DE3044924A1

DE3044924A1 - Einrichtung zum messen der drehzahl

Info

Publication number: DE3044924A1
Application number: DE19803044924
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Kumagaya Saitama Oshizawa
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB2064129B; GB2064129A; JPS5677759A

Description

DR. BERG .:.DISL.-INC. STAPF.' '...· DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 31

28. Nov, 1980

Diesel Kiki Co., Ltd. Tokyo/Japan

Einrichtung zum Messen der Drehzahl

VII/XX/Ha

»{089)988272 988273 988274 983310

Telegramme:

BERGSTAPFPATENT München TELEX: 0524560 BERG d Bankkonten: Hypo-Bank Manchen 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Bayer. Vereinsbank München 453)00 (BLZ 70020270) Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

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Anwaltsakte: 31 219

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Drehzahl und betrifft insbesondere eine Einrichtung, um in kurzer Zeit die Drehzahl von verschiedenen rotierenden Maschinen genau zu messen.

Eine der herkömmlichen, in großem Umfang benutzten Einrichtungen zum Messen der Drehzahl verschiedener rotierender Maschinen weist einen Meßfühler auf, der aus einem Zahnrad und einer elektromagnetischen Abtastspule gebildet ist. Diese Einrichtung wird in großem Umfang zum Messen der Drehzahl von Ver-. brennungsmotoren verwendet. Bei dieser.Einrichtung sind eine Anzahl Zähne am Umfang eines Zahnrades angeordnet, welches fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, so daß es sich entsprechend der' Drehzahl des Motors dreht. Die elektromagnetische Abtastspule ist nahe bei dem Zahnrad angeordnet, so daß bei jedem Zahn, der sich entsprechend der Drehbewegung des Motors der Spule nähert und von dieser wieder entfernt, ein impulsförmiges Signal, dessen Frequenz sich proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle ändert, an der Abtastspule erhalten werden kann. Dieses impulsförmige Signal wird einem

ORIGINAL INSPECTED

Zähler zugeführt, welcher die Anzahl Impulse, in einem vorbestimmten Zeitabschnitt zählt, und die Drehzahl des Motors kann dann anhand des Zählergebnisses bestimmt werden. Um, wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen ist, innerhalb kurzer Zeit die Drehzahl mit hoher Genauigkeit zu messen, ist eine große Anzahl von Zähnen erforderlich. Jedoch ist die Anzahl der Zähne aufgrund verschiedener Faktoren, wie beispielsweise der Genauigkeit bei der maschinellen Herstellung des Zahnrades und der mechanischen Größe der Abtastspule beschränkt, so daß es nicht möglich ist, die Anzahl, der Zähne über einen bestimmten Grenzwert hinaus beliebig zu erhöhen. Selbst wenn die Anzahl der Zähne auf das mechanisch zulässige Maximum erhöht wird, ist dies wegen des Anstiegs der Gestehungskosten in der Praxis nicht durchführbar. Somitkann eine Verkürzung der zum Messen der Drehzahl erforderlichen Zeit wirksam nicht durch Erhöhen der Anzahl Zähne erreicht werden. Andererseits wird die Einrichtung zum Messen der Drehzahl eines Verbrennungsmotors auch dazu verwendet, um gleichzeitig den Drehwinkel des Motors zu messen; jedoch hängt eine genaue Messung des Drehwinkels unmittelbar von der Anzahl der Zähne ab, so daß keine genaue Messung des Drehwinkels vorgenommen werden kann, wenn die Anzahl der Zähne zu klein ist.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Einrichtung zum Messen der Drehzahl geschaffen werden, mit welcher innerhalb kurzer Zeit die Drehzahl verschiedener rotierender Maschinen genau gemessen werden kann, ohne die Anzahl Zähne an dem Zahnrad des

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Meßrühlers zu erhöhen. Ferner soll gemäß der Erfindung eine Einrichtung geschaffen werden, um ohne einen mechanischen Umbau des Meßfühlers die Drehzahl in kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Einrichtungen messen zu körinen, indem ein Signal· erzeugt wird, das die Drehzahl der rotierenden Maschine anzeigt. Darüber hinaus soll gemäß Erfindung eine Einrichtung geschaffen werden, mit der eine von einem Verbrennungsmotor erhaltene Drehinformation gemessen werden kann.

