Измеритель углового положения валадВигАТЕля ВНуТРЕННЕгО СгОРАНия Советский патент 1981 года по МПК G01M15/00 

1

Изобретение относится к измерителям углового положения вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС), предназначенного для получения информации об угле поворота и скорости вращения вала в виде электрических импульсов.

Известны измерители углового положения вала двигателя внутреннего сгорания, содержащие зубчатый диск, датчик, формирователь угловых импульсов и первый выход, связанные последовательно, причем диск жестко связан с валом двигателя 1.

В таких измерителях при работе имеет место существенная задержка импульса начала отсчета относительно угловых импульсов при больших скоростях вращения из-за индуктивного характера выходного сопротивления датчиков, что приводит к дополнительной ощибке в определении углового положения вала ДВС.

Известный измерители углового положения вала двигателя внутреннего сгорания, содержащие зубчатый диск, датчик, фюрмирователь угловых импульсов и первый выход, связанные последовательно, а также диск с зубом начала отсчета, датчик и формирователь импульсов начала отсчета, соединенные последовательно, и второй выход, причем оба диска жестко связаны с валом двигателя 2.

Недостатком этих измерителей является существенная задержка (несинфазность) импульса начала отсчета относительно угловых импульсов при больщих скоростях вращения вала ДВС, что приводит к увеличению погрещности определения углового положения вала и нарушению необходимого совпадения угловых импульсов и импульсов начала отсчета.

Целью настоящего изобретения является уменьшение погрешности измерения углового положения вала путем снижения несинфазности угловых импульсов и импульсов начала отсчета при больших скоростях врашения вала.

