Измеритель углового положения валадвигателя внутреннего сгорания

 

O Il H C A H И E (»)802826

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.02.79 (21) 2725130/25-06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 01 М 15/00//

F 02 P 5/04

Государстееииый комитет (53) УДК 621,43.

004 5 (088 8) Опубликовано 07.02.81. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 25.02.81 по делам изобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

Ю . Н. Круглов и С. С. Сучков

I

;4, I

Научно-исследовательский и экспериментальный институт(-"-,.".:.".- .-ц,:дп 1.)1 автомобильного электрооборудования и автоприборов;.ч; <. „

--« (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УГ,ЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА

ДВИГАТЕ,ЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к измерителям углового положения вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС), предназначенного для цолучения информации об угле поворота и скорости вращения вала в виде электрически х и м пул ьсов.

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 ошибке в определении углового положения вала ДВС.

Известный измерители углового положения вала двигателя внутреннего сгорания, содержащие зубчатый диск, датчик, формирователь 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 y(.ловых импульсов при больших скоростях вращения вала ДВС, что приводит к увеличению погрешности 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 вращения вала.

Цель достигается тем, что измеритель снабжен схемой задержки, содержащей первый и второй входы, причем, первый соединен с выходом формирователя угловых импуль20 сов параллельно первому выходу, а второй включен между выходом формирователя импульсов начала отсчета и вторым выходом измерителя. Измеритель содержит тактируемый Д-триггер, первое и второе дифференци802826

10 уу 27ie L

arctg

ЕР 7. 1

R t o 2,Л ц

Ч рующие устройства и схемы И,НЕ и ИЛИ, причем, информационный вход триггера непосредственно, вход установки нуля — через первое дифференцирующее устройство, один из входов схемы И вЂ” 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 диф фере нцирующее 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 1 датчика и входного сопротивления R формирователя (выходная емкость, внутреннее омическое сопротивление датчика и входная емкость формирователя не учитываются в силу относительной малости их значений). Для датчика угловых импульсов форма .ЭДС вЂ” квазисинусоидальная, для датчика импульсов начала отсчета — импульсная, двухполярная.

В первом случае фазовый сдвиг между ЭДС и напряжением на сопротивлении R определяется как где и — скорость вращения диска;

Š— число зубьев венца диска.

Для импульсов начала отсчета временная задержка с„о определяется по формуле для интегрирующей LR-цепи

1S ло и зо

3s

so

S5 задержка т„о, приведенная к фазовому сдвигу Цио на частоте 2 gnz, имеет вид но= 5мпу—

Ь

R.

Для п А 0 но всегда больше У„», причем при увеличении значения п разность

ЛУ = Ugp — IJy» увеличивается и при больших значениях и абсолютное значение Ь У становится соизмеримо с приведенным расстоянием между двумя соседними зубьями венца, т. е.

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. u номер один. Следовательно, существенное изменение взаимного расположения информационных импульсов, их несинфазность, при изменении скорости вращения вала ДВС приводит к нарушению необходимой логической последовательности этих импульсов.

Если при обработке информации используются удвоенные угловые импульсы, то указанная несинфазность приводит к ошибке в определении номера удвоенного углового импульса, т. е. к увеличению погрешности измерения.

Компенсация возникающей несинфазности путем изменения значений Z, R u L или создания противоположного начального смещения импульса начала отсчета приводит к нежелательным последствиям. Так уменьшение числа зубьев Z приводит к пропорциональному увеличению погрешности воспроизведения заданных характеристик системой зажигания, уменьшение L — к уменьшению диапазона рабочих оборотов системы зажигания, увеличение R — к уменьшению 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, ра802826 ботающего 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 (Вх ) (фиг. 1, 3) схемы 7 задержки подаются угловые импульсы с формирователя 5, на второй вал (Ьх ) — импульсы начала отсчета с формирователя 6. Измеритель имеет два выхода, с которых информация поступает далее в систему зажигания: первый выход (Ьых,), с которого поступают угловые импульсы, и второй выход Вых „), 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 HE 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 (П,„„,„) на выходе триггера 8 формируются импульсы И> (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

U>, с выхода дифференцирующего устройства 9; импульсы Up, формируются по заднему фронту угловых импульсов Uyq, поступающих с выхода формирователя 5 и обычно имеющих вид меандра. На выходе второго дифференцирующего устройства 10 формируются импульсы U z, соответствующие заднему фронту импульсов U . Импульсы U через схему ИЛИ 11 проходят на выход схемы 7 задержки и являются выходными импульсами начала отсчета V< измерителя углового положения вала ДВС.

