователей типа К 589АГ1 6, К589АП26. Индикатор 20 представляет собой типовое устройство вывода, например, на базе устройства печати или светодиодной индикаторной панели со схемами управления .

Блок 26 вычисления выполнен, например, на базе либо микро-ЭВМ (типа г- Электроника 60 М), либо на базе любой мик ропроцессорной системы обработки данных. Датчик 1 фиксированной точки может быть выполнен в виде СВЧ-отметчика, либо индуктивного типа. Датчик 4 исследуемого процесса (например, начала впрыска топлива) может быть выполнен, например, в виде отметчика о начале впрыска.

Формирователи 2 и 3 могут, быть выполнены, например, на базе операционных усилителей с соответствующей частотно-зависимой обратной связью, обеспечивающих устойчивое формирование сигнала о начале соответствующего процесса.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии масштабирующего цикла блок 26 вычисления посылает через регистры 18 и 19 на ад

ресные входы мультиплексоров 10 и II

ресные входы мультиплексоров 10 и II

соответствующие адреса, по которым подключаются те выходы разрядов счетчика 15, с которых происходит поступление импульсов с генератора 23 импульсов на счетные входы счетчиков 12 и 13 соответственно. Эти выходы разрядов счетчика 15 определяются из расчета, например, полного заполнения, но без переполнения счетчиков 12 и 13 на максималь- но возможных реальных оборотах двигателя, которым соответствуют минимальные временные интервалы. Так для заполнения счетчика 12, где фор- мируется операнд N , коэффициент

К( деления частоты f, генератора 23 выбирается например, для двоичного счетчика 15 К« - где - 1,2, 3, ..., t, а - разрядга

формируется операнд NX, коэффициент Kjjp деления частоты fp генератора

linnpiiMep К 2

ги

.. ; 1 ичиКК ТГЯ ,

- О п,, - 1,2,3, ..., 0.

Гтгем блок 26 вычисления nt ipa6a- Ti:-4.- p-r с-игия.гт Заг пос , по которому viponcxo/uiT обнуление устройства, Триггеры 5,6 и 7, триггер 16 готовности и первый 12, второй 12 и тре- Tiri j 14 счетчики приходят в нулевое состоян1те. При вращении в.ала двигателя датчик 4 исследуемого процесса ге- нер1фует электрический импульс, соот- г.с : гтт ующий началу исследуемого процесса вспрыска , Формирователь 3 нор- NU pye.T этот сигнал по амплитуде, фрон туи да1ительности. С выхода формирова теля 3 сигнал поступает на единичный вход третьего триггера 17 и устанавливает его в единичное состояние, которое поступает на информационный вход второго триггера 6 „ При: дальнейшем вращении коленчатого вала и захо де.поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) датчик 1 фиксированной точки вырабатывает электрический сигнал. Формирователь 2 нормирует . этот сигнал но амплитуде и длительности. Cфop fиpoвaнный сигнал поступает на синхронизирующий вход второго триггера 6. При этом на выходе появляется сигнал единичного уровня, который поступает на первые входы первого 7 и третьего 9 элементов И. После установки второго триггера 6 в единичное состояние этот же сигнал с выхода формирователя 2 по.ступает через третий элемент И 9 на счетный вход счетчика 14. Поскольку в исходном состоянии триггер 16 готовности обнулен, на его инверсном выходе появляется единичный потенциал, поэтому импульсы с выхода генератора 23 через счетчик 15, с соответствующего выхода последнего через мультиплексор 10 и элемент И 7 поступают на счетный вход счетчика 2, При этом формируется в последнем операнд N - цифровой эквивалент двух полных оборотов коленчатого вала двигателя При дальнейшем вращении в;1ла двигателя при переходе через следующую точку ВМТ второй импульс с датчика 1 поступает через формирователь 2, элемент И 9 на счетт ый вход счетчика 14 При дальнейшем повороте -вала датчик 4 исследуемого процесса выраба тывает электрический импульс нормируется по амплитуде, фронту и д.пительности. Данный импульс устанавливает первый триггер 5 в единичное

