Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания

(19 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСН ЕЛЬСТ 57) Изобретение отно елестроению и позвол ится к двиг ет повыситьбласть примержит датчик 1 и расширитьстройство содроцесса, форм то ения. ачала овател) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛАРЕЖЕНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДЗИГАЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ128 4, 6 импульсов, датчик 3 верхней мертвой точки, датчик 5 угловых меток, КБ-триггер 7 элементы И 8, 12, 13, генератор 9 импульсов, счетчики 10, 14, 15, Р-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 вложенный в него. Скорость вращения на искомом угле ы практически равна скорости вращения на опорном угле ц, и, следовательно, выполняются соотношения, И = И, в Ц/ = сХ, /=Ф =,ФЯх/Мх- = Я 1/М г = -С 8 х= Их/Б 1 Р ==. 6925=-"Ч - 1 М, (И- 1) 8, посколькуЧ, = (Б -1) 9, где д - величина искомого угла; ( - величина опорного угла",- время поворота на искомый угол, , - время поворота на опорный угол, 1 - величина длительности периода тактового генератора 9; И, Б, - цифровой эквивалент времени х, , М., - цифровой эквивалент опорного угла, 6 - величина известного угла между двумя соседними импульсами с датчика угловых 1меток. Устройство имеет возможность точно определять искомый угол и на нестационарных режимах работы двигателя. 2 ил.Изобретение относится к испытаниям машин, в частности к измерениюпараметров двигателей, а именно к определению углового положения коленчатого вала двигателя между двумязаданными точками и определению скорости вращения на этом интервале.Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения устройства,На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -временная диаграмма синхронизацииэлементов устройства и процесса вычисления (а - работа генератора импульсов; б - сигнал "Запрос", в -сигналы на выходе третьего Формирователя импульсов; г - сигналы на вы"ходе второго формирователя импульсов;д " сигналы на выходе первого Формирователя импульсов, е - сигналы навходе первого счетчиками ж - сигналына входе третьего счетчика; з - сигналы на входе второго счетчика; и -сигнал "Готовность" ),Устройство содержит датчик 1 начала процесса, первый формирователь2 импульсов, датчик 3 ВМТ, второйформирователь 4 импульсов, датчик 5угловых меток, третий формирователь6 импульсов, КБ-триггер 7, первыйэлемент И 8, генератор 9 импульсов,первый счетчик 10, первый Р-триггер11, второй 12 и третий 13 элементы И, второй 14 и третий 15 счетчики,второй 16 и третий 17 Р-триггеры,инвертор 18, четвертый Р-триггер 19,первый 20, второй 21 и третий 225 шинные формирователи, шину 23 управления блока вычисления, шину 24 данных блока вычисления, блок 25 вычисления, блок 26 индикации,Датчик 1 начала процесса соединенчерез первый Формирователь 2 импульсов с единичным входом КЯ-триггера 7,прямой выход которого подключен квторому входу первого элемента И 8,выход которого подключен к счетномувходу первого счетчика 10. Выход датчика ВМТ подключен к входу второгоФормирователя 4 импульсов. Выход генератора 9 импульсов подключен к первым входам первого и третьего элементов И 8 и 13 соответственно. Выходтретьего элемента И 13 подключен ксчетному входу второго счетчика 14.Блок 25 вычисления подключен через25 шйну 23 управления к первому входублока 26 индикации и через шину 24данных к второму входу блока 26 индикации. Прямой выход КЯ-триггера 7подключен к информационным входампервого и второго Р-триггеров 11 и16 соответственно. Выход второго формирователя 4 импульсов подключен ксинхронизирующему входу второго Р"триггера 16, прямой выход которогоподключен к информационному входугде 0 - величина известного угламежду двумя соседними сиг. - налами с датчика 5 угловых меток,Блок 26 индикации служит для вывода результата вычисления определяемого угла у. Цифровые элементы: КБ-триггер, Р-триггеры, счетчики, элементы И, инвертор могут быть выполнены на базе типовых цифровых интегральных схем серий 133, К 561 и т,д. Генератор 9 импульсов может быть выполнен по типовой схеме на базе формирователя К 155 АГЗ, Шинные формирователи 20-22 могут быть выполнены на базе интегральных шинных формирователей типа К 589 АП 16. Блок 26 индикации представляет собой типовое устройство вывода, например на базе устройства печати. Блок 25 вычисления выполнен, например, на базе микроЭВМ (типа"ЭлектроникаМ") либо на базе любой микропроцессорной вычислительной системы. Датчик 1 начала процесса, например датчик начала впрыска, может быть выполнен в виде отметчика о начале впрыска. Датчик 3 ВМТ может быть выполнен в виде СВЧ-отмет 3 128692третьего О-триггера 17, а инверсныйк третьему входу первого элемента И8. Датчик 5 угловых меток через третий формирователь 6 импульсов подключен к синхронизирующим входам первого и третьего П-триггеров 11 и 17соответственно и первому входу второго элемента И 12, выход которогоподключен к счетному входу третьегосчетчика 15 и входу инвертора 18. 