Gemäß der Erfindung ist in einer Einrichtung zum Messen der Drehzahl mit einem Meßfühler zum Erzeugen eines elektrischen Signals, dessen Frequenz sich entsprechend der Drehzahl ändert, ein.Frequenzvervielfacher zum .Vervielfachen der Frequenz des.elektrischen Signals vorgesehen, und die Drehzahl wird auf der Basis der Frequenz des Signals von dem Frequenzvielfacher berechnet. Selbst wenn die Frequenz des von dem Meßfühler erzeugten, ursprünglichen Signals niedrig ist, kann die Drehzahl' genau gemessen werden. Folglich kann·ein genaues Messen der Drehzahl mit einem herkömmlichen Meßfühler erreicht werden, der ein Zahnrad mit wenigen Zähnen aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine PLL-Schaltung.als Frequenzvervielfacher verwendet, so daß das vervielfachte Signal in der Phase mit dem ursprünglichen Signal des Meßfühlers synchronisiert ist, und darüber hinaus kann der Multiplizierwert ohne weiteres und genau gewählt werden, um ihn auf das ursprüngliche Signal in einem großen Frequenzbereich einzustellen.

- 6 INSPECTED

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Gemäß der Erfindung wird ein Meßfühler-Ausgangssignal/ dessen Frequenz durch die Drehzahl festgelegt ist, multipliziert, und dann wird die Drehzahl auf der Basis des- multiplizierten Ausgangssignals berechnet, um dadurch innerhalb kurzer Zeit ein genaues Maß für die Drehzahl zu schaffen, ohne daß in dem Meßfühler ein Signal höherer Frequenz erzeugt werden muß.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 . eine schematische Darstellung einer

Ausführungsform der Erfindung, welche . beim Messen der Drehzahl eines Verbrennungsmotors angewendet wird, und

Fig.2 ein Blockschaltbild der in Fig.1 darge

stellten Meßeinrichtung.

In Fig.l ist eine Ausführungsform einer Drehzahl-Meßeinrichtung 1 gemäß der Erfindung dargestellt, in welcher die Drehzahl eines Verbrennungsmotors 2 gemessen und angezeigt wird. Die Drehzahl-Meßeinrichtung 1 weist einen Fühler 3 zum Erzeugen eines Ausgangssignals, dessen Frequenz sich proportional nü-t der Drehzahl des Motors 2 ändert, und eine Schaltung 4 auf, an welche das von dem Fühler 3 erzeugte Ausgangssignal ange-

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legt wird, und welche eine elektronische Schaltung aufweist, welche das Fühlerausgangssignal verarbeitet, um die Drehzahl des Motors 2 anzuzeigen. Der Meßfühler 3 weist ein an einer Kurbelwelle 6 des Motors 2 angebrachtes Zahnrad 5, das sich entsprechend der Drehzahl des Motors 2 dreht, und eine nahe bei dem Zahnrad 5 angeordnete, elektromagnetische Abtastspule 7 auf. Am Umfang des Zahnrades 5 sind, wie im einzelnen in Fig.2 dargestellt ist, eine Anzahl Zähne ausgebildet, und von der elektromagnetischen Abtastspule 7 wird ein veränderliches Ausgangssignal entsprechend der Drehbewegung des Motors 2 erzeugt, wenn sich diese Zähne der Spule 4 nähern und dann wieder von der Spule 7 entfernen.