которы

39391е

состояние по его- синхровходу (на ь:форм;1п« ::нком входе единичный потенциал.)., при этом на его прямом выхода появляется единичгп-лй потенциал , 5 которглй поступает на первый вход элемент; И 8, Поскольку J исходном состоянии на ин5 ерсиом 1 :1ходе триггера 16 готовности едиимчный потенциал, импульсы с генератора 23 иг- пудьсов 10 через счетчик 15, мультиплексор 1 и элемент И 8 поступа от на счетный вход счетчика 13. При этом в последнем формируется операнд К - цифровой эквивалент угла опережения .по- ,5 дачи топлива.

После того, как на счетпьш вход

поступит третий импульс герез 1;формироИ 9, (т.е. в ал о

20

25

30

35

40

45

50

счетчика 14 с выхода датчика 1 ватель 2, элемент

двигателя повернется на 720), на выходе переполнения счетчика 14 появляется единичный потенциал, кото рьй устанавливает триггер 16 готовности в единичное состояние. При этом на его инверсном выходе появляется нулевой потенциал, который блокирует дальнейшее поступление импульсов на входы счетчиков 12 - 14. На прямом выходе триггера 16 готовности вырабатывается сигнал Готовность 5 который поступает на Бшну 25 управления блока 26 вычисления, что свидетельствует об окончании формирования -операндов NQ и N|(, . По этому сигналу блок 26 вычисления осуществляет последовательную вгз1борку операндов из счетчиков 12 и 3 через соответствующие шинные формирователи 21 и 22 на шину 24 данных по соответствую- щш-j сигналам управления, поступающим с шины 25 управления от блока 26 вычисления. По окончании выборки операндов N и NXQ во внутреннюю память блок 26 вычисления приступает к оконч:ательному .определению частоты заполнения импульсами генератора 23 счетч.иков 12 и 13. Блок 26 вычисления определяет отдельно для каждого из счетчиков 12 и 13, сколько двоичных разрядов имеют нулевые значения до .первого разряда, имеющего единич {ое значение, причем подсчет ведется; с самого старшего разряда, двоичной сетки счетчиков 2 и 13, Иначе говоря, определяется, во сколько раз надо увеличить частоту заполнения импульсашг генератора 23 -счетчиков 12 и i3, чтобы было их

7123939

полное заполнение (без переполнения) ,Цля того, чтобы старший разряд в счетчиках 12 и 13 имел единичное значение, необходимо увеличить час,тЬту заполнения импульсами генера тора 23 для счетчика 12 К- 2

раз,

а для счетчика 13 - увеличить -частоту К 2 раз, где т - количество старших разрядов, имеющих нулевые значения, до первого из старших, имеющих единичное значение в счетчике 12 для операнда N ; m - количество старших разрядов, имеющих нулевые значения, до первого из старших, имеющих единичное значение в счетчике 13 для операнда N-j,

Блок 26 вычисления увеличивает частоту импульсов заполнения счетчиков 12 и 13 в указанное число раз путем посылки через регистры 18 и 19 на адресные входы мультиплексоров 10 и 11 соответствующих адресов, по которым подключаются те выходы раз-г рядов счетчика 15, с которых происходит оптимальное заполнение счетчиков импульсами генератора 23, когда старшие разряды их имеют единичное значение без наличия, переполнения. Затем блок 26 вычисления определяет в конце предварительного цикла масштабирования коэффициент К масштабирования

-(-mj+vn)

v .±,n(f, (1)

( . 1- «. л. 1ЯЛ

10

ts

20

25

30

В конце рабочего цикла измерения на прямом выходе триггера 16 готовности вырабатывается. сигнал Готов-i ность, который поступает на шину 25 управления блока 26 вычисления, свидетельствуя об окончании форкирова- ния операндов N и N .

