Устройство для измерения угла опережения впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 12 Е 02 М 65(ОО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНСМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержашее датчик верхней мертвой точки поршня и датчик впрыска топлива, первый и второй формирователи, первый триггер, генератор импульсов, первый и второй элементы И, первый и второй счетчики, блок вычисления, индикатор, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, причем датчик верхней мертвой точки поршня соединен с вторым входом первого триггера через первый формирователь, датчик впрыска топлива соединен через второй формирователь с первым входом первого триггера, прямой выход последнего соединен с вторым входом первого элемента И, генератор импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, первый вход индикатора подключен к шине данных блока вычисления, второй вход индикатора соединен с шиной управления блока вычисления, выход второго элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения путем измерения угла опережения впрыска на нестационарных режимах работы двигателя, в устройство введены датчик элементарных угловых пере. мещений, третий формирователь, второй, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, седьмой и восьмой элементы И, третий, четвертый и пятый счетчики и шинные формирователи, причем датчик элементарных угловых перемещений соединен через третий формирователь с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов И и с сицхроцизируюшнми входами четвертого, пятого и шестого триггеров, выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента И и с информационным входом четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, выход первого счетчика соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход второго формирователя соединен с первым входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с информационными входами второго и шестого триггеров, а инверс- д ный выход - с вторым входом третьего элемента И, выход последнего соединен с /р входом обнуления третьего счетчика, выход ЪУФ первого формирователя соединен с синхронизирующим входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом седьмого элемента И, вторым входом восьмого элемента И и с информационным входом пятого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом восьмого ф элемента И, а инверсный выход - с вторыми входами шестого и седьмого элемен.тов И, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входОм второго элемента И ц вторым входом четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соединен с ьф 3 в входом обнуления четвертого счетчика, выход второго счетчика соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, генератор импульсов соединен с первыми входами пятого, шестого и седьмого элементов И, инверсный выход шестого триггера соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого соединен через шинный фор.мирователь с шиной данных блока вычисления, выход шестого элемента И соединен со счетным входом четвертого счетчика, выход1211440 которого соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход седьмого элемента И соединен со счетным входом пятого счетчика, выход которого соединен через шинный формирователь с шиной данных блока вычисления, выход восьмого элемента И соединен Изобретение относится к средствам диагностики двигателей с впрыском топлива, преимущественно дизелей.Целью изобретения является повышение точности измерения устройства и расширение его области применения путем измерения угла опережения впрыска на нестационарных режимах работы двигате. ля.На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - временная диаграмма синхронизации элементов устройства и процесса вычисления, где а - работа генератора импульсов; б - сигналы с выхода третьего формирователя; в - сигналы с выхода второго формирователя; г - сигналы с выхода первого формирователя; д - сигналы на входе первого счетчика; е - сигналы на входе пятого счетчика; ж - сигналы на входе второго счетчика; з - сигналы с выхода третьего элемента И; и - сигналы на входе третьего счетчика; к - сигналы с выхода четвертого элемента И; л - сигналы на входе четвертого счетчика; м - сигналы с выхода восьмого элемента И Готовность (ГОТ); н - сигнал Запрос (ЗПР); о - угол поворота коленчатого вала.