Устройство для регулирования угла опережения зажигания транспортного средства

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Геращенко Василий Васильевич Башаримова Валентина Николаевна Геращенко Александр Васильевич Сафранков Евгений Николаевич Кукишев Александр Валерьевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Устройство для регулирования угла опережения зажигания транспортного средства,содержащее импульсный датчик момента, установленный на валу двигателя и связанный со входом преобразователя момента, последовательно соединенные импульсный датчик угла опережения зажигания и преобразователь угла опережения зажигания, соленоид с двумя обмотками, соединенными по дифференциальной схеме, и сердечником, тягу, связанную с одной стороны с подвижной пластиной, на которой установлен прерыватель, а с 12061 1 2009.06.30 другой стороны с сердечником соленоида, усилитель, выход которого соединен с обмотками соленоида, отличающееся тем, что содержит микропроцессорную систему, связанную с интерфейсом и содержащую микропроцессор с внутренней памятью в виде регистров общего назначения, генератор тактовой частоты и таймер, соединенные с микропроцессором, буфер адреса, шину адреса, буфер данных, шину данных, шину управления, оперативное и постоянное запоминающие устройства, выполненные трехканальными, сравнивающий элемент, выполненный на регистрах общего назначения цифроаналоговый преобразователь преобразователь момента выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя момента, преобразователь угла опережения зажигания выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя угла опережения зажигания, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей момента и угла опережения зажигания соединены с первым и вторым каналами интерфейса соответственно, третий канал которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен со входом усилителя, четвертым каналом интерфейс через шину управления соединен с микропроцессором и с первыми каналами оперативного и постоянного запоминающих устройств, вторые каналы которых соединены с шиной адреса, а третьи - с шиной данных, пятым каналом интерфейс соединен через шину данных и буфер данных с микропроцессором, а через буфер адреса микропроцессор соединен с шиной адреса причем каждый из аналогоцифровых преобразователей момента и угла опережения зажигания содержит мультивибратор, микросхему И с двумя входами, резистор, дифференцирующую цепь с диодом на выходе и суммирующий счетчик, при этом первый вход микросхемы И каждого из аналого-цифровых преобразователей соединен с выходом соответствующего мультивибратора, второй вход микросхемы И аналого-цифрового преобразователя момента и вход его дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика момента, второй вход микросхемы И аналого-цифрового преобразователя угла опережения зажигания и вход его дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика угла опережения зажигания, а в каждом из аналого-цифровых преобразователей резистор и счетный вход счетчика соединены параллельно с выходом микросхемы И, а выход дифференцирующей цепи с диодом на выходе соединен со входом установки нуля счетчика. Изобретение относится к устройствам, устанавливаемым на транспортные средства с карбюраторными двигателями для улучшения их топливной экономичности. Известно устройство регулирования угла опережения зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащее входную шину, первый счетчик, дешифратор, мультиплексор, причем выходы первого счетчика подключены ко входам дешифратора, выходы которого подключены к информационным входам мультиплексора, второй счетчик, первый и второй элементы И, первый и второй генераторы, инвертор и коммутационное поле,причем выход первого генератора подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого через инвертор подключен к входной шине, выход первого элемента И подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого через дешифратор и коммутационное поле подключены к информационным входам мультиплексора, выход которого подключен к входу сброса первого счетчика и является выходом устройства, адресные входы мультиплексора подключены к выходам второго счетчика, вход сброса которого подключен к выходу инвертора, входная шина подключена к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго генератора, выход второго элемента И подключен к счетному входу второго счетчика 1. Недостатками известного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, так как посредством его регулируется угол