DE3021816C2

DE3021816C2 - Vorrichtung zum Messen der momentanen Winkelgeschwindigkeit eines Motors

Info

Publication number: DE3021816C2
Application number: DE3021816A
Authority: DE
Inventors: Donald J. Winnetka Ill. Brott; David L. Reid; Dennis O. Columbus Ind. Taylor
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1986-04-17
Also published as: FR2458812A1; KR830003083A; BR8003592A; JPS561354A; KR830001928B1; DE3021816A1; IN152434B; GB2052071B; CA1149956A; GB2052071A; MX149627A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der momentanen Winkelgeschwindigkeit eines Motors nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Vorrichtung zum Messen der momentanen Winkelgeschwindigkeit eines Motors ist aus der GB-PS 14 00 614 bekannt. Dabei ist ein Sensor vorgesehen, der in der Nähe des Schwungradzahnkranzes eines Motors angeordnet Ist, wobei jeder den Sensor passierende Zahn einen Impuls verursacht. Aufeinanderfolgende Impulse werden dabei also durch verschiedene aufeinanderfolgende Zähne des Schwungradzahnkranzes verursacht. Schwankungen des Abstandes der Zahnflanken voneinander, die auf eine ungenaue Herstellung oder Abnutzung der einzelnen Zähne des Zahnkranzes verursacht sein können, führen daher zu Ungenaulgkelt bei der Berechnung der momentanen Winkelgeschwindigkeit.

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der momentanen Winkelgeschwlndigkelt eines Motors zu schaffen, dessen Meßergebnis von derartigen Ungenaulgkeiten nicht berührt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst, wobei eine Meßanordnung mit zwei magnetischen Näherungssensoren an sich aus der US-PS 24 458 bekannt 1st.

Die Erfindung wird Im folgenden anhand einer Zeichnung beschrieben. Dael zeigt

Flg. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

FIE, 2 eine zeitliche Darstellung der Signalabfolge, und Flg. 3 und 4 ein Flußdiagramm, welches den Ablauf des Meßverfahrens darstellt.

Die Zähne 63 eines auf der Kurbelwelle eines Motors befestigten Zahnkranzes 62 passieren einen Sensor 61. Dieser Sensor 61 besteht aus zwei Fühlelementen, die jeweils aus einem magnetischen Ken! 71, 72 und einer um diese gewickelte Spule 73, 74 gebildet werden. Die Spulen 73, 74 liegen zwischen Anschlußleitungen 76 und 77 und einer Masseleitung 78. Die Zähne 63 des aus einem magnetischen Material, etwa Stahl, bestehenden Zahnkranzes 62 ändern beim Passieren das magnetische Feld der Fühlelemente und erzeugen so einen elektrischen Impuls. Dabei wird jeder der Zähne 73 nacheinander einen Impuls in jedem der beiden Fühlelemente erzeugen. Diese Impulse werden über die Leitungen 76, 77 Impulsumformern 81, 82 zugeführt, in denen Rechteckimpulse gebildet werden.

Flg. 2 verdeutlicht die Signale: A und B g^ben die Ausgangssignale der Spulen 73, 74, C und D die Ausgangssignale der beiden Impulsumformer 81, 82 wieder, wie sie sich bei einer Drehung des Zahnkranzes 62 entgegen dem Uhrzeigersinn ergeben. F1 g. 2 verdeutlicht, daß das In der Spule 74 erzeugte Signal zeitlich dem In der Spule 73 erzeugten Signal nachfolgt. Die Zeltdifferenz wird durch das Symbol Δ ι dargestellt, sie entspricht der Zeitdifferenz zwischen den Anstiegsflanken 83, 84 der Ausgangssignak der Umformer 81, 82, die bei Passleren eines Zahns 63 an den beiden Fühlelementen erzeugt werden.

Die Rechenschaltung 22 weist weiter einen Taktgeber 86 auf, der ein in Fig. 3 bei E wiedergegebenes Signal erzeugt. Die Frequenz des Taktgebers 86 ist sehr viel höher als die Frequenz der Signale A. B. C und D.