In Fig.2 ist eine Schaltung der in Fig.1 dargestellten Drehzahl-Meßeinrichtung 1 wiedergegeben. Das Ausgangssignal von der Spule 7 des Fühlers 3 wird einer Wellenform-Verarbeitungsschaltung 8 zugeführt, welche ein Rechtecksignal mit derselben Frequenz wie die des Fühlerausgangssignals erzeugt. Folglich, ändert sich die Frequenz des von der Wellenförm-Verarbeitungsschaltung 8 erhaltene Rechtecksignali ebenfalls entsprechend der Drehzahl des Motors 2, und dieses Rechtecksignal wird dann über eine Ausgangsleitung 9 an einen Frequenzvervielfacher 10 abgegeben.

Der Frequenzvervielfacher 10 ist als eine PLL-Schaltung ausgelegt, und das auf der Leitung 9 anliegende Rechtecksignal wird an einen Phasendetektor 11 der PLL-Schaltung angelegt. Der

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Phasendetektor 11 erhält auch über eine Leitung 13 ein Teiler- Signal von einer veränderlichen Teilerstufe 12, so daß das sich ergebende Phasendifferenzsignal, dessen Amplitude sich proportional der Phasendifferenz zwischen diesen zwei Eingangssignalen ändert, an einer Ausgangsleitung 14 anliegt. Das sich ergebende Phasendifferenzsignal läuft dann durch einen Tiefpaßfilter 15, um. die hochfrequenten Anteile des Phasendifferenzsignals zu entfernen, und das von dem Tiefpaßfilter 15 erhaltene Signal wird über einen Verstärker 16 als ein Frequenzsteuersignal an einen spannungsgesteuerten Oszillator 17 angelegt. Das Ausgangssignal von dem Oszillator 17, dessen Frequenz sich entsprechend der Amplitude des von dem Verstärker 15 erhaltenen Signals ändert, wird an die veränderliche Teilerstufe 12 angelegt..

Die veränderliche Teilerstufe 12 ist eine Schaltung zum Teilen der Frequenz des Ausgangssignals von dem Oszillator 17 entsprechend einem mittels einer Wähleinrichtung 18 festgelegten Tei-· lungsverhältnisses. Die 4-Bit-Digitaldaten von der Wähleinrichtung 18, die ein gewähltes Teilungsverhältnis N anzeigen, werden über Leitungen 19 bis 22 an die veränderliche Teilerstufe 12 angelegt, und.der Signaleingang, der über eine Leitung 23 an die veränderliche Teilerstufe 12 angelegt wird, wird durch das Teilungsverhältnis N geteilt, das durch den Inhalt der 4 Bit-Digitaldaten von der Wähleinrichtung 18 festgelegt ist. Das geteilte Signal von der Teilerstufe 12 wird an den Phasendetektor 11 angelegt, und dann ist die Frequenz des Ausgangs-

signals des spannungsgesteuerten Oszillators 17 so gesteuert, daß die Phase des Signals von der Teilerstufe 12 mit der des Signals von der Wellenform-Verarbeitungsschaltung 8 übereinstimmt. Folglich wird, wenn das durch die veränderliche Teilerstufe 12 eingestellte Teilungsverhältnis durch N dargestellt ist, die Frequenz des von dem spannungsgesteuerten Oszillator 17 erhaltenen Signals genau das N-fache; d.h., die Frequenz des Signalausgangs der Wellenform-Verarbeitungsschaltung 8 ist entsprechend der mittels der Wähleinrichtung 18 gewählten Daten multipliziert, und das sich ergebende multiplizierte Signal kann dann von dem spannungsgesteuerten Oszillator 17 als . ein Signalausgang des Frequenzvervielfachers 10 erhalten werden.