Устройство содержит датчик 1 верхней мертвой точки (ВМТ), первый формирователь 2, первый триггер 3, второй формирователь 4, датчик 5 впрыска, первый элемент И 6, генератор 7 импульсов, второй элемент И 8, первый 9 и второй 1 О счетчики, второй 11 и третий 12 триггеры, датчик 13 элементарных угловых перемещений (ЭУП), третий формирователь 14, четвертый триггер 15, третий элемент И 16, четвертый элемент И 17, пятый 18 и шестой 19 триггеры, пятый 20 и шестой 21 элементы И, седьмой 22 и восьмой 23 элементы И, третий 24, четвертый 25 и пятый 26 счетчики, блок 27 вычисления, индикатор 28, шинные формирователи 29 - 29 ь, шину 30 данных и шину 31 управления.Датчик 1 ВМТ соединен через первый формирователь 2 с вторым входом первого триггера 3 и с синхронизирующим входом второго триггера 11. Датчик 5 впрыска соединен через второй формирователь 4 с 5 о 5 20 25 30 35 40 с шиной управления блока вычисления, цепь Запрос шины управления соединена с входами установки в нулевое состояние всех триггеров и счетчиков, а цепи управления шинными формирователями соединены с соответствующими выходами шины управления блока вычисления. первыми входами первого 3 и третьего 12 триггеров, Прямой выход первого триггера 3 соединен с вторыми входами первого 6 и второго 8 элементов И и с информационным входом четвертого триггера 5. Генератор 7 импульсов соединен с первыми входами первого 6, пятого 20, шестого 21 и седьмого 22 элементов И. Выход первого элемента И 6 соединен со счетным входом первого счетчика 9. Первый вход индикатора 28 подключен к шине 30 данных блока 27 вычисления, а его второй вход к шине 31 управления блока 27 вычисления. Выход второго элемента И 8 соединен со счетным входом второго счетчика 10. Датчик 13 элементарных угловых перемещений соединен через третий формирователь 4 с первыми входами второго 8, третьего 16 и четвертого 17 элементов И и с синхронизирующими входами четвертого 15, пятого 18 и шестого 19 триггеров. Инверсный выход четвертого триггера 15 соединен с третьим входом первого элемента И 6, Выход первого счетчика 9 соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Прямой выход третьего триггера 12 соединен с информационными входами шестого 19 и второго 11 триггеров, а инверсный выход - с вторым входом третьего элемента И 16. Выход третьего элемента И 16 соединен с входом обнуления третьего счетчика 24. Прямой выход второго триггера 11 соединен с третьим входом седьмого 22 и вторым входом восьмого 23 элементов И с информационным входом пятого триггера 18. Прямой выход пятого триггера 18 соединен с первым входом восьмого элемента И 23, а инверсный выход - с вторыми входами шестого 21 и седьмого 22 элементов И. Инверсный выход второго триггера 11 соединен с третьим входом второго 8 и вторым входом четвертого 17 элементов И. Выход второго счетчика 10 соединен через шинный формирователь 29,с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Инверсный выход шестого триггера 19 соединен с вторым входом пятого элемента И 20, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика 24. Выход11440 р.=1+М, -- ,Х,г М 51 О 123третьего счетчика 24 соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Выход шестого элемента И 21 соединен со счетным входом четвертого счетчика 25, выход которого соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления, Выход седьмого элемента И 22 соединен со счетным входом пятого счетчик 26, выход которого соединен через шинный формирователь 29 с шиной 30 данных блока 27 вычисления. Выход восьмого элемента И 23 соединен с шиной управления блока 27 вычисления. Цепь Запрос шины 31 управления соединена с входами установки в нулевое состояние всех триггеров и счетчиков. Цепи управления шинными