JPS58500335A - 速度と進角の測定 - Google Patents

速度と進角の測定

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JPS58500335A
JPS58500335A JP50212081A JP50212081A JPS58500335A JP S58500335 A JPS58500335 A JP S58500335A JP 50212081 A JP50212081 A JP 50212081A JP 50212081 A JP50212081 A JP 50212081A JP S58500335 A JPS58500335 A JP S58500335A
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ステイ−ブンソン・ト−マス・テイ−
ゼニオス・マリオス・シ−
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キャタピラー インコーポレーテッド
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    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、概括的に言えば内燃機関に関し、より具体的に言えばそのような機関 の実速度と進角とを測定する装置に関する。
背景技術 内燃機関の動作の基本的な制御は燃料ポンプにより機関のシリンダに供給される 燃料の量を変えること、および、圧縮行程においてピストンが上死点に近づいた ときにシリンダ内の燃′I#+を点火する時期を制御することによって遂行され る。一般的に、シリンダに供給される燃料の量は機関の速度を制御し、点火時期 は燃料燃焼の効率を制御する。
典型的な4サイクル・ディーゼル機関においては。
機関速度の172の速度で機関のクランク軸により歯車駆動される調時軸が調時 機構により燃料ポンプの燃料カム軸に結合され1機関の1回転の間に機関のシリ ンダの半分に、次の1回転にシリンダの残シの半分に。
燃料が供給される。制御可能な燃料調節棒は燃料ポンプが機関のシリンダに供給 する燃料の量を変え、v!A時機構は調時軸と燃料カム軸との間の角度関係を変 えて、その圧縮行程において上死点に達しつつあるピストンに関して適正な時点 で機関のシリンダ内に燃料が供給される。変化する条件下で機関の性能を最大の 効率に維持するよう機能する電子式機関制御システムを設けるためには、機関の 実速度と進角の大きさについての正確な情報を得る必要がある。
間に速度と進角の情報が何度も何度も順次更新されねばならない。
所望の機関速度・進角情報を得るための適当な装置を提供するには多くの問題が ある。
まず装置は、早々と起こる制動の事故や損失を防ぐために、機関の分解整備の時 間に見合うような、あるいはそれ以上の寿命を持たねばならない。この要求を満 たすために、速度と燃料カム軸の移動角度の検出に使用される構成要素は単純で 、素朴で、無接点でなければならない。
機関ひずみの存在は1機関速度と進角に関する正確な情報の提供に深刻な問題を 呈する。簡単に言えば、内燃機関にはピストンの順次動作の期間機関の瞬時速度 を正弦波的に変化させる固有の不平衡があジ、機関は半分のピストンの動作中加 速され残9半分のピストンのひきつづいての動作中減速される。正弦波的動作の 完全1サイクル期間、もし機関が所与の平均速度で動作し、1回だけ瞬間機関速 度が測定されるのであれば、順次瞬間速度のそれぞれの測定は前と同様である。
同様に、もし万一平均機関速度が変化すると、w14間速度測定も直接それに伴 って変化する。
しかし、本発明で望むように、もし速度測定を正弦波動作の完全1サイクル期間 に1回よりも多(行なおうとするならば、たとえ平均機関速度が同一であるとし ても順次瞬間速度測定は互いに異なったものとなろう。このように1機関動作の 1完全正弦波サイクル期間に仄々と何回も有用な速度情報を得るためには1機関 ひずみの影響を無クシて順次情報片がそnぞれ平均機関速度に対して同じ関係を もつようにしなければならない。
進角の測定は、調時軸の上の固定点が移動して通過するのを検知するよう動作で きる第1のセンサと燃料カム軸上の固定点が移動して通過するのを検知するよう 動作できる第2のセンサとにより、またこの2つのセンサの動作の間の時間を測 定する手段により行なわれてきた。この時間経過は、調時機構によって発生され る両軸間の位相角に比例するので、進角の大きさに関する情報を提徂するのに用 いることができる。しかし、従来考案されてきたシステムは、正確な進角情報を 提供すgJ、、に、注意深い初期機械的調節をセンサ・システムに対して行なう ことを要求する。従って、進角測定のための同様なでンサ・システムであって、 そのような初期関節を必要としないようなものを提供することは望ましいことで ある。