Die Taktimpulse des Taktgebers 86 werden dem Zähler 87 eingegeben, der von dem Zähler-Schalter 88 gesteuert wird. Dieser Zähler-Schalter 88 weist zv/ei Eingänge 91, 92, auf, die mit den Ausgängen der Impulsumformer 81, 82 verbunden sind. Der Zähler-Schalter 88 steuert über seine Au pänge 93, 94 den Zähler 87. Bei Anliegen eines »£m«-Signals am Ausgang

93 zählt der Zähler 87 die Takte des Taktgebers 86, bei Anliegen eines »A/««-Signals am Ausgang 94 des Zähler-Schalters beendet der Zähler 87 das Zählen. Der Zähler-Schalter 88 führt das »£w«-Slgnal auf der Leitung 93 bei Auftreten der Anstlegsfianke 83 (Fig. 2), der Ausgang

94 führt das »/!!««-Signal bei Auftreten der Anstlegsfianke 84. Der Zähler 87 zählt daher die Impulse der In Flg. 2 bei F dargestellten Burstsignale. Da die Dauer eines jeden Burstsignals 96 der Zeltdifferenz Δ ι entspricht 1st der Zählwert des Zählers 87 eine direkte Funktion dieser Zeltdifferenz Δ ι und der (vorgegebenen) Frequenz des Taktgebers 86. Der Zählwert des Zählers 87 wird bei Auftreten der Anstiegsflanke 84 einem Prozessor 29 ausgegeben, der Zähler 87 wird zurückgestellt.

Der Arbeltsablauf des Prozessors 29 zur Berechnung der momentanen Winkelgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute wird anhand des Flußdiagramms der Flg. 3 und 4 erläutert. Dabei können zwei Verfahren angewandt werden: Entweder werden der Zählwert des Zählers 87. der Abstand R von der Mittelachse des Zahnkranzes 62 zu den Fühlelementen 71, 73; 72, 74 und der Abstand A" zwischen diesen beiden Fühlelementen, die In den Prozessor eingegeben werden, verwendet, oder aber es werden der Zählwert des Zählers 87 und ein von dem Prozessor 29 basierend auf dem Zähl wert und von einem Umdrehungssensor 51 errechneter Faktor verwendet. Dabei wird ein Umdrehungssensor 51 eingesetzt, der auf ein sich zyklisch bewegendes Motorteil, etwa dem

Kipphebel des Einspritzers einer der Zylinder, anspricht.

Flg. 1 zeigt, daß die Rechenschaltung 22 einen weiteren Zähler 98 aufweist, der die Zyklen des Taktgebers 86 zählt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Taktgebers 86 über einen Dlvidlerer 99 dem Zähler 98 zugeführt. Die Signale des Umdrehungssensors 51 werden elnsm Impulsumformer 101 und einem Zählerschaiter 102 eingegeben, der den Zähler 98 ein- und ausschaltet. Ausgabe- und Rücksetzleitungen verbinden den Zähler 98 mit dem Prozessor 29. Ein Impuls des Umdrehungssensors 51 verursacht die Ausgabe des Zählwerts des Zählers 98 an den Prozessor 29, der den Zähler 58 sodann rücksetzt. Der Zählwert im Zähler 98 stellt daher die Zeltdifferenz zwischen den von der MotorgeschwindigKeit abhängigen Urndrehungs-Signalen dar. Dies Signal ist natürlich auch eine Funktion der Frequenz des Taktgebers 86 und des Faktors des Dividierers 99; beide sind bekannt.

Zunächst werden, wie FIg 3 zeigt, die Systemparameter definiert. Bei Schritt 107 wird abgefragt, ob der Motor arbeitet. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in Schritt iöS der Motor gestartei.

Wenn der Motor arbeitet wird bestimmt, ob CALFLAG gesetzt ist. Dies Ist der Fall, wenn ein Umrechnungsfaktor CNVNFAC, der eine zur Berechnung der momentanen Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors darstellt, verfügbar ist. Dieser Umrechnungsfaktor CNVNFAC kann anhand von eingegebenen Daten von der Rechenschaltung automatisch bestimmt werden.

Wenn CALFLAG gesetzt Ist, wird bei Schritt 111 eine Serie von PPCNTR von dem Zähler 87 gelesen, der die Zeltdifferenz Δ t zwischen der Passage eines Zahns 63 eines Elements 73 zu der Passage des anderen Elements 74 m!ßt. Die die Zeitdifferenz Δ t repräsentierenden Signale sind Binärsignale, die von dem Prozessor 29 verwendet werden können. In Schritt 112 werden die Umdrehungen des Motors pro Minute errechnet und !n einem Schritt 113 angezeigt.