формирователями 29 в 2 соединены с соответствующими выходами шины 31 управления блока 27 вычисления. Датчик 1 ВМТ генерирует электрический сигнал о нахождении поршня двигателя в верхней мертвой точке. Датчик 5 впрыска генерирует электрический сигнал в момент подачи (впрыска) топлива. Датчик 13 элементарных угловых перемещений генерирует электрический сигнал через известное элементарное угловое перемещение коленчатого вала двигателя. Формирователи 2, 4 и 14 нормируют сигналы от датчиков 1, 5 и 13 по амплитудеи фронтам соответственно. Триггеры 11, 12, 3, 15, 18 и 19 служат для задания временных интервалов, заполняемых импульсами от генератора 7 импульсов стабильной частоты, а также импульсов от датчика 13 ЭУП. Г 1 ервый элемент И 6 служит для формирования пачки Я 4 импульсов (операнда) - цифровой эквивалент углами поворота вала двигателя. Второй элемент И 8 служит для формирования пачки М импульсов - цифровой эквивалент углаповорота вала двигателя. Пятый элемент И 20 служит для формирования пачки Я импульсов - цифровой эквивалент угла р 4 поворота вала двигателя. Шестой элемент И 21 служит для формирования пачки Я импульсов - цифровой эквивалент углаповорота вала двигателя. Седьмой элемент И 22 служит для формирования пачки Мь импульсов - цифровой эквивалент угла рь поворота вала двигателя. Счетчики 9, 10, 24, 25 и 26 служат для формирования и буферизации операндов Х,М, Мз и М соответственно. Третий 16 и четвертый 17 элементы И служат для формирования сигналов обнуления третьего 24 и четвертого 25 счетчиков соответственно. Восьмой элемент И 23 служит для выработки сигнала Готовность, который является признаком окончания формирования операндов и начала процесса вычисления искомого угла в блоке 27 вычисления согласно алгоритму 15 20 25 зо 35 4 О 45 50 55 Шинные формирователи 29 - 29 ь служат для буферизации данных от внешних устройств (счетчиков) при работе на общую двунаправленную шину 30 данных. Двунаправленная шина 31 управления служит для связи сигналами управления блока 27 вычисления с внешними устройствами Индикатор 28 служит для вывода результата вычисления определяемого угла . Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии устройство обнуляется по жесткой программе, когда блок 27 вычисления вырабатывает сигнал Запрос, либо внешним сигналом Сброс. Все счетчики и триггеры устройства приходят в исходное (нулевое) состояние. При вращении вала двигателя датчик 1 ВМТ генерирует электрические импульсы в моменты нахождения поршня в ВМТ - один за полный оборот вала. Датчик 5 впрыска генерирует электрические импульсы в моменты начала подачи (впрыска) топлива в цилиндр двигателя (например, один за два полных оборота вала для четырехтактного двигателя). Датчик 13 элементарных угловых перемещений генерирует электрические импульсы через известный угол поворота 1 вала двигателя. Сигнал с датчика 5 впрыска в момент начала подачи топлива в цилиндр поступает через формирователь 4 на первые входы первого 3 и третьего 12 триггеров (фиг. 2,в), которые устанавливаются в единичное состояние. Сигнал единичного уровня с прямого выхода первого триггера 3 поступает на информационный вход четвертого триггера 15 и разблокирует по второму входу первый элемент И 6. Поскольку четвертый триггер 15 в исходном состоянии обнулен; то на третий вход первого элемента И 6 поступает единичный потенциал с инверсного выхода четвертого триггера 15. Импульсы с генератора 7 импульсов поступают по первому входу первого элемента И 6 и с выхода последнего на счетный вход первого счетчика 9 до тех пор, пока не сработает датчик 13 ЭУП и на выходе формирователя 14 не появится сигнал, по которому четвертый триггер 15 не установится в единичное состояние. Сигналом нулевого потенциала с инверсного выхода триггера 15 блокируется поступление импульсов на счетный вход первого счетчика 9 через первый элемент И 6. Таким образом, на выходе элемента И 6 формируется пачка импульсов М. - цифровой эквивалент поворота вала двигателя на угол У, (фиг. 2 д, о), а подсчет их количества осуществляется первым счетчиком 9.