Цель достигается тем, что измеритель снабжен схемой задержки, содержащей первый и второй входы, причем, первый соединен с выходом формирователя угловых импу.льсов параллельно первому выходу, а второй включен между выходом формирователя импульсов начала отсчета и вторым выходом измерителя. Измеритель содержит тактируемый Д-триггер, первое и второе дифференцирующие устройства и схемы И, НЕ и ИЛИ, причем, информационный вход триггера непосредственно, вход установки нуля - через первое дифференцирующее устройство, один из входов схемы И - через схему НЕ подключены параллельно к первому входу схемы задержки, синхронизирующий вход триггера и другой вход схемы И подключены параллельно ко второму входу схемы задержки, выход триггера - через второе дифференцирующее устройство связан с одним входом схемы ИЛИ, выход которой объединен со вторым выходом измерителя, другой вход соединен с выходом схемы И, а вход установки единицы триггера объединен с выводом нулевого потенциала. В варианте исполнения измеритель содержит тактируемый Д-триггер, первое и второе дифференцирующие устройства и схемы И, НЕ и ИЛИ, причем вход установки нуля триггера через первое дифференцирующее устройство и схему НЕ подключен к первому входу схемы задержки, с которым через схему И связана одним из входов схема ИЛИ, выход которой объединен со вторым выходом измерителя, другой вход через второе дифференцирующее устройство соединен с выходом триггера, при этом информационный вход триггера подключен к выходу схемы НЕ, синхронизирующий вход параллельно с другим входом И связан со вторым входом схемы задержки, вход установки нуля объединен с выводом нулевого потенциала. На фиг. 1 дан пример первого варианта исполнения измерителя углового положения вала ДВС; на фиг. 2 представлены угловые эпюры, поясняющие принцип действия; на фиг. 3 - второй вариант исполнения измерителя. Эквивалентная схема индукционного датчика может быть представлена в виде последовательного соединения идеального источника ЭДС, индуктивности L датчика и входного сопротивления R формирователя (выходная емкость, внутреннее омическое сопротивление датчика и входная емкость формирователя не уч и ываются в силу относительной малости их значений).Для датчика угловых импульсов форма .ЭДС - квазисинусоидальная, для датчика импульсов начала отсчета - импульсная, двухполярная. В первом случае фазовый сдвиг между ЭДС и напряжением на сопротивлении R определяется как и„ arctg4 ii-S где п - скорость вращения диска; Z-число зубьев венца диска. Для импульсов начала отсчета временная задержка определяется по формуле для интегрирующей LR-цепи задержка THO. приведенная к фазовому сдвиryUrto частоте 2 цпг, имеет вид Ц,о блпгДля п О но всегда больще 7,, , причем при увеличении значения п разность ди 17цд - и, увеличивается и при больших значениях п абсолютное значение AV становится соизмеримо с приведенным расстоянием между двумя соседними зубьями венца, т. е. .iL-,,,, кTN Порядковый номер угловых импульсов, соответственно угловое положение вала в электронной системе зажигания определяется по взаимному расположению угловых импульсов и импульса начала отсчета, при этом также необходимо выполнение определенных условий по совпадению этих импульсов. Так например, первым по нумерации считается тот угловой импульс, который совпадает с импульсом начала отсчета, или, например угловой импульс обозначается номером один, если он следует первым после прохождения импульса начала отсчета, но при этом импульс начала отсчета должен быть в паузе между угловыми импульсами номер Z и номер один. Следовательно, существенное изменение взаимного расположения информационных импульсов, их несинфазность, при изменении скорости вращения вала ДВС приводит к нарущению необходимой логической последовательности этих импульсов. Если при обработке информации используются удвоенные угловые импульсы, то указанная несинфазность приводит к ощибке в определении номера удвоенного углового импульса, т. е. к увеличению погрещности измерения. Компенсация возникающей несинфазности путем изменения значений Z, R и L или создания противоположного начального смещения импульса начала отсчета приводит к нежелательным последствиям. Так уменьщение числа зубьев Z приводит к пропорциональному увеличению погрещности воспроизведения заданных характеристик системой зажигания, уменьщение L - к уменьщению диапазона рабочих оборотов системы зажигания, увеличение R - к уменьщению помехоустойчивости, а создание начального смещения - к значительному ужесточению требований на точность изготовления и установку датчиков, что трудно осуществить в условиях крупносерийного производства. Измерительно углового положения вала ДВС состоит из зубчатого диска 1 и диска 2 с зубом начала отсчета, жестко связанных с валом ДВС, датчика 3 угловых импульсов, работающего совместно с зубчатым диском 1, датчика 4 импульсов начала отсчета, работающего совместно с диском 2, формирователя 5 угловых импульсов, нормирующего импульсы с датчика 3, формирователя 6 импульсов начала отсчета, нормирующего импульсы с датчика 4 и схемы 7 задержки, имеющей два входа. На первый вход (Bxi) (фиг. 1, 3) схемы 7 задержки подаются угловые импульсы с формирователя 5, на второй вал (B;tj} - импульсы начала отсчета с формирователя 6. Измеритель имеет два выхода, с которых информация поступает далее в систему зажигания: первый выход (&bixi), с которого поступают угловые импульсы, и второй выход Выхг, ), с которого поступают импульсы начала отсчета. Схема 7 задержки состоит из тактируемого Д-триггера 8, первого дифференцирующего устройства 9, второго дифференцирующего устройства 10, двухвходовой схемы ИЛИ 11, двухвходовой схемы И 12 и схемы НЕ 13. В первом варианте исполнения схемы 7 задержки (фиг. 1) импульсы с формирователя 5 подаются на информационный вход (вход триггера 8, на один из входов схемы НЕ 13 и через дифференцирующее устройство 9 - на вход установки нуля (вход R) триггера 8; импульсы с формирователя 6 поступают на вход синхронизации (вход С) триггера 8 и на второй вход схемы И 12, при этом на один из входов схемы ИЛИ 11 сигналы поступают с выхода схемы И 12, а на другой вход - через дифференцирующее устройство 10 с выхода триггера 8, а вход установки единицы (вход S) триггера 8 заземлен. Импульсы, поступающие с выхода схемы ИЛИ 11, являются выходными импульсами схемы 7 задержки. Во втором варианте исполнения схемы 7 задержки (фиг. 3) импульсы с формирователя 5 угловых импульсов подаются на вход R триггера 8 через схему НЕ 13 и дифференцирующее устройство 9, при этом один из входов схемы И 12 непосредственно соединен с выходом формирователя 5.