опережения зажигания только в 2 12061 1 2009.06.30 зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. А угол опережения зажигания изменяется также и от момента на валу двигателя. Поэтому получаемый выигрыш при применении известного устройства является неполным. Устройство необходимо совершенствовать. Известен измеритель угла опережения зажигания, содержащий триггер, выполненный на двух транзисторах, усилитель, датчик момента зажигания, первую дифференцирующую цепь, датчик прихода поршня в верхнюю мертвую точку, включающий в себя отметчик верхней мертвой точки, выполненный в виде диска с зубцами и прорезями, и индукционный преобразователь, выполненный в виде преобразователя импульсного щелевого, вторую дифференцирующую цепь 2. Недостатками известного устройства являются его ограниченные возможности, так как оно может быть использовано только для измерения угла опережения зажигания. Известно устройство для регулирования угла опережения зажигания транспортного средства, содержащее импульсный датчик момента, включающий в себя два металлических с прямоугольными вырезами диска, закрепленных неподвижно один относительно другого на выходном валу двигателя транспортного средства, два бесконтактных путевых переключателя, установленных неподвижно относительно выходного вала, последовательно соединенные сумматор и выпрямитель, обмотку соленоида с подпружиненным сердечником, причем диски с вырезами входят в проемы бесконтактных путевых переключателей, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, тягу,связанную с одной стороны с подвижной пластиной, на которой установлен прерыватель,вычитающий элемент, выполненный на трех резисторах, соединенных треугольником, источник постоянного тока, подключенный параллельно к первому резистору вычитающего элемента, эмиттерный повторитель, выход которого соединен с обмоткой соленоида, а вход подключен параллельно второму резистору вычитающего элемента, функциональный преобразователь, подключенный своим выходом параллельно к третьему резистору вычитающего элемента, а входом - к обкладкам конденсатора, при этом тяга с другой стороны связана с подпружиненным сердечником соленоида 3. Недостатком известного устройства является недостаточный выигрыш в снижении расхода топлива при его использовании. Объясняется это тем, что крутящий момент на валу двигателя определяется в виде аналогового сигнала, вычитание сигналов происходит в аналоговой форме, функциональное преобразование также отличается недостаточной точностью. Поэтому регулирование угла опережения зажигания происходит с погрешностями, топливная экономичность снижается. Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности транспортного средства путем обеспечения регулирования угла опережения зажигания с высокой точностью с помощью микропроцессорной системы. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для регулирования угла опережения зажигания транспортного средства, содержащее импульсный датчик момента,установленный на валу двигателя и связанный со входом преобразователя момента, последовательно соединенные импульсный датчик угла опережения зажигания и преобразователь угла опережения зажигания, соленоид с двумя обмотками, соединенными по дифференциальной схеме, и сердечником, тягу, связанную с одной стороны с подвижной пластиной, на которой установлен прерыватель, а с другой стороны с сердечником соленоида, усилитель, выход которого соединен с обмотками соленоида, согласно изобретению, содержит микропроцессорную систему, связанную с интерфейсом и содержащую микропроцессор с внутренней памятью в виде регистров общего назначения, генератор тактовой частоты и таймер, соединенные с микропроцессором, буфер адреса, шину адреса, буфер данных, шину данных, шину управления, оперативное и запоминающие устройства, выполненные трехканальными, сравнивающий элемент, выполненный на регистрах общего назначения, цифро-аналоговый преобразователь, преобразователь момента вы 3 12061 1 2009.06.30 полнен в виде аналого-цифрового преобразователя момента, преобразователь угла опережения зажигания выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя угла опережения зажигания, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей момента и угла опережения зажигания соединены с первым и вторым каналами интерфейса соответственно,третий канал которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен со входом усилителя, четвертым каналом интерфейс через шину управления соединен с микропроцессором и с первыми каналами оперативного и