Поскольку шестой триггер 19 обпулеп в исходном состоянии, то с его инверсного выхода на второй вход пятого элсмен 12114405та И 20 поступает разрешающий единичный потенциал. Импульсы с генератора 7 постоянно поступают на первый вход пятого элемента И 20 и далее на счетный вход третьего счетчика 24. В момент же срабатывания датчика 13 ЭУГ 1 через угол поворота вала двигателя 1 сигнал с выхода датчика 13 ЭУП через формирователь 14 поступает на первый вход третьего элемента И 16, на втором входе которого в исходном состоянии присутствует единичный О потенциал с инверсного выхода третьего триггера 12. Таким образом, каждый раз при срабатывании датчика 13 ЭУП с выхода третьего элемента И 16 на вход обнуления третьего счетчика 24 поступает сигнал сброса (фиг. 2,з) до тех пор, пока не поступит сигнал о начале впрыска, 11 ри этом срабатывает датчик 5 впрыска, и сигнал с него поступает далее ерез формирователь 4 на первые входы первого 3 и третьего 2 триггеров, которые устанавливаются в единичное состояние. С инверсного выхода третьего триггера 12 на второй вход третьего элемента И 16 поступает нулевой потенциал, блокируя дальнейший сброс третьего счетчика 24 по следующему импульсу с датчика 13 ЗУП. Таким образом, на счетный 25 вход третьего счетчика 24 поступает пачка М 2 импульсов - цифровой экивалент поворота вала двигателя на угол р (фиг. 2 и,о). Поскольку сброс счетчика 24 заблокирован, то на его выходе выставляется код операнда, который используется для вычисле- фо ния искомого углаПосле срабатывания первого триггера 3 с прямого выхода последнего единичный потенциал разблокирует второй элемент И 8, и импульсы с датчика 13 ЭУП через формирователь 14 поступают по первому входу второго элемента И 8. Поскольку второй триггер 11 обнулен в исходном состоянии, то с его инверсного выхода поступает единичный потенциал на третий вход второго элемента И 8, на выходе которого появляется пачка импульсов М - цифровой эквивалент поворота коленчатого вала на угол 2 (фиг. 2,ж), причем при срабатывании датчика 1 ВМТ второй триггер 11 сигналом с выхода формирователя 2 по своему синхровходу устанавливается в единичное состояние, и нулевой 45 потенциал с его инверсного выхода блокирует по третьему входу второго элемента И 8 поступление на счетыный вход второго счетчика 10 импульсов с выхода третьего формирователя 14.Формирование операнда Хз происходит следующим образом.Г 1 осле срабатывания датчика 1 ВМТ и установки второго триггера 11 в единичное состояние с прямого выхода последнего на второй вход восьмого 23 и на третий вход седьмого 22 элементов И и информационный вход пятого триггера 18 поступает единичный потенциал. Поскольку с инверсного выхода пятого триггера 18 в исходном состоянии поступает на второй вход седьмого элемента И 22 единичный потенциал, то импульсы с выхода генератора 7 импульсов поступают через седьмой элемент И 22 на счетный вход пятого счетчика 26 При поступлении с выхода датчика 13,ЭУП через формирователь 14 импульса, следующего после срабатывания датчика 1 ВМТ, по синхровходу пятый триггер 18 устанавливается в единичное состояние, Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 18 блокирует по второму входу седьмого элемента И 22 поступление на счетный вход пятого счетчика 26 импульсов с генератора 7. Таким образом, в счетчике 26 формируется операнд М 5 - цифровой эквивалент угла поворота вала на угол 5.Формирование операнда Мз происходит аналогично формированию операнда В исходном состоянии пятый триггер 18 обнулен, и с его инверсного выхода на второй вход шестого элемента И 21 поступает единичный потенциал. На счетный вход четвертого счетчика 25 постоянно поступают через шестой элемент И 21 импульсы с генератора 7 импульсов (фиг. 2,л). До поступления сигнала от датчика 1 ВМТ второй триггер 11 обнулен, и с его инверсного выхода на второй вход четвертого элемента И 1 поступает единичный потенциал. По каждому сигналу с датчика 13 ЗУП через формирователь 14 срабатывает четвертый элемент И 17, сигналом с выхода которого происходит обнуление четвертого счетчика 25 (фиг, 2,к).