При малых скоростях вращения дисков 1 и 2 (Птьп.) на выходе триггера 8 формируются импульсы Ит(фиг. 2) передний фронт которых определяется моментом появления импульса начала отсчета на входе С триггера 8, а задний - моментом прихода на вход R триггера 8 очередного импульса Uj с выхода дифференцирующего устройства 9; импульсы Uj), формируются по заднему фронту угловых импульсов Uy4, поступающих с выхода формирователя 5 и обычно имеющих вид меандра. На выходе второго дифференцирующего устройства 10 формируются импульсы из)г J соответствующие заднему фронту импульсов Um, . Импульсы через схему ИЛИ 11 проходят на выход схемы 7 задержки и являются выходными импульсами начала отсчета UHOJ измерителя углового положения вала ДВС. Импульсы Сноз по отнощению к заднему фронту угловых импульсов Uyi, имеют незначительную задержку ДУз (фиг. 2), определяемую инерционностью триггера 8 и схемы ИЛИ 11, т. е. совпадения импульсов УНОЗ и Uy, не происходит: по отнощению к значениям несинфазности fy, и uY задержка А Pj может быть приравнена ну лю. На другом входе схемы ИЛИ 11 сигналы Uc отсутствуют, так как на входы схемы И 12 аоступают не совпадающие по времени импульсы UHO и угловые импульсы инвертированные схемой НЕ 13 . При ц больших скоростях вращения дисков 1 и 2 (п-так.) возникает задержка импульса UMO относительно импульсов и импульс LJ на выходе триггера 8 отсутствует, так как в момент прихода на вход с триггера 8 импульса UHO, на входе Р триггера 8 сигнал 5 отсутствует. В этом случае происходит совпадеш1е инвертированных угловых импульсов Uytf и импульса начала отсчета Оно на входах схемы И 12, на выходе схемы И 12 вырабатываются импульсы Uc , последние через схемы ИЛИ 11 проходят на выход схемы 7 задержки и являются выходными импульсами начала отсчета UHOA измерителя углового положения вала ДВС. Таким образом, при несинфазности импульсов начала отсчета UHO и угловых импульсов Uy, 5 менее периода следования угловых импульсов вдцИ расположении импульса UHO в интервале, ограниченном передними фронтами соседних угловых импульсов для всего диапазона скоростей вращения дисков 1 и 2, что достигается выбором параметров датчиков 3 и 4, формирователей 5 и 6 и начальной установкой зуба начала отсчета на диске 2, первый вариант исполнения измерителя обеспечивает расположение выходного импульса начала отсчета UHOI в проJ межутке между соседними угловыми импульсами, при этом несинфазность угловых импульсов UYV и импульса не превышает 9,/2, в,,/2.

Второй вариант исполнения измерителя ц (фиг. 3) обеспечивает совпадение выходного импульса начала отсчета UHOIC соответствующим угловым импульсом, в этом случае для п, импульс UHO расположен в промежутке между угловыми импульсами, что достигается соответствующей установкой 5 зуба начала отсчета на диске 2. При малых скоростях вращения дисков 1 и 2, как и в первом варианте исполнения измерителя, выходной импульс начала отсчета и Ива формируется с помощью триггера 8, дифференцирующих устройств 9 и 10 и схемы ИЛИ И,причем на вход D триггера 8 и вход первого дифференцирующего устройства поступают инвертированные угловые импульсы, которые соответствуют импульсам (фиг. 2. При Птак сигнал на выходе триггера 8 отсутствует, происходит совпадение импульсов UMO и угловых импульсов, поступающих с выхода формирователя 5 (соответствуют импульсам U,, (фиг. 2), на выходе схемы И формируются