Wenn CALFLAG nicht gesetzt ist, was anzeigt, daß CNVNFAC nicht verfügbar Ist, wird angegeben, daß die Strecken X und R (Fig. 1) oder aber der Wert »0« einzugeben sind. In Schritt 117 wird die Eingabe gelesen, bei Schritt 118 geprüft, ob der Wert »0« eingegeben worden Ist. Ergibt diese Abfrage »NEIN«, so wird in Schritt 119 CNVNFAC aus den Werten »X« und »Λ« errechnet, wobei CNTRFRQ die Zählerfrequen^ des Zählers 87 angibt. In einem Schritt 120 wird CALfLAG gesetzt und zu dem Schritt 109 zurückgekehrt, woraufhin in den Schritten 111, 112, 113 die Umdrehungen pro Minute berechnet werden.

Wenn die Prüfung in dem Schritt 118 ergibt, daß der Wen »0« eingegeben worden Ist, wird In einem Schritt 122 (Flg. 4j CEMCTR gestartet. D. h., daß der Zähler 98 (Flg. 1) die Impulse des Dividierers 99 zählt, die zwischen aufeinanderfolgenden CEM-Signalen auftreten. Der Zähler 98 weist ein CEM-Reglster auf, daß einen Zählwert abspeichert. In den Schritten 123 124 wird ein »CEM-Berelt«-Slgnal aufgenommen, ein CEM-Reglster gelöscht und , auf »0« gesetzt. Bei Schritt !26 wird der PPCNTR-Zähler 87 gestartet, um die Taktimpulse des Oszillators 86 zu zählen. In den Schritten 127 bis 130 werden die während des Zeitintervalls Δ t aufgetretenen Taktimpulse gelesen und die Anzahl I der Ablesungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden CEM-Signalen (Urndrehungssignaien) gezählt, wobei die Zählwerte der Zeltdifferenz ~Δ"ΐ in einem tlMINT-Pufferspeicher zwlschengespeichert Werden. Die Ablesungen Werden bei Auftreten eines CEM-Slgnals gestartet, das System wird durch die Schritte 127 bis 130 geschleift, bis, das zweite CEM-Signal aufgenommen wird, was zwei Umdrehungen der Kurbelwelle und damit eine Umdrehung des Motors anzeigt.

Bei Schritt 132 wird CEMCNTS des Zählers 97 ausgelesen, was der Zeltdauer eines Motorzyklus entspricht. In Schritt 133 wird der durchschnittliche Δ t (AVGCTS) für den Motorzyklus berechnet, in dem die Δ /-Werte aufsummiert und durch die Zahl I der Intervalle zwischen zwei CEM-Signalen dividiert werden. In Schritt 134 wird der Faktor CNVNFAC anhand der angegebenen Gleichungen berechnet. Die Impulsfrequenz des Dividierers 99 ist CNTRFRQ2. In dem folgenden Schritt 153 wird CALFLAG gesetzt, das System verzweigt sich zu Schritt 109.

Die Vorrichtung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden, bei der die beiden Fühleiemente einen Abstand voneinander haben, der geringer Ist als zwei aufeinanderfolgende Zähne 63 des Zahnkranzes 62. Es ist jedoch auch möglich, daß die Fühlelemente eilnen größeren Abstand haben. In dievm Fall sind VIeI-r*.-U-.KW!n.-.»«Λ ITlI_n ΙΓΙλ« Colnollar ->., *,t?*-ii,anAart

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Obwohl hier die vorzugsweise verwendeten magnetischen Näherungssensoren gezeigt und beschrieben worden sind, können, selbstverständlich auch andere, etwa optische. Sensoren verwendet werden. Der Sensor kann mit einem anderen Drehteil des Motors zusammenwirken, wenn dieser wenigstens eine Markierung aufweist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der momentanen Winkelgeschwindigkeit eines Motors, mit einem s Drehteil, dessen Markierungen durch Sensoren abgetastet werden, wobei der zeltliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse bei Fortschreiten der Winkelbewegung um einen bestimmten Winkel ermittelt wird. Indem höherfrequente Impulse eines Taktgebers während dieses Zeltintervalls in einen Zähler eingelesen werden und mit Hilfe einer Rechenschaltung der Kehrwert und damit die Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (61) aus zwei winkelmäßig nahe aneinander angebrachten Fühlelementen (71, 73; 72, 74) besteht und aus der Phasenverschiebung der beiden Impulsreihen das zu messende Zeitintervall (Δι) abgeleitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühieiemenle (7J, 73, 72,74) durch Näherungssensoren gebildet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad das die Markierungen (63) tragende Drehteil (62) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Schwungrades die Markierungen (63) bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz das die Markierungen, (63) tragende Drehteil (62) und dessen Zähne die Markierungen (63) Mlden.