При срабатывании датчика 1 ВМТ второй триггер 11 устанавливается в единичное состояние, и нулевым потенциалом с его инверсного выхода блокируются последующие импульсы обнуления счетчика 25 по второму входу четвертого элемента И 17 от датчика 13 ЭУП. При поступлении с датчика 13 ЭУП последующего импульса после ВМТ пятый триггер 18 устанавливается импульсом по его синхровходу в единичное состояние. Сигнал с инверсного выхода триггера 18 блокирует на втором входе шестого элемента И 21 поступление импульсов с генератора 7 импульсов на счетный вход четвертого счетчика 25, и формирование пачки мз импульсов заканчивается. Таким образом, в четвертом счетчике 25 формируется операнд Хз - цифровой эквивалент поворота вала двигателя на угол , При установке пятого триггера 18 в единичное состояние и при ранее установленном в единичное состояние после срабатывания датчика 1 ВМТ второго триггера 11 на первом и втором входах восьмого элемента И 23 появляются разрешающие потенциалы. На выходе восьмого элемента И 23 выставляется сигнал Готовность, свидетельствую щий об окончании формирования операн1211440 Чг= (Х - 1). 1 - 114 1Ид 145 7дов В - Х (фиг. 2,м). По этому сигналу блок 27 вычисления осуществляет последовательную выборку операндов из счетчиков 9, 1 О, 24, 25 и 26 через соответствующие шинные формирователи 29 - 29 на шину 30 данных по соответствующим5 сигналам управления, поступающим с шины 31 управления от блока 27 вычисления. По окончании выборки операндов Х - Ив во внутреннюю память блок 27 вычисления приступает к вычислению искомого угла у,10 Угол опережения начала впрыска топлива Ух определяется в блоке 27 вычисления согласно формулефх=(+фг+ ф 3=1 у + 1 Ч4 81 - величина угла элементарного углового перемещения.Угол гг определяется напрямую путем подсчета срабатываний датчика ЭУП за соответствующий интервал времени Уголопределяется по формул т. е. путем сравнения цифровых эквивалентов времени измеряемого угла р и известного угла 1, причем угол гр полностью принадлежит 1.где рх - измеряемый угол;р - угол поворота вала двигателя отмомента начала впрыска до первогоимпульса с датчика 13 ЭУП;г - то же, от первого импульса с дат Очика 13 ЭУП после начала впрыскадо последнего импульса с этого датчика, принадлежацего измеряемому углу;р - то же, от последнего импульса сдатчика 13 ЭУП, принадлежащего 25измеряемому углу, до импульса сдатчика ВМТ;4 - то же, между двумя соседнимиимпульсами с датчика 13 ЭУП,внутрь которого попадает импульсс датчика 5 впрыска;6 - то же, между двумя соседними импульсами с датчика 13 ЭУП, на который попадает импульс с датчика1 ВМТ;рь - то же, определяемый как35Р 5= чб - 3(фиг. 2,о);И - Я цифровые эквиваленты времени поворота коленчатого вала на углы г 4 Ч 6 1 и Р 5 соответственно (фиг. 2, ж,и,л,д,е); Угол срз определяется по формуле По окончании вычисления угла р блок 27 вычисления выводит информацию на блок 28 индикации с шины 30 данных по соответствующему сигналу с шины 31 управления и выдает сигнал Запрос, по которому элементы устройства приходят в исходное состояние, а само устройство готово к следующему циклу измерения угла р.Последовательное срабатывание датчика впрыска 5, ЭУП3, ВМТ 1 вызывает формирование операндов для последующего вычисления, что обеспечивает непрерывное измерение искомого угла опережения впрыска Ув реальном масштабе времени. Причем точность измерения угла впрыска в предлагаемом устройстве зависит лишь от точностных параметров определения границ временных интервалов при формировании операндов Х - М, от выбранной частоты заполнения счетчиков импульсами генератора 7 импульсов, количества разрядов в счетчиках 9, 10, 24, 25 и 26, разрядности блока 27 вычисления и индикатора 28.иницк Рс ВНИИПИ д 113035 Мо Филиал ПППдакгор Л. Беселовкаяказ 622,39 Техоед И БсГирая 524Государственногоелам изобретенийскаа, Ж - 35, РауПатент, г. Ужго комите и отк шская род, ул Корректор ВПодписноеи СССРытийаб., д. 4(5Проектная, 4