寿命と変動する温度の条件がしばしば構成成分の匝を変化せしめるので、アナロ グ情報を提供する速度・進角測定システムは固有的に不正確である。従って、デ ィジタル情報が得られるシステムを提供することは望ましいことである。
本発明は上述した問題の1つあるいはそれ以上を克服することを目的としている 。
本発明の1つの特徴によれば、第1と第2の軸および両軸間の所望の、かつ可変 の角度関係で調力の軸が他方の軸を駆動するだめの調時手段を有するシステムに おいて、第1と第2の軸の各速度に比例する速度で円径路を回転可能な第1と第 2の感知部材と;それぞれの径路における所定の点を通過する第1と第2の感知 部材の移動に応答してそれぞれ第1と第2の信号を発生する第1と第2の信号発 生手段と;固定周波数クロックと;引き続く第1の信号と第1信号の間に発生す るクロックパルスの数の第1カウントと引き続き第1の信号と第2の信号との間 に発生するクロックパルスの数の第2カウントとを得るための手段と;第1カウ ントと第2カウントの比に比例する角度指示信号を発生するだめの、あるいはま た、第1カウントに反比例する速度指示信号を発生するための、あるいはその両 方を発生するだめの手段と:を霞えたセンサ・システムが提供される。
本発明のもう一つの特徴は、正弦波的ひずみ効果が。
軸の完全1回転の期間多数のひきつづ(角度指示信号あるいは速度指示信号また はその両方を得ることによって平均化され、また新しい信号ヲ侍るたびに、所定 の数の順次信号が7II]真され該所定の数で割られる。
本発明の別の特徴は、第1と第2の信号発生器のうちの調力からの信号と信号発 生器のうちの他方からの仄の信号との闇に発生するクロックパルスの数を計数す ること、信号発生器のうちの上記他方力・らの上記法の信号と信号発生器のうち の調力からの次の信号との間に発生するクロックパルスの数を計数すること、お よびこれら2つのクロックパルスの数を加算することによって第1のカウントを 得ることである。
本発明のまた別の特徴は、最小進角に対応する初期角度指示信号を得てそれと次 に得る角度指示信号と比較して最小進角からの実際の進角罠対応する信号を発生 する点にある。
上述の特徴および他の特徴は以下の詳細な説明を添付図面と関連して考察すれば 明確になろう。
図面の簡単な説明 図面は本出願の一部を構成しその中では同様な部分は同様な参照番号で示されて いるが。
第1因は本発明を利用している機関・燃料ポンプシステムの概略図であり: 第2図は機関ひずみの効果を示すグラフ図であり;。
第6図は本発明のひずみ相殺技術を示すグラフ図であり; 第4図は第1図のデータ処理装置の一例のブロック図であり; 第5図はセンサと燃料カム軸センサによって発生され、第4図のデータ処理装置 で用いられる信号のタイムチャートであり; 第6図は第4図のデータ処理装置を一部変更したものであり; 第7図は第1図のデータ処理装置の別の一例のブロック図であり; 第8図はセンサおよび燃料カム軸センサによって発生され第7図のデータ処理装 置に使用される信号のタイムチャートである。
本発明の最適実施態様 包発明の好適実施例が示されている図面を参照すると、第1図には4サイクル・ ディーゼル機関のような内燃機関10が概略的に示されており、それはクランク 軸11を有していてそ、ttK機関速度の1/2の速度で回転するよう円形・・ ズミ車部材12が固定されている。
クランク@11と調時軸16にはそれぞれ噛合両車13と14とが設けられてい て機関の回転ヲ調時軸16に伝達する。図示するように1機関10、クランク軸 11および歯車13と14は、歯車13と14の一歯数比に依存する比例定数を もって機関速度に正比例する回転速度で調時軸16を駆wJするための駆動手段 17を構成する。4サイクル・ディーゼル機関のための歯数比は1例えば調時軸 16が機関の速度の1/2の速度になるよう駆動されるようなものである。
調時手段18は、調時軸16Vcよって燃料ボンデ21の燃料カム軸19を回転 駆動し、調時軸16と燃料カム軸19との間の角度的関係を所定の範囲内で変え るために設けられている。第1図に図示するように、調時手段18は、それぞれ 調時軸16と燃料カム軸19とに固定された歯車23と24とを含むことができ 、歯車23の駆動は、おのおのが歯車23と24の両刀と噛合っていて主@28 上で回転可能である歯車26と27とによって歯車24に伝達される。主軸28 はバネ31によって零基準固定ストップ29の万に偏倚されている。システムは 最初、主軸28がストップ29に抗しているとき燃料カム軸19は燃料ポンプ2 1に機関ピストンの上死点の前の最小の進角(典型的には14°)のところで燃 料タンク32と燃料ライン33ハ・ら燃料を機関10I7c供給させるように初 期ベンチ設定される。勿論、この角度的関係を制#するのに他の型の差動装置も 使うことができよう。