Импульсы U>< по отношению к заднему фронту угловых импульсов Uyz имеют незначительную задержку ЬЧз (фиг. 2), определяемую инерционностью триггера 8 и схемы ИЛИ 11, т. е. совпадения импульсов Ц щ и U>< не происходит: по отношению к значениям несинфазности Ф, Рц и 6 Р задержка Ь P может быть приравнена нулю. На другом входе схемы ИЛИ 11 сигналы Uc отсутствуют, так как на входы схемы И 12 аоступают не совпадающие по времени импульсы U„< и угловые импульсы инвертированные схемой НЕ 13 U „. При больших скоростях вращения дисков 1 и 2 (и ) возникает задержка импульса Uay относительно импульсов Uyq и импульс U на выходе триггера 8 отсутствует, так как в момент прихода на вход с триггера 8 импульса Ц„,, на входе D триггера 8 сигнал отсутствует. В этом случае происходит совпадение инвертированных угловых импульсов U>q и импульса начала отсчета Бщр на входах схемы И 12, на выходе схемы И 12 вырабатываются импульсы Uс, последние через схемы ИЛИ 11 проходят на выход схемы 7 задержки и являются выходными импульсами начала отсчета 1)но измерителя углового положения вала ДВС. Таким образом, при несинфазности импульсов начала отсчета U„o и угловых импульсов Uz„

2з менее периода следования угловых импуль сов Bz< расположении импульса Био 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 U»o в проз межутке между соседними угловыми импульсами, при этом несинфазность угловых импульсов Uyq и импульса Uz не превышает Е,„/2, ЬТз < e,„„/2.

Второй вариант исполнения измерителя (фиг. 3) обеспечивает совпадение выходного импульса начала отсчета U« c соответствующим угловым импульсом. В этом случае для п,„.„„импульс 1)но расположен в промежутке между угловыми импульсами, что достигается соответствующей установкой

4s 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

U»o формируется с помощью триггера 8, дифференцирующих устройств 9 и 10 и схемы ИЛИ 11, причем на вход D триггера 8 и вход первого дифференцирующего устройства поступают инвертированные угловые импульсы, которые соответствуют импульсам Uy (фиг. 2. При п „сигнал на

s$ выходе триггера 8 отсутствует, происходит совпадение импульсов U«и угловых импульсов, поступающих с выхода формирователя 5 (соответствуют импульсам О (фиг. 2), на выходе схемы И формируются

802826

Формула изобретения

7 импульсы Uq, последние через схему ИЛИ

11 проходят на выход схемы 7 задержки.

Сравнение эпюр сигналов Uw 11моз и удвоенных угловых импульсов U q> для п,„ь.„и п,„показывает, что введение схемы 7 задержки в измеритель позволяет сохранить однозначность определения номера импульсов U zz, так, если принять за начало отсчета импульс 11яо, первый импульс А (фиг. 2) сохраняет свой номер лишь для пь „, для п1 „„, первым за импульсом Uqz 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 „.

Таким образом, предложенный измеритель углового положения вала позволяет уменьшить несинфазность угловых импульсов и импульсов начала отсчета, возникающую на больших скоростях вращения, соответственно уменьшить погрешность 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 у лового положения вала двигателя в составе цифровой системы зажигания для

ДВС автомобиля ВАЗ вЂ” 2108 показали, что введение схемы задержки уменьшило погрешность измерения углового положения вала ДВС почти в 2 раза.

1. Измеритель углового положения вала двигателя внутреннего сгорания, содержащий два зубчатых диска, один из которых соединен с датчиком, формировате5

1о

15 о

25 зо зз

so лем 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, отличающий ся тем, что к первому входу схемы задержки параллельно подключены информационный вход триггера, вход установки нуля — через первое дифференцирующее устройство, и через схему НŠ— один из входов схемы

И, при этом синхронизирующий вход триггера и другой вход схемы И подключены параллельно к другому входу схемы задержки, выход триггера через второе дифференцируюшее устройство соединен с одним из входов схемы ИЛИ, выход которой объединен со вторым выходом измерителя, а другой вход — с выходом схемы И, и вход установки единицы триггера соединен с выводом нулевого потенциала.

3. Измеритель по и. 1, отличающийся тем, что вход установки нуля триггера через первое дифференцируюшее 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, 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 нуля триггера объединен с выводом нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

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

802826

П Ъг 7

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор Т. Глазова Техред А. Бойкас Корректор М. немчик

Заказ 0069/55 Тираж 9) Ь Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4