постоянного запоминающих устройств, вторые каналы которых соединены с шиной адреса, а третьи - с шиной данных, пятым каналом интерфейс соединен через шину данных и буфер данных с микропроцессором, а через буфер адреса микропроцессор соединен с шиной адреса, причем каждый из аналого-цифровых преобразователей момента и угла опережения зажигания содержит мультивибратор, микросхему И с двумя входами, резистор, дифференцирующую цепь с диодом на выходе и суммирующий счетчик, при этом первый вход микросхемы И каждого из аналого-цифровых преобразователей соединен с выходом соответствующего мультивибратора, второй вход микросхемы И аналого-цифрового преобразователя момента и вход его дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика момента, второй вход микросхемы И аналого-цифрового преобразователя угла опережения зажигания и вход его дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика угла опережения зажигания, а в каждом из аналого-цифровых преобразователей резистор и счетный вход счетчика соединены параллельно с выходом микросхемы И, а выход дифференцирующей цепи с диодом на выходе соединен со входом установки нуля счетчика. На фиг. 1 изображены осциллограммы импульсов, возникающих на коллекторе второго транзистора триггера датчика момента на фиг. 2 - осциллограммы импульсов, возникающих на коллекторе первого транзистора датчика момента на фиг. 3 - осциллограммы импульсов на выходе дифференцирующих цепей датчика крутящего момента на фиг. 4 изображена зависимость угла опережения зажигания от момента на валу двигателя на фиг. 5 - схема устройства. Устройство содержит импульсный датчик 1 момента, установленный на валу двигателя 2 и связанный со входом аналого-цифрового преобразователя 3 момента, последовательно соединенные импульсный датчик 4 угла опережения зажигания и аналогоцифровой преобразователь 5 угла опережения зажигания, соленоид 6 с обмотками 7 и 8 и сердечником 9, тягу 10, связанную с одной стороны с подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель, а с другой стороны с сердечником 9 соленоида 6, усилитель 12, выход которого соединен с обмотками 7 и 8 соленоида 6, микропроцессорную систему 13, связанную с интерфейсом 14 и содержащую микропроцессор 15 с внутренней памятью в виде регистров 16 и 17 общего назначения, генератор 18 тактовой частоты и таймер 19,соединенные с микропроцессором 15, буфер 20 адреса, шину 21 адреса, буфер 22 данных,шину 23 данных, шину 24 управления, оперативное и запоминающие устройства 25, 26,выполненные трехканальными, сравнивающий элемент 27, выполненный на регистрах 16,17 общего назначения, цифро-аналоговый преобразователь 28, при этом выходы аналогоцифровых преобразователей 3, 5 момента и угла опережения зажигания соединены с первым и вторым каналами интерфейса 14 соответственно, третий канал которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 28, выход которого соединен со входом усилителя 12, четвертым каналом интерфейс 14 через шину 24 управления соединен с микропроцессором 15 и с первыми каналами оперативного и постоянного запоминающих устройств 25,26, вторые каналы которых соединены с шиной 21 адреса, а третьи - с шиной 23 данных, пятым каналом интерфейс 14 соединен через шину 23 данных и буфер 22 данных с микропроцессором 15, а через буфер 20 адреса микропроцессор 15 соединен с шиной 21 адреса, причем каждый из аналого-цифровых преобразователей 3, 5 момента и угла опережения зажигания содержит мультивибратор 29, микросхему И 30 с двумя входами,4 12061 1 2009.06.30 резистор 31, дифференцирующую цепь 32 с диодом 33 на выходе и суммирующий счетчик 34, при этом первый вход микросхемы И 30 каждого из аналого-цифровых преобразователей 3, 5 соединен с выходом соответствующего мультивибратора 29, второй вход микросхемы И 30 аналого-цифрового преобразователя 3 момента и вход его дифференцирующей цепи 32 соединены параллельно с выходом импульсного датчика 1 момента,второй вход микросхемы И 30 аналого-цифрового преобразователя 5 угла опережения зажигания и вход его дифференцирующей цепи 32 соединены параллельно с выходом импульсного датчика 4 угла опережения зажигания, а в каждом из аналого-цифровых преобразователей 3,5 резистор 31 и счетный вход счетчика 34 соединены параллельно с выходом микросхемы И 30, а выход дифференцирующей цепи 32 с диодом 33 на выходе соединен со входом установки нуля счетчика 34. Импульсный датчик 1 крутящего момента включает в себя металлические диски 35 и 36 с радиальными прорезями и выступами, установленные по концам этих