調時手段18は、燃料供給の進角な、進角アクチュエータ36に応答した弁34 の作動による機関10の最小期間動作よシも大きい所定の値のところで設定せ。
しめ、その結果水圧リング38のピストン37が伸長しあるいは収縮して歯車主 軸28をストップ29がらを°まなれた所望の位置まで移動せしめる。その所望 の位置では、歯車26と27は燃料カム軸19が調時軸16と同一速度で駆動さ れるようにするが1両軸の角度的関係は最小進角関係からすでに増加されている 。
燃料ポンプ21は、燃料ラック・アクチュ乎−タ42V5制御されて燃料ポンプ を通る燃料の流量を制御する可動燃料ラック41を有する。
第1の回転応答手段46は、Nを整数としたとき機関10が360/N度回転す る度毎に信号を発生するために設けられている。図示されているように、回転応 答手段46は1円板45において・・ズミ車の軸に関して等角度的に離間されま た該軸から等しい距離だけ離れた複数個の孔47を含む。この円板45は歯車1 4と23の間の位置で調時軸16上に軸支されている。円板45の孔47は1強 磁性体円板上で調時軸16のまわりの円形径路を回転する磁気感応部材を構成す る不規則性を提供する。同様に、円板45は歯が磁気感応部材として働(歯車で あってもよい。
回転応答手段46はまた。孔47の移動する円形径路上の所定の点を1つの孔4 7が通過する度毎にそれに応答して第1の信号49(第5図)を発生するための 第1信号発生手段48を含む。特に、信号発生手段48は移動円形径路ic隣接 して配置された固定磁気センサ50を含み、このセンサ50の位置は孔47の移 動径路上の上記所定点を決定する。
例示するように、円板45は孔47を有しているので、第1の信号49は調時軸 16が360/24度すなわち15度回転する毎に発生される。調時軸16は機 関速度のl/2の速度で駆動されるので、第1の信号は機関が60度回転する毎 に発生されることになる。
第2の回転応答手段51は機関が3607N度回転する度毎罠第2の信号を発生 するように設けられる。例示するように、回転応答手段51は燃料カム軸19に 固定されてそれと共に回転する強磁性の円板部材52を含み1円形部材52は部 材23のまわりに等角度に離間されかつカム軸19の軸から等距離の複数個の孔 53を有する。上述したように、孔53はカム軸19のまわりの円形径路を移t lhする磁気感応表面不規則性部材を提供する。
回転応答手段51はまた。孔53の移動円形径路上の所定の点を1つの孔53が 通過する度毎にそれに応答して第2の信号55(第5図)を発生する第2信号発 生手段54を含む。例示するように、信号発生手段54は孔53の移動円形径路 に隣接して配置された固定磁気センサ56を含む。センサ56の固定された位置 もまた孔53の移動径路上の前記所定点を決定する。
例示するように、円形部材52は24個の孔53を有し、従って第2の信号55 はカム軸19が15度回転する度毎に発生される。すなわち、燃料カム軸19は 機関速度の1/2の速度で駆動されるので第2の信号は機関10が60度回転す る度毎に発生されること罠なる。
例示したシステムにおいて、任意の時間の間、例えば機関のクランク軸11が完 全に1回転するのにρ・\る時間、あるいはまた調時軸16あるいは燃料カム軸 19のどちらかが完全に1回転するのにかかる時間の間、ハズミ車センサ50か らの第1の信号49の数は燃料カム軸センサ56からの第2の信号55の数と等 しく、また、隣接する第1の信号の間の時間間隔は隣接する第2の信号の間の時 間間隔に等しい。第1の信号49と第2の信号550位相関係は調時手段18に よって設定される進角に従って変化する。
センサ50と燃料カム軸センサ56からの第1と第2の信号はデータ処理装置6 0に送られ、そこで信号は機関の速度と燃1+ポンプの進角に比例するディジタ ル信号を発生するのに用いられる。
本発明によれば、機関速度・進角信号はまた機関ひずみの影響を相殺するような 方法で発生される。上述したように、ピストン動作内燃機関は機関の動作に規則 的な乱れを発生せしめる不平衡を内在している。機関が1回完全に回転する間に 半分のピストンがクランク軸を駆動し、次の1回転の間に残9半分のピストンが クランク軸を駆IJJJするため、また、これら2つのシー−ケンスがそれぞれ 区別できる1組の乱れを有しているため、この2回転は正確に言って決して同じ 特性を有しているわけではない。クランク軸が完全1回転する期間にそれに伝達 される力はその直前あるいは直後の完全1回転におけるものとはいくらか違った ものである。
第2図でみられるように、機関の固有不平衡は機関の完全2回転の期間に完全1 サイクルの1/2オーダのひずみを発生し、機関の完全1回転の間には第1のオ ーダのひずみを1機関の1/2回転の間には第2のオーダのひずみを、というよ ・うに順次大きさの小さくなる高次のひずみを発生する。ひずみの結果として、 機関の瞬間速度は機関の回転に伴って変動する。駆動システムと−・ズミ車の質 量はこの不平衡の効果を抑制するが、実際の速度はなお機関の2回転の間に正弦 波的に変動し機関は父互に加速された9減速されたりすることになる。