Der Signalausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 17 wird auch an eine Impulsformerschaltung 24 angelegt, um diesen zu formen, und das sich ergebende Signal von der Impulsformerschaltung 24 wird über eine Leitung 25 als Zählimpuls an einen Zähler 26 angelegt. Um die Anzahl der während einer vorbestimmten Zeit mittels des Zählers 26 geschaffenen Zählimpulse zu zählen, werden Steuer- oder Torimpulse, welche wiederholt in einem Steuerimpulsgenerator 27 erzeugt werden und eine vorbestimmte Impulsbreite haben, über eine Leitung 28 an den Zähler 26 angelegt, und der Zähler 26 zählt dann die Anzahl der an ihn angelegten Impulse innerhalb eines Zeitabschnitts, welcher der Impulsbreite des Steuer- oder Torimpulses entspricht. Zähldaten D₁ werden an eine Halteschaltung 29 angelegt, welche

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auch Halteimpulse P,. erhält, welche in einem Halteimpulsgenerator 30 auf der Basis der Steuerimpulse erzeugt werden, welche von dem Steuerimpulsgenerator 27 über eine Leitung 31 erhalten worden sind. Da der Zeitpunkt, an welchem eier Halteimpuls erzeugt wird, genau festgelegt ist, nachdem der Zählvorgang .des Zählers 26 durch den Tor- oder Steuerimpuls gesperrt ist, werden die sich ergebenden Zähldaten D₁, welche durch Zählen der Impulse erhalten werden, die innerhalb einer durch den jeweiligen Steuer- oder Torimpuls festgelegten Zeitabschnitt erzeugt worden sind, durch Anlegen des Halteimpulses in der Halteschaltung 29 gespeichert; die zurückgehaltenen Daten D₂ werden dann an einen Datenumsetzer 32 angelegt, während die nächsten Daten von dem Zähler 26 in der Halteschaltung 29 gehalten werden. Der Datenumsetzer 32 erhält auch Daten D-, die das in der Wähleinrichtung 18 eingestellte Teilungsverhältnis anzeigen, und die gehaltenen Daten D2 werden zu diesem Zeitpunkt dann auf·der Basis dieser beiden Eingabedaten in die Drehzahldaten umgesetzt. Die sich ergebenden Daten D₄, welche die Drehzahl des Motors 2 darstellen, werden mittels einer Anzeigeeinrichtung dargestellt, um dadurch die sich ergebende Drehzahl anzuzeigen.

Die Halteimpulse von dem Haltexmpulsgenerator 30 werden über eine Verzögerungsschaltung 34 als Rücksetzimpulse auch an den Zähler 26 angelegt. Folglich wird der Zähler 26 nach jedem Zurückhalten der Zähldaten D. in der Halteschaltung 29 durch die Rücksetzimpulse rückgesetzt, so daß die Daten von dem Zähler

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36 für den nächsten- Zählvorgang bereitstehen. ■

Da bei der Drehzahl-Meßeinrichtung 1 der Frequenzvervielfacher 10 jedes Frequenzvielfaches des Fühlerausgangssignals der WeI-lenform-Verarbeitungsschaltung 8 erzeugen kann, können die Kenndaten der Einrichtung 1 verbessert werden, ohne daß die Anzahl Zähne an dem Zahnrad 5 erhöht werden muß. Folglich kann die Drehzahl von verschiedenen rotierenden Maschinen mit der geforderten hohen Genauigkeit innerhalb kurzer Zeit gemessen werden, indem das mittels der veränderlichen Teilerstufe 12 eingestellte Teilungsverhältnis erhöht wird. Wenn beispielsweise das Zahnrad 5 120 Zähne hat und sich mit 6000U/tnin dreht, ist, da die Frequenz des Fühlerausgangssignals von der Wellenform-Verarbeitungsschaltung 8 12kHz ist, eine Zählsteuerzeit von 0,5s erforderlich, um eine Genauigkeit von 1 U/min bei dem Meßvorgang zu erhalten, wenn der Frequenzvervielfacher 10 . nicht verwendet wird. Wenn das Signal von 12kHz durch den Frequenzvervielfacher 10 vervielfacht wird, um ein Signal mit der 10-fachen Frequenz von 12kHz zu schaffen, folgt hieraus, daß eine Zählsteuerzeit von 0,05s erforderlich ist, um eine Genauigkeit von 1 U/min zu erhalten.