Далее блок 26 вычисления осуществ ляет последовательную выборку операн дов N и Nj( из счетчиков 12 и 13 через соответствуюш 1е шинные формиро ватели 21 и 22 на шину 24 данных по соответствующим сигналам управления, поступящим с шины 25 управления. По окончании выборки операндов N и N во внутреннюю память блок 26 вычисления приступает к вычислению искомого угла опережения впрыска согласно выражению (2) и с учетом выражения (1). Результат вычиспения искомого угла х поступает на индикатор 20 с ши ны 24 по соответствующему сигналу с шины 25 управления. Цикл определения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания заканчивается. Затем блок 26 вычисления приступает к выработке разблокирующего сигнала Запрос, приводящего элементы устройства в исходное состояние.

35

Эффективность предлагаемого устройства заключается в более точном и равнозначном определении угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Предлагаемое устройство позволяет с большей точностью определять угол опережения впрыска топлива, а также более эффективно использовать свои возможности. Это достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве происходит адаптивное к величине скорости вращения управление частотой заполнения счетчиков со стороны . В следующем цикле работы устройст- блока вычисления и поэтому счетчики

м 2 (-(+iTij j

Затем блок 26 вычисления формирует сигнал Запрос, по которому происходит обнуление всех счетчиков и триггеров устройства. Устройство готово к определению искомого угла опережения q, с учетом коэффициента

- Ч

40

масштабирования К„ согласно формуле

tf,

К Л1о,720 f. N о

(2)

ВО определяет окончательно операнды N и NX с учетом их равнозначной точности определения в счетчиках 12 и 13 соответственно. Работа элементов устройства при этом аналогична описанному ранее масштабирующему цик лу с той лишь разницей, что заполнение импульсами от генератора 23 счетчиков 12 и 13 происходит измененной, точнее оптимальной с точки зре- 55 исключается влияние нестабильности ния их заполнения, частотой при дай- угловой скорости вращения вала от ной частоте вращения вала двигателя. цикла -к циклу.

8

з,

10

ts

20

25

30

В конце рабочего цикла измерения на прямом выходе триггера 16 готовности вырабатывается. сигнал Готов-i ность, который поступает на шину 25 управления блока 26 вычисления, свидетельствуя об окончании форкирова- ния операндов N и N .

Далее блок 26 вычисления осуществи ляет последовательную выборку операндов N и Nj( из счетчиков 12 и 13 через соответствуюш 1е шинные формирователи 21 и 22 на шину 24 данных по соответствующим сигналам управления, поступящим с шины 25 управления. По окончании выборки операндов N и N во внутреннюю память блок 26 вычисления приступает к вычислению искомого угла опережения впрыска согласно выражению (2) и с учетом выражения (1). Результат вычиспения искомого угла х поступает на индикатор 20 с ши ны 24 по соответствующему сигналу с шины 25 управления. Цикл определения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания заканчивается. Затем блок 26 вычисления приступает к выработке разблокирующего сигнала Запрос, приводящего элементы устройства в исходное состояние.

заполняются так, что старший разряд имеет единичное значение, а результат вычисляется с равнодостоверной точностью независимо от скорости вращения вала. Кроме того, эквивалент угла 720 определяется более точно, поскольку он вычисляется на участке БИТ и, который является ве-. личиной постоянной и равной 720 ,

IS г L,rnJ

;

25

liL.

15

.

Y

И 23 20 fc::

i-J (-J

Т 19

-L™:r-.JvЩ

4 1 I n I I ll I

MM...bwH.kw.

Фиг. 1

AS

,LlJ Ul-J-J i

Ф.г..

rt «.M-tAiix litib

Редактор А.Шишкина

Составитель И.Патрахальцев

Техред Н,Бонк.алоКорректор И.Дуска

Заказ 3374/33Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государстветюго комитета СССР

по делам изобретений и открытий 1 13035, Москва, Ж-35 , Ра: пдская наб . , д.А/5

Произиодственно-полиграфическое предгфиятие, г.Ужгород, ул.Проектная,

rt «.M-tAiix litib