本発明においては、機関の瞬間値(工機関の完全1回転毎に1度だけ平均速度と 同一になり1機関の残シの回転期間は平均速度とは異なるという事実にもρ・θ ・わらず、(機関の運転中平均速度が迅速に追跡されうるように)各信号が機関 の平均速度を表わすような信号を例えば機関の各回転毎に6回あるいは12回と いうように迅速に繰り返し発生される信号を得ることが望まれる。
本発明において機関ひずみの効果を相殺するために用いられる技術は第6図に例 示されている。
機関の瞬間速度は機関の完全1回転毎に凡44回測定される。ここで、Nは機関 の完全1回転の期間にセンサ50から信号が発生される回数を表わす整数であり 、Mは、新規の、更新された速度の測定がセンサ5oがら信号が1つ発生される 度毎に行なわれるのが、あるいは新規の、更新された速度の測定がセンサ5oが ら発生される信号1つおきに行なわれるのがということに依存して、1または2 である。Pを機関の回転数を表わす整数としたとき、機関の2回転の期間の平均 速度を得るために、隣接する(VM)P個の瞬間速度測定値を加算し、それを( N/M) pで割る。
例えば、もし、速度測定を機関の完全2回転(P=2)について平均するのであ って、24個の孔47¥もった円板45を備えた回転応答手段46を用い(円板 45は機関の半回転で回転するのでN=12)、速度測定はセンサ50のところ を1つの孔47が通過するのをセンサ50が感知する度毎(M=1)に行なう( 第7図、第8図に示すように)ものとすれば、24回の順次速度側定直を平均す ること九なる。第3図で見られるように、もしaで始まりa′で終わるサンプリ ング期間K J6ける24個のサンプリング点で瞬間速度を測定するならば、# 関連度測定値の半分は平均機関速度より大き(半分は小さく、従って平均すると 24個の速度測定値はこのサンプリング期間の機関の平均速度に等しくなる。こ のことは、他の任意のサンプリング期間s b−bZ c−c’、等にもあては まる。
明らかなように、速度の平均化を各点a / 、 bZ 、 c/等で行なうな らば、平均機関速度は機関は2の360/H倍、すなわち60度回転する度毎に 更新されることになる。
またもし、第4図および第5図に示すよ5に、瞬間温度の測定を孔47の1つお きに行なう(M=2)のであれば、機関の完全2回転の間に例えばa r Or  6゜等というように、12回の速度測定が行なわれることになる。これら、順 次行なわれる平均化は実際の平均機関速度に等しいが、平均機関速度の情報は機 関が60度回転するごとに得られるだけである。
第4図は、センサ5oと56による信号の発生に応答して平均速度信号と平均進 角信号とを発生するために用いることができるデータ処理装置6oの一実施例を 示す。第5図にみられるように、センサ5oはそこを円板の各孔47を通過する のに応答して一連の第1信号49を発生する。この信号の隣接する前縁間の時間 経過は71である。第1の信号49と第2の信号55とは調時手段18の位置に 依存する量だけ互いに位相がずれ、第2の信号55の前縁とそれのすぐ次の第1 の信号49の前縁との間の時間経過はT2である。時間経過Tlは機関速度に反 比例し1機関の回転速度が速くなればなるほど短(なりその逆もなり立つ。時間 経過T2は、調時軸16と燃料カム軸19の間の任意の位相関係に対して、これ もまた機関速度に反比例する。比T2/T1は調時軸16と燃料カム軸190間 の位相関係の大きさに比例し、機関速度には無関係VcPfr与の位相関係の大 きさに対して一足に維持される。
第4図のデータ処理装置6oにおいて、固定周波数クロック65は一連の連続高 周波クロックパルスを発生しこれはTl)f−トロ6とT2デート67の各入力 に印加される。円板センサ5oからの第1の信号49はフリップフロップ68に 印加され、交番する第1信号49によるフリップフロップの高レベルQ出カはT lデート66を閉ざし、次の第1信号49によるフリップフロップの高レベルQ 出カはTlゲート66を開く。
Tlr−ト55が閉じている期間、クロック65がらのクロックパルスはこのr −トな通ってT1パルスカウンタ69に行き計数される。次にT1ゲートが開− また時、このT1パルスカウンタ69はひきつづいた第1信号49の始まりから 終りまでの時間間隔の期間に発生したクロックパルスl)カウントを保持してい る。クロック65は固定周波数であるから、T1パルスカウンタ690カウント は機関速度に反比例することになる。
