Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК G01M15/00 

4, 6 импульсов, датчик 3 верхней мертвой точки, датчик 5 угловых меток, RS-триггер 7, 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- женньш в него. Скорость вращения на искомом угле и практически равна скорости вращения на опорном угле CD, и, следовательно, выполняются соотношения, 03 00, (, «-Р, /tf q,/Nxtr q ,/N,tr : cfx ),

1

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 распшрение 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 i в - сигналы на выходе третьего формирователя импульсов; г - сигналы на выходе второго формирователя импульсов д - сигналы на выходе первого формирователя импульсовJ 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

Cf, (N 2 - 1) 9 , поскольку

Cj, (Nj -1) 9 5 где tp, - величина искомого угла; Cf - величина опорного угла; tj( - время поворота на искомый угол; t, - время поворота на опорный угол, t величина длительности периода тактового генера

тора 9; Njj, N, цифровой эквивалент времени t, t , N, - цифровой

эквивалент опорного угла, б - вели- I

чина известного угла между двумя соседними импульсами с датчика угловых I

меток. Устройство имеет возможность точно-определять искомый угол и на нестационарных режимах работы двига- теляо 2 ил.

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 шинные формирователи, шину 23 управления блока вычисления, шину 24 данных блока вычисления, блок 25 вычисления, блок 26 индикации.

Датчик 1 начала процесса соединен через первьм формирователь 2 импульсов с единичнь1м входом К8-тригге а 7, прямой выход которого подключен к второму входу первого элем.ента И 8, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 10. Выход датчика ВМТ 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 шину 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 D-триггеров 11 и 16 соответственно. Выход второго формирователя 4 импульсов подключен к синхронизирующему входу второго D- триггера 16, прямой выход которого подключён к информационному входу

третьего D-триггера 17, a инверсньи1 к третьему входу первого элемента И 8. Датчик 5 угловых меток через третий формирователь 6 импульсов подключен к синхронизируюии м 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. 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 информационному входу четвертого D-триггера 19, инверсный - к третьему входу третьего элемента И 13. Выход инвертора 18 подключен к синхронизирующему входу четвертого В-триггера 19, инверсный 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 данны блока 25 вычисления. Цепь Запрос шины 23 управления блока 25 вычислени соединена с входами обнуления RS- триггера 7, всех D-триггеров 11, 16, 17 и t9 и всех счетчиков 10, 14 и 15 Цепи управления шинными формирователями 20-22 соединены с соответствующими выходами шины 23 управления блока 25 вычисления.

Элементы устройства имеют следующее назначение.

Датчик 1 начала процесса генерирует электрический сигнал в момент начала впрыска топлива. Датчик 3 ВМТ генерирует электрический сигнал в момент нахождения поршня в ВМТ. Дат

чик 5 угловых меток генерирует элект- 45 К155АГЗ. Шинные формирователи 20-22

рический сигнал через известный угол поворота коленчатого вала двигателя. Формирователи 2, 4 и б 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 системы. Датчик 1 начала процесса, ки сигнала Готовность. Первый эле- например датчик начала впрыска, момент И 8 служит для формирования жет быть выполнен в виде отметчика пачки N импульсов - цифрового эк- о начале впрыска. Датчик 3 ВМТ мо- вивалента искомого угла ср поворота жет быть выполнен в виде СВЧ-отмет

где 9

вала двигателя .(фиг. 2е). Третий элемент И 13 служит для формирования пачки N, импульсов - цифрового эквивалента опорного угла qi поворота вала двигателя (фиг. 2). Второй элемент И 12 служит для формирования пачки N импульсов- цифрового эквивалента опорного угла Cf поворота вала двигателя (фиг. 2ж). Счетчики 10, 14 и 15 служат для формирования и буферизации операндов N, N и N, соответственно. 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

.. -1(N - 1)-9

где 9

величина известного угла между двумя соседними сигналами с датчика 5 угловых меток.