импульсы Uc , последние через схему ИЛИ 11 проходят на выход схемы 7 задержки. Сравнение эпюр сигналов Uvtt, UHOS и удвоенных угловых импульсов . для и показывает, что введение схемы 7 задержки в измеритель позволяет сохранить однозначность определения номера импульсов , так, если принять за начало отсчета импульс , первый импульс А (фиг. 2) сохраняет свой номер лишь для fitnex f tnl-H первым за импульсом UHO будет следовать угловой импульс Б. Предложенные варианты исполнения схемы 7 задержки не ограничивают причин возникновения и знака несинфазности, при абсолютном значении несинфазности угловых импульсов и импульсов на выходе формирователя импульсов начала отсчета не превышающей период следования угловых импульсов несинфазность сигналов на выходе предложенного измерителя не превышает половины значения 9 у.

Таким образом, предложенный измеритель углового положения вала позволяет уменьшить несинфазность угловых импульсов и импульсов начала отсчета, возникающую на больщих скоростях вращения, соответственно уменьщить погрещность измерения углового положения вала за счет обеспечения необходимого совпадения угловых импульсов и импульсов начала отсчета в обычных электронных системах зажигания, впрыска топлива, а за счет обеспечения однозначности определения номера углового импульса в указанных системах с удвоением угловых импульсов, все это позволяет увеличить стабильность и точность воспроизведения оптимальных экономичных, либо антитоксичных характеристик ДВС системой зажигания, впрыска топлива, т. е. повысить топливную экономичность ДВС, снизить его токсичность.

Испытания макетных образцов измерителя углового положения вала двигателя в составе цифровой системы зажигания для ДВС автомобиля ВАЗ-2108 показали, что введение схемы задержки уменьшило погрещность измерения углового положения вала ДВС почти в 2 раза.

Формула изобретения

. Измеритель углового положения вала двигателя внутреннего сгорания, содержащий два зубчатых диска, один из которых соединен с датчиком, формирователем угловых импульсов и первым выходом, а другой - с датчиком, формирователем импульсов начала отсчета и вторым выходом, причем оба диска жестко связаны с валом двигателя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения углового положения вала путем снижения несинфазности угловых импульсов и импульсов начала отсчета при больших скоростях вращения вала, измеритель дополнительно снабжен схемой задержки, которая имеет тактируемый Д-триггер, первое и второе дифференцирующее устройства, схемы И, НЕ и ИЛИ и первый и второй входы, причем первый вход соединен с выходом формирователя угловых импульсов параллельно первому выходу, а второй вход включен между выходом формирователя импульсов начала отсчета и вторым выходом измерителя.

2.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что к первому входу схемы задержки

параллельно подключены информационный вход триггера, вход установки нуля - через первое дифференцирующее устройство, и через схему НЕ - один из входов схемы И, при этом синхронизирующий вход триггера и другой вход схемы И подключены па раллельно к другому входу схемы задержки, выход триггера через второе дифференцирующее устройство соединен с одним из входов схемы ИЛИ, выход которой объединен со вторым выходом измерителя, а другой

J, вход - с выходом схемы И, и вход установки единицы триггера соединен с выводом нулевого потенциала.

3.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что вход установки нуля триггера через первое дифференцирующее устройство

5 и схему НЕ подключен к первому входу схемы задержки, с которым через схему И связана одним из входов схема ИЛИ, выход которой объединен со вторым выходом измерителя, другой вход через второе дифференцирующее устройство соединен с выходом триггера, причем информационный вход триггера подключен к выходу схемы НЕ, синхронизирующий вход параллельно с другим входом схемы И связан со вторым входом схемы задержки, а вход установки

5 нуля триггера объединен с выводом нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Натент ФРГ № 2010999, кл. 46 к 3/00, 1971.

2.Патент США № 3923022, кл. 123-117, 1975.

дых.