Tlf−トが開いた後、T1カウンタのカウントTl(t)丁なわち機関回転3 00に対する瞬間カウントが定数録と共に除算器71に印加され、除算器71は 定数”B ’a”h(t)で割るよう機能し速度指示手段として働いて瞬間速度 指示信号S P D(t)を発生する。この信号S PD(t)はカウンタ66 のカウントTl(t)に反比例し従ってTlゲート66の閉成期間に測定された 瞬間機関速度に正比例する。定数KRは、有用な8ビツト・バイナリ符号化S  P D(t)信号が得られるよ5な比率をTl(t)カウントに与えるように選 ばれる。これはデータがレジスタにロードされる毎に行なわれる。
S P D (t)信号は次にHP/M個のセルを有するシフトレジスタ720 入力セルに印加される。今説明している実施例においては、シフトレゾスタフ2 は12個のセルを有しているものとする。機関が連続的に回転する時、逐次発生 される速度指示信号5PD(t)はシフトレジスタ72に印加されシフトレジス タはいつでも12個連続する最も新しい速度指示信号を持つことになる。
新しい5pD(t)信号がシフトレジスタ72に入るとその度毎にシフトレジス タのすべてのセルの中の信号がここでは加算器−除算器として示されている速度 平均化手段73に印加され、そこでNP/M個の速度指示信号が加算され加算値 がNP、、7Mで割られて平均速度信号が発生される。加算器−除算器73はこ の平均速度信号を8ビツトラツチ74に入力し、この信号は次の平均速度信号が 発生されるまでそこに記憶される。このラッチされた信号は次に所望に応じて機 関の制御システムで用いられる。
T%7”−ト55が第1パルス61に応答したフリップフロップ68の高Q出力 によって閉じられている期間、フリップフロップ68のこのQ出力はまたアンド デードア6にも印加され燃料カム軸センサ56からの次の第2信号55がT2) f−ト57を閉じることを可能にする。T2r−ドロアはTlデート66を開く のと同じ第1パルス61に応答して開かれるOT2デートの閉成期間、Tgカウ ンタ77はr−ドロア’に通過するクロックパルスを計数し、第2信号55で始 まりそれにひきつづく次の第1信号49で終わる時間間隔の間に発生するクロッ クパルス数のカウントを得る。
図示するように、ゲート66.67とパルスカウンタ69.77とはパルス発生 手段48からの第1信号49で始まりそれにつづ(次の第1信号49で終わる時 間間隔T□の間に発生するクロックパルスを計数し、またパルス発生手段51か らの第2信号55で始まりそれにつづく次のパルス発生手段48からの第1信号 49で終わる時間間隔T2の間に発生するクロックパルスを計数するための計数 手段78を構成する。
機関が最初に始動すると、調時手段18は最小進角、例えば14°BTDC!に あり、調時軸16と燃料カム軸19の間には最小進角をもって機関に燃料供給を なさしめる初期角度位相関係が存在する。同様に1円板セ。
ンサ50からの第1信号49と燃料カム軸センサ56からの第2信号55の間に は最小進角に対応する初期第1信号55よシある特定の回転角度だけ先行する。
燃料カム軸19上の円形部材52は、その孔53が円板45の孔47に関して特 定の位置関係を有しているか否かということには無関係に、そこへ任意に固定で きるが、それは本発明の一つの特徴である。例えば、ある機関では、所与の進角 に対して第2信号55とそれにひきつづ(次の第1信号49の間の機関の回転は 10°であってよく、また別の機関においては、同一の進角に対して、第2信号 55とそれにひきつづく次の第1信号490間の機関の回転は20を必要とする かも知れない。
しかし1円板45が調時軸16に固定され円形部材52が燃料カム軸19に固定 され、またセンサ部材50.56が感知孔47と53の円形径路に関して固定さ れているようなシステムはどのようなシステムであっても、第2信号55とそれ にひきつづく次の第1信号490間で機関が回転しなければならない角度はどの ような進角の大きさに対しても同一である。
機関が起wJjると、機関は最初最小進角で動作する。
両カウンタ69.77のカウントはどちらも、定数KTと共に除算器79に印加 され、除算器79は最小進角。
丁なわち14°BTDC!に対応する初期、あるいは基準迄角信号T工M(o) =T2(。)KT/TlF。)を発生するよう機能する。
−万のカウントを他方のカウントで割ると、第1信号49とそれにひきつづく次 の第1信号49との間の機関の回転の大きさ、対、第2信号55とそれにひきつ づ(次の第1信号49との間の機関の回転数の大きさ、に比例する信号が与えら れる。この信号は従って機関の速度には無関係である。定数に、は有用なバイナ リ符号化信号を得るような比率を除算されたカウントに与えるためのものであっ て機関が隣接する第1信号間で回転する角度を表わしている。図示した特定のシ ステムにあっては、もしT1= ’r2ならば、信号TlMは進角30°を表わ すことになる。
初期進角信号T I M (0)は次に、データ処理装置60で使用されるため に機関が停止するまで記憶される。