10Прямой выход первого П-триггера подключен к вторым входам второго итретьего элементов И 12 и 13 соответственно. Прямой выход третьегоП-триггера подключен к информационному входу четвертого Р-триггера 19,инверсный - к третьему входу третьего элемента И 13, Выход инвертора 18подключен к синхронизирующему входучетвертого Р-триггера 19, инверсный 20выход которого подключен к третьемувходу второго элемента И 12, а прямой - к шине 23 управления блока 25вычисления. Информационные выходыпервого 10, второго 14 и третьего 15 25счетчиков подключены через .первый,второй и третий шинные формирователи20-22 соответственно к шине 24 данныхблока 25 вычисления. Цепь "Запрос"шины 23 управления блока 25 вычисления 30соединена с входами обнуления КЯтриггера 7, всех Р-триггеров 11, 16,17 и 19 и всех счетчиков 10, 14 и 15,Цепи управления шинными формирователями 20-22 соединены с соответствую 35щими выходами шины 23 управления блока 25 вычисления.Элементы устройства имеют следующее назначениеДатчик 1 начала процесса генерирует электрический сигналв моментначала впрыска топлива. Датчик 3 ВМТгенерирует электрический сигнал вмомент нахождения поршня в ВМТ. Датчик 5 угловых меток генерирует электрический сигнал через известныйугол поворота коленчатого вала двигателя. Формирователи 2, 4 и 6 нормируют сигналы от датчиков 1, 3 и 5по амплитуде и фронтам. КЯ-триггер7 и 0-триггеры 11, 16, 17 и 19 служатдля задания временных интервалов,заполняемых импульсами от генератора9 импульсов и импульсами от датчика5 угловых меток, а также для выработки сигнала "Готовность". Первый элемент И 8 служит для формированияпачки И импульсов - цифрового экХвивалента искомого угла с поворота вала двигателя (фиг, 2 е). Третий элемент И 13 служит для формирования пачкиМ, импульсов - цифрового эквивалента опорного угла д поворота вала двигателя (фиг, 2). Второй элемент И 12 служит для формирования пачки Х импульсов- цифрового эквивален 2та опорного угла 1 поворота вала двигателя (фиг. 2 ж). Счетчики 10, 14 и 15 служат для формирования и буферизации операндов Их, К и М соответ 7 ственно. 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 .формулычика или индукционного типа. Датчик5 угловых меток может быть выполненв виде отметчика, вырабатывающегоэлектрический сигнал при поворотеколенчатого вала на известный угол,например в виде датчика индукционного типа, жестко связанного с корпусом двигателя и фиксирующего прохождение мимо него каждого зуба шестерни махсвика.10Устройство работает следующим образом,В исходномсостоянии устройствообнуляется либо по жесткой программе,когда блок 25 вычисления вырабатывает 15сигналЗапрос", либо внешним сигналом "Сброс". Все Р в тригге, счетчики и КБ-триггер приходят в исходное(нулевое) состояние. При вращении вала двигателя датчик 1 начала процесса генерирует электрические импульсы в момент начала впрыска (фиг.2 г), Датчик 3 ВМТ генерирует электрические импульсы в момент приходапоршня в ВМТ (фиг. 2 д), Датчик 525угловых меток генерирует электрические импульсы через известный угол 0поворота вала двигателя (фиг. 2 в),Сигнал с датчика 1 начала процесса .поступает через первый формирователь2 импульсов на единичный вход КБтриггера 7, КБ-триггер 7 устанавливается в "1", и сигнал единичногоуровня с его прямрго выхода поступает на информационные входы первого и второго Р-триггеров 11 и 16соответственно и на второй вход первого элемента И 8, Поскольку в исходном состоянии второй В-триггер16 обнулен, то на его инверсном выходе имеется сигнал единичного уров 1ня, который поступает на третийвход первого элемента И 8, Следовательно, импульсы генератора 9 высо 45кой стабильной частоты начинают поступать на счетный вход первого счетчика 10. При дальнейшем повороте вала сигнал с датчика 5 угловых метокчерез третий формирователь 6 импульсов поступает на синхронизирующие50входы первого и третьего Э-триггеров11 и 17 соответственно и на первыйвход второго элемента И 12, Первый0-триггер 11 устанавливается в "1"и сигнал единичного уровня с его55прямого выхода поступает на вторыевходы второго и третьего элементовИ 12 и 13 соответственко. Так как в исходном состоянии на инверсном выходе третьего П-триггера 17 присутствует сигнал единичного уровня, который поступает на третий вход третьего элемента И 13, то импульсы генератора 9 стабильной частоты начинаютпоступать через третий элемент И 13на счетный вход второго счетчика 14.