валов, преобразователи 37 и 38 импульсные, установленные с обеспечением возможности прохождения прорезей и выступов каждого диска вблизи соответствующего преобразователя, подключенные к выходам преобразователей 37 и 38 дифференцирующие цепи 39 и 40, выполненные на резисторах 41 и 42, конденсаторах 43 и 44 с подключенными к их выходам диодами 45 и 46, триггер 47, выполненный на первом 48 и втором 49 биполярных транзисторах и четырех 50, 51, 52, 53 резисторах, при этом базы транзисторов 48,49 подключены к дифференцирующим цепям 39 и 40 с диодами 45 и 46. Импульсный датчик 4 угла опережения зажигания включает в себя триггер 54, выполненный на первом 55 и втором 56 биполярных транзисторах и четырех резисторах 57, 58,59, 60, датчик 61 момента зажигания, датчик 62 прихода поршня в верхнюю мертвую точку, дифференцирующие цепи 63, 64, выполненные на резисторах 65 и 66, конденсаторах 67 и 68 с подключенными к их выходам диодами 69 и 70, при этом базы транзисторов 55 и 56 подключены к дифференцирующим цепям 63, 64. Усилитель 12 включает в себя транзистора 71 и 72, резисторы 73, 74, 75, 76, 77, источник 78 постоянного тока. Каждая из дифференцирующих цепей 32 содержит конденсатор 79, резистор 80. Работает устройство следующим образом. При работе транспортного средства происходит нагружение двигателя то меньшим, то большим моментом, изменяющимся по случайному закону, из-за этого без регулирования угла опережения зажигания топливная экономичность и токсичность отработавших газов ухудшаются. Возникает необходимость в автоматическом регулировании угла опережения зажигания. В исходном состоянии в импульсном датчике 1 момента транзистор 48 триггера 47 закрыт, а транзистор 49 открыт. Поэтому напряжение на коллекторе транзистора 49 равно нулю, а на коллекторе транзистора 48 принимает максимальное значение(фиг.1,2). В момент времени, равный 1 (фиг. 3), на выходе преобразователя 37 при вращении вала с диском 35 формируется первый импульс, он дифференцируется цепью 39, выпрямляется диодом 45, образуется положительный импульс, который подается на базу транзистора 48. Транзистор 48 открывается, а транзистор 49 закрывается. На коллекторе транзистора 49 появляется положительное напряжение. Во время эксплуатации вал двигателя закручиваются на угол, пропорциональный приложенному моменту. Диск 36 закручивается относительно диска 35. Поэтому в момент времени, равный 2 (фиг. 3), на выходе преобразователя 38 формируется импульс, имеющий фазовое смещение относительно первого импульса, сформированного преобразователем 37. Этот импульс дифференцируется цепью 40, выпрямляется диодом 46,образуется положительный импульс, который подается на базу транзистора 49. Транзистор 49 открывается, а транзистор 48 закрывается. На коллекторе транзистора 49 опять устанавливается напряжение, равное нулю (фиг. 3). Далее, в моменты времени, равные 12061 1 2009.06.30 соответственно 3, 5, формируются на коллекторе второго транзистора 49 триггера 47 прямоугольные импульсы, осциллограммы которых приведены на фиг. 3. Таким образом, на выходе транзистора 49 триггера 47 формируются положительные импульсы, длительность каждого из которых пропорциональна величине крутящего момента на валу двигателя. Сформированные импульсы поступают на второй вход логического элемента И 30. За время, равное длительности каждого из этих импульсов,поступающих от триггера 47 на второй вход логического элемента И 30, на первый вход этого логического элемента поступают короткие импульсы от мультивибраторов 29. Эти короткие импульсы проходят на выход элемента И 30 и счетчиком 34 подсчитываются, и преобразуются в цифровой код. По сигналу от микропроцессора 15 посредством интерфейса 14, шины 23 данных, минуя микропроцессор, этот код записывается в оперативное запоминающее устройство 25. Обработка полученного операнда о моменте на валу двигателя осуществляется по программе и состоит в определении по зависимости угла опережения зажигания от момента на валу двигателя заданного угла опережения зажигания и записи его в первый регистр 16 общего назначения микропроцессора. В исходном состоянии в импульсном датчике 4 угла опережения зажигания транзистор 55 триггера 54 закрыт, а транзистор 56 открыт. Поэтому напряжение на коллекторе транзистора 56 равно нулю, а на коллекторе транзистора 55 принимает максимальное значение. При размыкании контактов в системе зажигания на выходе датчика 61 формируется первый импульс, он дифференцируется цепью 63, выпрямляется диодом 69, образуется положительный импульс, который подается