初期進角信号TlMIO)が発生されてしまうと、カウンタ69と77のカウン トが除算器80に印加され、除算器80はカウンタ69.77による新しいカウ ントのたびごとに、瞬間進角信号T I M (t)−T2(t)KT/ T1 (をンを発生するよう機能する。第4図実施例においては、カウンタ69,77 にカウントが発展するのに機関は30°回転する必要があり1次にろ0機関が回 転すると新しい進角信号T 工M (t)が発生する。従って1機関の完全1回 転毎に6個の新しい進角信号T I M (t)が発生する。
初期および瞬間進角信号T I M (0)とTIM(t)は論理回路81に印 加される。もし瞬間進角信号TIM(t)の大きさが初期進角信号T 工M ( o)の太きさより小さくなけれ ・ば、機能ブロック82は瞬間進角信号TIM (を功・ら初期進角信号TlM(0)を減算して調時手段18が発生する進角の 実際の大きさに比例する真の進角信号TIM(t)を発生する。もしまた瞬間進 角信号T I M (t)が初期進角信号TlM(0)より小さいと、機能ブロ ック83は角1fK、’&瞬間進角信号T I M (t)に加算しそこから初 期進角信号TIM(0)’i減算して最小進角から進む実際の角度に比例する正 の真の進角信号T 工M (T)を発生する。
ひきつづ(真の進角信号T I M (T)はNP/M個のセルをもつシフトレ ジスタ84に入力されそれを介して前進させられる。新しいT 工M (T)信 号がシフトレジスタ84に入力されるたび毎に、シフトレジスタのセルの中のT  I M (T)信号は、平均進角信号を発生するための角度平均手段として拗 (加算器−除算器85に印加される。
この信号は8ビツト・ランチ86に出力され次の平均進角信号が発生されるまで そこに記憶される。このラッチされた信号は所望により機関の制御システムにお いて用いられる。
第6図は第4図システムの一つの変形を示すがそれは、最小進角から20°の最 大進角が得られるように進角手段18が物理的に強制される機関システムに用い られる。この場合、進角信号TlM(o) 、 T工M(t)はT工M(o)> 10°論理回路81aとT工M(t)>10論理回路−81bに印加され、機能 ブロック82.83はこれら論理回路に応じて作動され所望の真の進角信号TI M(T)を発生する。
上述したように、第4図のデータ処理装置60が第1図の機関燃料ポンプシステ ムと共に用いられると、円形部材52は燃料カム軸19に任意に固定されるが。
平均速度信号と平均進角信号とは機関の完全1回転に対して6回だけ更新される にすぎない。
第7図のデータ処理装置60aは、第1図の機関燃料ポンプシステムと共に用い られると、同じ第1と第2の回転厄答手段46,51を用いて、機関の完全1回 転毎に12回(M=1)平均速度信号と平均進角信号の更新を可能にする。この 実施例においては、しかし、円形部材52は燃料カム軸19に正確に位置づげる 必要があり(丁なわち固定センサ49または55もしくはその両刀の固定位置を より正確に選ぶ必要があり)、最小の進角で特定の第2信号55が特定の第1信 号49の少し前で発生され、最大進角では第2信号が四じ第1信号49の前では あるが先行する第1信号49の後で発生される。例えば、もし最大進角が最小か ら20°のところであるならば1円形部材52は、最小進角で第2信号55が第 1信号49の前方1度と9度の間のどこかで発生されるように噂料カム軸19上 に配置すべきである。
第7図のデータ処理装置60aは、燃料カム軸56カ・らの第2信号55のおの おのがT2)f″−ドロアを閉じるために用いられ、このケゞ−ト+sセンサ5 oがらの次の第1信号49で開かれる、という点で第4図のそれと異なる。従っ て、固定周范数20ツク65がらのクロックパルスのT2カウンタ77による新 しいカウントが機関の回転60°毎に1回、すなわち機関の完全1回転に12回 得られる。
データ処理装置60aはまた。r−トロ6がセンサ50からの第1信号49のお のおのによって閉じら札燃料カム軸センサ56カ・らの次におこる第2信号55 によって開かれる。この期間のクロックパルスはT3カウンタ69aで計数され 、そのカウントはこの期間の長さに比例する。
このT3カウントが得られるとそれは、T2カウンタ77がクロックパルスを計 数している間に、加算器59bK送られT3カウンタ69aのリセットを可能に する。カウンタ77で得られたT2カウントもまた加算器691)に送られ1次 のT3カウントを得ている間にTl = T2↓T3信号が発生される。第8図 にみられるように、センサ信号49と55の時間関係には無関係に1時間T2  + ’r、、は常に時間T1に等しい。