Блок 26-индикации служит для вы- вода результа та вычисления определяемого угласр.

Цифровые элементы: RS-триггёр, 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

могут быть выполнены на базе интегральных шинных формирователей типа -К589АП16. Блок 26 индикации представляет собой типовое устройство выво- 50 да, например на базе устройства печати. Блок 25 вычисления выполнен, например, на базе микроЭВМ (типа Электроника-бОМ) либо на базе любой микропроцессорной вычислительной

5

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 маховика.

Устройство работает следующим образом.

В исходномI состоянии устройство обнуляется либо по жесткой программ

когда блок 25 вычисления вырабатыва

сигнал Запрос, либо внешним сигналом Сброс, Все D-триггеры, счетчики и RS-триггер приходят в исходное (нулевое) состояние. При вращении вла двигателя датчик 1 начала процесса генерирует электрические импульсы в момент начала впрыска (фиг 2г). Датчик 3 ВМТ генерирует электрческие импульсы в момент прихода поршня в БМТ (фиг. 2д), Датчик 5 угловых меток генерирует электрические импульсы через известный угол 9 поворота вала двигателя (фиг. 2в). Сигнал с датчика 1 начала процесса - поступает через первый формировател 2 импульсов на единичный вход RS- триггера 7. RS-триггер 7 устанавливается в 1, и сигнал единичного уровня с его прямого выхода поступает на информационные входы первого 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 уровня, который поступает на третий вход первого элемента И 8, Следовательно, импульсы генератора 9 высокой стабильной частоты начинают поступать на счетный вход первого счечика 10. При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 5 угловых меток через третий формирователь 6 импульсов поступает на синхронизирующие входы первого и третьего D-триггеро 11 и 17 соответственно и на первьй вход второго элемента И 12. Первый D-триггер 11 устанавливается в 1 и сигнал единичного уровня с его njpHMoro выхода поступает на вторые входы второго и третьего элементов И 12 и 13 соответственно. Так как в

формирователь 6

исходном состоянии на инверсном выходе третьего D-триггера 17 присутствует сигнал единичного уровня, который поступает на третий вход третьего элемента И 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

импульсов и второй

5

0

элемент И 12 начинают поступать На счетный вход третьего счетчика 15. При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 3 ВМТ через второй форми0 рователь 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 Ny - цифровой . эквивалент времени поворота вала дви5 гателя на искомый угол q) (фиг. 2е) . При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 5 угловых меток поступает через третий формирователь 6 на синхронизирующий вход третьего D- триггера 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 счетньй вход второго счетчи са 14. Таким образом, во втором счетчике 14 формируется операнд N, - цифровой эквивалент времени поворота вала двигателя на угол от момента поступления первого им пульса с датчика 5 угловых меток после срабатывания датчика 1 начала процесса до момента поступления первого импульса, с датчика 5 угловых меток

0

5

0

после срабатывания датчика 3 ВМТ (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 D-триггера 19, который устанавливается в единичное состояние по заднему фронту сигнала., Сигнал единичного уровня с прямого выхода четвертого р-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 поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после срабатывания-, датчика 1 начала процесса до мо мента поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после сраба- тьшания датчика 3 ВМТ (фиг. 2ж). С приходом сигнала Готовность блок 25 вычисления осуществляет последовательную выборку операндов N, N,, N из счетчиков 10, 14 и 15 соответственно через соответствующие шинные формирователи 20, 21 и 22 на шину 24 данных по соответствующим сигнала управления, поступающим с шины 23 управления. По окончании выборки one рандов N, N,, N2 во внутреннюю память блок 25 вычисления приступает к вычислению искомого угла ( . Искомый угол Ц) определяется в блоке 25 вычисления по формуле

4. N,-1

N

(N, - о-е

По окончании вычисления угла Ц . 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. 26), по которому элементы устройства приходят в исходное состояние, а само устройство готово к следующему циклу измерения, обеспечивая непрерывное измерение

10

69258

искомого угла в реальном масштабе времени.