на базу транзистора 55. Транзистор 55 открывается, а транзистор 56 закрывается. На коллекторе транзистора 56 появляется положительное напряжение. В момент прихода поршня в верхнюю мертвую точку на выходе датчика 62 формируется импульс, имеющий фазовое смещение относительно первого импульса, сформированного датчиком 61 момента зажигания. Этот импульс дифференцируется цепью 64,выпрямляется диодом 70, образуется положительный импульс, который подается на базу транзистора 56. Транзистор 56 открывается, а транзистор 55 закрывается. На коллекторе транзистора 56 опять устанавливается напряжение, равное нулю. Далее, при работе системы зажигания на коллекторе второго транзистора 56 триггера 54 формируются прямоугольные импульсы. Таким образом, на выходе транзистора 56 триггера 54 формируются положительные импульсы, длительность каждого из которых пропорциональна углу опережения зажигания. Сформированные импульсы поступают на первый вход второго логического элемента И 30. За время, равное длительности каждого из этих импульсов, поступающих от триггера 54 на первый вход логического элемента И 30, на второй вход этого логического элемента поступают короткие импульсы от мультивибраторов 29. Эти короткие импульсы проходят на выход элемента И 30 и счетчиком 34 подсчитываются, и преобразуются в цифровой код. По сигналу от микропроцессора 15 посредством интерфейса 14, шины 23 данных текущее значение угла опережения зажигания записывается во второй регистр 17 общего назначения. Сигналы, записанные в регистрах 16, 17 общего назначения, обрабатываются микропроцессором 15 по программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве 26. В ходе работы микропроцессор 15 выдает на шину 21 адреса номер ячейки постоянного запоминающего устройства 26, где хранится команда, которую необходимо выполнить по программе. По шине 24 управления в постоянное запоминающее устройство 26 поступают сигналы, обеспечивающие чтение содержимого этой ячейки памяти. Запрошенная команда выдается на шину 23 данных, и через буфер 22 данных принимается микропроцессор 15 и расшифровывается. После расшифровки микропроцессор 15 выдает через буфер 20 адреса на шину 21 адреса номер ячейки оперативного запоминающего устройства 25, хранящей данные, над которыми необходимо по команде выполнить операцию. По шине 24 6 12061 1 2009.06.30 управления в оперативное запоминающее устройство 25 поступают сигналы, обеспечивающие чтение содержимого ячейки, где хранятся данные. Запрошенные данные подаются на шину 23 данных и через буфер 22 данных поступают в микропроцессор 15. Затем выполняется операция над данными микропроцессором 15. После завершения выполнения текущей команды на шину 21 адреса микропроцессором выдается адрес следующей команды и описанный процесс обработки информации микропроцессором 15 повторяется. Таймером 19 задаются в определенное время команды управления и организуются временные задержки. Для синхронизации работы по обработке информации генератором 18 тактовой частоты на микропроцессор 15 подается последовательность тактовых импульсов. Если сигнал, записанный в регистре 17, меньше сигнала, записанного в регистре 16, то на выходе цифро-аналогового преобразователя 28 формируется аналоговый сигнал положительной полярности, который подается на вход усилителя 12. Транзистор 71 открывается, появляется ток в обмотке 8 соленоида, сердечник 9 перемещается и перемещает тягу 10 в сторону увеличения угла опережения зажигания до тех пор, пока текущее значение угла опережения зажигания не сравняется с заданным. Двигатель работает с углом опережения зажигания, который соответствует лучшим значениям топливной экономичности и токсичности отработавших газов до тех пор, пока не изменится момент на его валу. Если сигнал, записанный в регистре 17, больше сигнала, записанного в регистре 16, то на выходе цифро-аналогового преобразователя формируется сигнал отрицательной полярности. Транзистор 72 открывается, появляется ток в обмотке 7 соленоида, сердечник 9 перемещается в противоположную сторону, тяга 10 перемещается в сторону уменьшения угла опережения зажигания до тех пор, пока текущее значение угла опережения зажигания не сравняется с заданным. Источники информации 1. А.с. СССР 1684537, МПК 02 Р 5/04, 1991. 2. Геращенко В.В. и др. Технологическое оборудование для улучшения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов на автомобильном транспорте.- Могилев, 1996. -С. 97-101. 3. Патент РБ 1659, МПК 602 Р 5/00, 1997. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8