このようにして、r−トロ6と67、パルスカウンタ69aと77、および加算 器59 b4まパルス発生手段48からの第1信号で始まりひきつづく次の第1 信号で終わる時間間隔T1に発生するクロックパルスを計数し、またパルス発生 手段51からの第2信号55で始まりそれにひきつづ(パルス発生手段48から の第1信号49で終わる時間間隔T2に発生するクロックパルスを計数するため の計数手段78を撰成する。
機関の回転30°毎に発生される、加算器691)からのT1信号は次に除算器 71に送られ、シフトレジスタ72(24個のセルを有する)と加算器−除算器 73とによって平均速度指示信号が、上述したと同様に発生される。この場合1 機関の完全2回転に対して24個の耐量速度指示信号か平均化され、機関の回転 60°毎に新しい平均速度指示信号が発生される。
加算器69bからのT1信号とカウンタ7TからのT2信号とは、上述したと同 僚に、それぞれ除算器79と80に印7IIIされ、そこで初期進角信号TlM (0)とそれにつづく瞬間進角信号T I M (t)とが発生される。
燃料カム軸19上の円形部材52は、瞬間進角信号T I M (t)の大きさ が常に初期進角信号T I M (0)のそれより大きいように配置されている ので、これら信号は直接機能ブロック82に送られ、そこで真の瞬間進角信号T IM(T) −T工M(t)−T工M(o肪−発生される。このT I M ( T)信号は1次々と24セル・シフトレジスタ84に送られ、機関の完全2回転 の間に発生する24個の信号か機関の回転30’母に1回ずつ、加算器−除算器 85で平均化され8ビツト・ラッチ86にラッチされる。
産業上の応用 本発明は1機関ひず入の影響を相殺した内燃機関の真の速度・進角ディジタル情 報が得られしかもその情報が機関の1回転の間に多数回絶えず更新されるような システムを提供する。
このようなシステムは、最小の排気を以て最大の運転効率で機関への燃料制御を 調整するために真の機関速度と進角とを知ることが必要な電子式機関制御システ ム特に有用である。
淳フ(−一11コ中ム g升戸1ワー 補正書の翻訳文提出書(啄′ト法第184条の7第1項)特許庁長官 殿 1、特許出願の表示 PCT/US811002682、発明の名称 速度と進 角の測定 3、特許出願人 氏名(名称) キャタピラ−トラクター コンパニー4、代理人 居 所 〒100東京都千代田区大手町二丁目2番1弓新大手町ビルヂ/グ33 1 国際v41報告 請求の範囲 (1) 回転可能な第1と第2の軸(16,19)と。
前記両軸(16,19)のうちの−万(19)を他方で回転可能に駆動するため および前記両軸(16,19)間の角度的関係を所定の範囲内で変えるための調 時手段(18)と、前記両軸(16,19)のうちの他方(16)を選択された 回転速度で駆動するための駆動手段(17)とを有するシステムにおいて:前記 第1軸(16)の速度に絶えず比例する速度で回転可能であり第1の円形径路を 通って移動可能な少な(とも1つの第1の感知部材(47)と;前記第1の円形 径路内の所定の点(50)を通過する第1感知部材(47)の各々の移動に応答 して第1の信号(49)を発生するための第1信号発生手段(48)と; 前記第2軸(19)の速度に絶えず比例する速度で回転可能であり第2の円形径 路を通って移動可能な少なくとも1つの第2の感知部材(53)と;前記第2の 円形径路内の所定の点(56)を通過する第2感知部材(53)の各々の移動に 応答して第2の信号(55)を発生するだめの第2信号発生手段(54)と; 一連の固定周波数クロックパルスを発生するためのクロック手段(65)と;

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11回転可能な第1と第2の軸(16と、前記両軸(1のうちの一方(19) を他方で回転可能に駆動するためおよび前記両軸(16,19)間の角度的関係 を所定の範囲内で変えるためのを選択された回転速度で駆動するための駆動手段 (17)とを有するシステムにおいて:前記第1軸(16)の速度に絶えず比例 する速度で回転可能であり第1の円形径路を通って移動可能な少なくとも1つの 第1の感知部材(47)と:前記第1の円形径路内の所定の点(50)を通過す る第1感知部材(47)の各々の移動に応答して第1の信号(49)を発生・す るための第1信号発生手段(48)と; 前記第2軸(19)の速度に絶えず比例する速度で回転可能であり第2の円形径 路を通って移動可能な少なくとも1つの第2の感知部材(53)と;前記第2の 円形径路内の所定の点(56)を通過する第2感知部材(53)の各々の移動に 応答して第2の信号(55)を発生するための第2信号発生手段(54)と; 一連の固定周波数クロックパルスを発生するためのクロック手段(65)と; 計数手段(78)であって、 (a) 前記第1と第2の信号発生器(48,54)のうちの−万(48)から の@接する信号によシ始−1:f)そして終わる時間間隔(TI)の間に発生す るクロックパルス数の第1カウントと、(b) 前記第1と第2の信号発生器( 48,54)のうちの他方(48)からの引きつづく信号(949)で終わる時 間間隔(T2)の間に発生するクロックパルス数の第2カウントと。 