Folglich kann eine Meßgenauigkeit erhalten werden, die höher ist als eine vorbestimmte Genauigkeit, indem das Teilungsverhältnis erhöht wird, wenn die Drehzahl verhältnismäßig niedrig ist_y und es kann eine unnötige Frequenzerhöhung des von dem Vervielfacher 10 erhaltenen Signals wirksam vermieden werden,

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indem das Teilungsverhältnis der veränderlichen Teilerstufe 12 herabgesetzt wird, wenn die Drehzahl verhältnismäßig hoch ist.

Wie der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen ist, kann unabhängig von der Anzahl Zähne des Zahnrades 5 die Meßgenauigkeit und die Steuer- bzw. Öffnungszeit nach Belieben durch Wählen des Teilungsverhältnisses der veränderlichen Teilerstufe 12 festgelegt werden.

Obwohl die Erfindung anhand einer Meßeinrichtung zum Messen der Drehzahl eines Verbrennungsmotors beschrieben worden ist, ist die Erfindung selbstverständlich hierauf nicht beschränkt und ist auch bei der Messung der Drehzahl irgendeiner anderen rotierenden Maschine anwendbar.

Ende der Beschreibung

Leerseite

Claims

DR. BERG .I"m^L.-ING. STAPE.^: ·\.^: DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE
Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 31 219

Patentansprüche

Einrichtung zum Messen der Drehzahl, gek en.η zeichne t durch eine Einrichtung (3) zum Erzeugen eines Signals, dessen Frequenz sich entsprechend der Drehzahl eines zu messenden Gegenstandes (2) ändert; durch eine Einrichtung (10) zum Vervielfachen des Signalfrequenzausgangs der das Signal erzeugenden Einrichtung (3), und durch eine Einrichtung (26, 32) zum Berechnen der Drehzahl auf der Basis der vervielfachten Signalfrequenz..
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Signal erzeugende Einrichtung (3) eine Spule

(7) zum Feststellen einer Magnetfeldänderung und ein rotierendes Teil (3) aufweist, welches sich entsprechend der Drehbewegung des Gegenstandes (2) dreht, um dadurch entsprechend der Drehzahl eine Magnetfeldänderung in der Spule (7) zu erzeugen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfachereinrichtung (10) eine PLL-Schaltung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (17), einem Frequenzteiler (12) durch den ein Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators (17) durch N geteilt wird, und mit einem Phasen-

Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYI¹O DE MM Bay« Vereinsbank München 453100 (BLZ 7(X)Jl).¹70) Postscheck München 65343-808 (BLZ 7001(X)W))

(089)988272 Telegramme: 988273 BERGSTAPFPATENT München 988274 " TELEX: 983310 0524560 BERG d

detektor (11) zum Erzeugen eines Phasensignals ist, das eine Phasendifferenz zwischen dem Signal von der das Signal erzeugenden Einrichtung (3) und dem Signal des Frequenzteilers (12) anzeigt, wobei das Phasensignal als FrequenzSteuersignal an den spannungsgesteuerten Oszillator (17) angelegt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chn e t, daß der Frequenzteiler eine veränderliche Teilerstufe (12) ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t,daß die Recheneinrichtung einen Frequenzzähler (26) zum Messen der Frequenz des mittels der Vervielfachereinrichtung (10) vervielfachten Signals und einen Datenumsetzer (32) aufweist, um das Ergebnis von dem Frequenzzähler (26)· in entsprechende Drehzahldaten umzusetzen.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (33) um entsprechend der von der Recheneinrichtung erhaltenen Daten eine sich ergebende Drehzahl anzuzeigen.

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