Поскольку в исходном состоянии четвертый 0-триггер 19 обнулен, то сигнал единичного уровня с его инверсного выхода поступает на третий входвторого элемента И 12 и импульсы сдатчика 5 угловых меток через третийформирователь 6 импульсов и второйэлемент И 12 начинают поступать насчетный вход третьего счетчика 15.При дальнейшем повороте вала сигналс датчика 3 ВМТ через второй формирователь 4 импульсов поступает насинхронизирующий вход второго Э-триггера 16, который устанавливается в"1", и сигнал единичного уровня сего прямого выхода поступает на инФормационный вход третьего 0-триггера 17, а сигнал нулевого уровня синверсного выхода второго 0-триггера 16 поступает на третий вход первого элемента И 8,блокируя дальнейшеепоступление импульсов генератора 9на счетный вход первого счетчика 10.Таким образом, в первом счетчике 10формируется операнд И - цифровойэквивалент времени поворота вала двигателя на искомый угол с(фиг. 2 е).При дальнейшем повороте вала сигналс датчика 5 угловых меток поступаетчерез третий формирователь 6 насинхронизирующий вход третьего Птриггера 17, который устанавливаетсяв единичное состояние, и сигнал единичного уровня с его прямого выходапоступает на информационный вход четвертого П-триггера 19, а сигнал нулевого уровня с инверсного выхода,.третьего 0-триггера 17 поступает натретий вход третьего элемента И 13,блокируя дальнейшее поступление импульсов генератора 9 на счетный входвторого счетчика 14. Таким образом,во втором счетчике 14 формируетсяоперанд Ю - цифровой эквивалент времени поворота вала двигателя на уголот момента поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после срабатывания датчика 1 начала процесса до момента поступления первогоимпульса, с датчика 5 угловых меток1286925 после срабатывания датчика 3 ВИТ (фиг. 2 з). 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 Р-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, 2 и) поступает на шину 23 управления блока 25 вычисления и свидетельствует об окончании формирования всех операндов, а сигнал нулевого уровня с инверсного выхода четвертого Р-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 И цифровой эквивалент угла поворота вала двигателя на угол от момента25 поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после срабатывания.датчика 1 начала процесса до момента поступления первого импульса с датчика 5 угловых меток после сраба- . тывания датчика 3 ВМТ (фиг, 2 ж). С приходом сигнала "Готовность" блок 25 вычисления осуществляет последовательную выборку операндов И, М, И из счетчиков 10, 14 и 15 соответ ственно через соответствующие шинные формирователи 20, 21 и 22 на шину 24 данных по соответствующим сигналам управления, поступающим с шины 23 управления. По окончании выборки опе- фо рандов Х, МБ 2 во внутреннюю память блок 25 вычисления приступает к вычислению искомого угла ц . Искомый угол с определяется в блоке 25 вычисления по формуле 1) 6,50поскольку Щ, = (Ы - 1) 9 (Фиг. 2 ж),где Я - скорость вращения на искомом угле,Ц, - скорость вращения на впорном угле,Ц - величина искомого угла;Ч, - величина опорного угла,- время поворота на искомыйугол,( = И 1 (г 1)9 По окончании вычисления угла Ч х. 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. 2 б), по которому элементы устройства приходят в исходное состояние, а само устройство готово к следующему циклу измерения, обеспечивая непрерывное измерение искомого угла в реальном масштабе времени.