Эффективность предлагаемого устройства заключается в более точном определении искомого угла, а также в возможности определения данного угла на нестационарных режимах работы двигателя. В прототипе искомый угол определяется как отношение временного эквивалента N искомого угла к временному эквиваленту N.двух пол ных оборотов вала двигателя, умножен

ное на величину угла двух полных оборотов вала - 720 . Данное соотношение основано на равенстве скоростей вращения на двух полных оборотах вала (720°-со) |, -СО,:

и на определяемом угле

20

L

N,

25

Однако из-за неравномерности скорости вращения вала внутри одного цикла данное отношение является неточным, на. угле

ле q различные. В предлагаемом устройстве в качестве опорного угла

поскольку скорости вращения 720 и на определяемом угвзят не угол 720

J а угол максималь

но близкий к искомому углу и максимально вложенный в него (фиг.2с,ж) (максимальная разность этих углов может достигать лишь величины 20 ). Поэтому скорость вращения на искомом угле - со,( практически равна скорости вращения на опорном угле - G3, и, следовательно, выполняются соотношения

,

J . t.

.,iLL.

N.

N«

, ---c, N,.

N

(N2 - i)-s ,

поскольку (, (N5, - 1) б (фиг, 2ж),

где а - скорость вращенияна искомом угле

СО, - скорость вращенияна апор-

ном угле;

СРх величина искомогоугла;

ср, - величина опорногоугла;

t - время поворота наискомый угол;

tj - время поворота на опорный угол 5

величина длительности периода тактового генератора 9 цифровой эквивалент времени t

t

К„ N. .0- в X

цифровой эквивалент времени t ,,

цифровой эквивалент угла 720°,

величина известного угла между двумя соседними импульсами с датчика угловых меток,

Кроме того, ввиду того, что скорость вращения вала на нестационарных реясимах 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 впрыска5 а вместо датчика БМТ 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 так

скорость вращения на

изобретени я

Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее датчик начала процесса, датчик верхней мертвой точки, первый и второй формирователи импульсов, КЗ-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 эл мента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выход датчика верхней, мертвой точки

5

0

5

0

0

5

подключен к входу второго формирователя импульсов, выход генератора импульсов подключен к первым входам первого и третьего элементов И, выход 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 входу блока индикации, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены датчик угловых меток, третий формирователь импульсов, первый, второй, третий и четвертый D-триггеры, инвертор, третий счётчик, первый, второй и третий шинные формирователи, причем прямой выход RS-триггера подключен к информационным входам первого и второго D- триггеров, выход второго формирователя импульсов подключен к синхронизирующему входу второго D-триггера, прямой выход которого подключен к информационному входу третьего D- триггера, а инверсный - к третьему входу первого элемента И, датчик угловых меток через третий формирователь импульсов подключен к синхронизирующим входам первого и третьего D-триггеров и первому входу второго элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего . счетчика и входу инвертора, прямой

-5 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 инверсный - к третьему входу третьего элемента И, выход инвертора подключен к синхронизирующему входу четвертого D-триггера, инверсный выкод которого подключен к третьему входу isTOporo элемента И, а прямой - к шине управления блока вычисления, информационные выходы первого, второго и третьего счетчиков подключены через первый, второй и третий шинные

формирователи к шине данных блока вычисления соответственно, цепь Запрос шины управления блока вычисления соединена с входами обнуления RS-триггера, всех D-триггеров и всех счетчиков, а цепи управления шинными формирователями соединены с соответствующими выходами шины управления блока вычисления.

UUL

NX

N2

|. .

Составитель Н.Патрахальцев Редактор Е.Копча Техред Я.Сердюкрва Корректор А.Тяско

Заказ 7704/41 Тираж 776Подписное

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

фи. 2

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