Эффективность предлагаемого устройства заключается в более точном определении искомого угла, а также в возможности определения данного угла на нестациснарных режимах работы двигателя. В прототипе искомый угол определяется как отношение временного эквивалента М искомого угла к временному эквиваленту М ,двух полных оборотов вала двигателя, умноженное на величину угла двух полных обооротов вала - 720 . Данное соотношение основано на равенстве скоростей вращения на двух полных оборотах вала (720 - ы ) и на определяемом угле Ц - Я оЧ 720 Чк И - Я =Ф х 720 720 Ях м = - . -- 720 М 720 72 ООднако из-за неравномерности скорости вращения вала внутри одного цикла данное отношение является неточным, поскольку скорости вращенияона угле 720 и на определяемом угле ( различные. В предлагаемом устройстве в качестве опорного углаовзят не угол 720 2 а угол максимально близкий к искомому углу и максимально вложенный в него (фиг.2 с,ж) (максимальная разность этих углов может достигать лишь величины 29 ), Поэтому скорость вращения на искомом угле - Я практически равна скорости вращения на опорном угле - Я, и, следовательно, выполняются со- отношения ф Ч Ц,Я:Яе1 х г Ч Их = -= И11 "гД 1 Х6925 10 9 128время поворота на опорныйугол,- величина длительности периода тактового генератора 9,И - цифровой эквивалент времениИ, - цифровой эквивалент времени сцифровой эквивалент угла7208 - величина известного угламежду двумя соседними импульсами с датчика угловыхметок,Кроме того, ввиду того, что скорость вращения вала на нестационарных режимах работы меняется не только внутри оборота, но и от оборотак обороту, точность измерения искомого угла прототипом уменьшается,что ограничивает его применение наэтих режимах,Предлагаемое устройство ввидупрактического равенства скоростейвращения на определяемом и опорномуглах имеет возможность точно определять искомый угол и на нестационарных режимах работы двигателя.Если в качестве датчика началапроцесса используется датчик начала впрыска, а вместо датчика ВМТ используется датчик конца впрыска, тоустройство определяет угол подачи,топлива. В общем случае устройствоопределяет величину угла любого про-,цесса в двигателе при наличии сигналов о начале и конце процесса, а также определяет скорость вращения наэтом угле,Формула изобретения Устройство для измерения угла опережения подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее датчик начала процесса, датчик верхней мертвой точки, первый и второй Формирователи импульсов, КБ-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 КБ-триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выход датчика верхней мертвой точки подключен к входу второго формирователя импульсов, выход генератораимпульсов подключен к первым входампервого и третьего элементов И, выход 5 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 10входу блока индикации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенияточности и расширения области применения, в него введены датчик угловых меток, третий формирователь импульсов, первый, второй, третий и четвертый 0-триггеры, инвертор, третийсчетчик, первый, второй и третий шинные формирователи, причем прямой вы"ход КБ-триггера подключен к информационным входам первого и второго 0 триггеров, выход второго Формирователя импульсов подключен к синхронизирующему входу второго Э-триггера,прямой выход которого подключен кинформационному входу третьего Втриггера, а инверсный - к третьемувходу первого элемента И, датчикугловых меток через третий Формирователь импульсов подключен к синхро- ЗОнизирующим входам первого и третьего Э-триггеров и первому входу второго элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьегосчетчика и входу инвертора, прямой З 5 выход первого П-триггера подключенк вторым входам второго и третьегоэлементов И, прямой выход третьегоП-триггера подключен к информационному входу четвертого О-триггера, а ин-версный - к третьему входу третьегоэлемента И, выход инвертора подключен к синхронизирующему входу четвертого В-триггера, инверсный выходкоторого подключен к третьему входувторого элемента И, а прямой - к шине управления блока вычисления, инФормационные выходы первого, второго и третьего счетчиков подключенычерез первый, второй и третий шинные 0 Формирователи к шине данных блока вычисления соответственно, цепь "Запрос" шины управления блока вычисления соединена с входами обнуленияКБ-триггера, всех Р-триггеров и всех 55 счетчиков, а цепи управления шиннымиформирователями соединены с соответствующими выходами шины управленияблока вычисления.дписное 4/ изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,каз 7704/41 ВНИИПИ Гос по делам 113035, МоТираж 776дарственногоизобретений иква, Ж, Ра митета СССткрытийская наб.,