を得るための計数手段(78)と; 前記計数手段(78)の前記第1と第2のカウントの比に比例する角度指示信号 を発生する1こめの角度指示手段(79−83)と; を含むことを特徴とする前記システム。 (2)請求の範囲第1において、前記計数手段(78)の前記第1カウントに反 比例する速度指示信号を発生するための速度指示手段(71)を含む前記システ ム。 (3)請求の範囲第1項において、前記第1と第2の感知部材(47,53)は 磁気感知性を有し、前記第1の信号発生手段(48)は前記第1の円形通路にお ける前記所定点に隣接した第1の磁気センサ(50)を含み、前記第2の信号発 生手段(54)は前記第2の円形通路における前記所定点に隣接しTこ第2の磁 気センサ(956)=a−含む前記システム。 (4)請求の範囲第1項において、それぞれの中心のまわシを回転可能な第1と 第2の円形部材(12,52)を含み、前記第1の円形部材は等角度に離隔され た複。 数個の前記第1の感知部材(47)’&有し、前記第2の円形部材は等角度に離 隔された複数個の前記第2の感知部材(53)を有する前記システム。 (5)請求の範囲第4項において、前記第1信号発生手段(48)のひきつづ( 信号(49)の間の時間の長さは前記第2信号発生手段(54)のひきつづ(信 −号(55)の間の時間の長さと等しい前記システム。 (6) 請求の範囲第4項において、前記第1と第2の感知部材(47,53) は磁気感応性であり、前記第1信号発生手段(48)は前記第1の円形径路にお ける前記所定点に隣接する第1磁気センサ(50)v含み、前記第2信号発生手 段(54)は前記第2の円形径路における前記所定点に隣接する第2磁気センサ (56)を含む前記システム。 (力 請求の範囲第4項において、前記計数手段(78)の前記第1カウントに 反比例する速度指示信号を発生するための速度指示手段(T1)を含む前記シス テム。 (81m求の範囲第4項において、前記第1と第2の感知部材(47,53)の 数は、Nを整数としたとき前記第1と第2の軸(16,19)のうちの−万〇完 全1回転の期間に前記第1と第2の発生器手段(48゜54)によって前記第1 と第2の信号(49,55)がそれぞれN個発生されるような数であり、前記計 数手段(78)はMを整数としたとき前記完全1回転の。 期間にN7M個のひきつづく第1と第2のカウントを得る機能をさらに有し、前 記角度指示手段(79−83)は前記完全1回転の期間にN7M個のひきつづく 角度指示信号を発生する機能をさらに有し、前記完全1回転のひきつづく所定の 回数を表わす整数なPとしたときNP/M個のひきつづく前記角度指示信号の和 を数NP/Mで割ったものに等しい平均角度信号を発生するための角度平均化手 段(84,85)を含む前記センサ。 (9)請求の範囲第8項において、前記計数手段(78)はひきつづ(2つの前 記時間間隔(T2)の間の時間間隔(T3)の間に発生するクロックパルス数の 第3カウントヲ得ること(69a)によって前記第1カウント?得、前記第2カ ウントのうちの一万に第3カウントを加える(69b)ことによって得る前記シ ステム。 Q(I 請求の範囲第8項において、前記計数手段(78)は第1.第2のパル スカウンタ(69,77)と、前記クロック手段(65)と前記第1パルスカウ ンタ(69)との間に接続された第1y−ト(66)と、前記クロック手段(6 5)と前記第2パルスカウンタ(77)との間に接続された第2デート(67) とを含み、前記第1’F”−ト(66)は前記第1と第2の信号発生手段(48 ,54)のうちの−万(48)からのひきつづく信号(49)に応答して次々と 開が 。 れ閉じられ、前記第2r−ト(s7)は前記第1と第。 2の信号発生手段(48,54)のうちの他方(54)からの信号(55)に応 答して閉じられ、前記第1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの前記− 万(48)からの信号(49)に応答して開かれる、前記システム。 (II)請求の範囲第8項において、前記計数手段(18)は第1と第2のパル スカウンタ(69a、77)と、前記クロック手段(65)と前記第1パルスカ ウンタ(69a)の間に接続された第1Jf−1(66)と、前記クロック手段 (65)と前記第2パルスカウンタ(77)の間に接続され1こ第2)f−ト( 67)とを含み、前記第1デート(69a)は前記第1と第2の信号発生手段( 48,54)のうちの他方(54)からの信号(55)に応答して閉じられ5前 記第2デート<77)は前記第1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの 前記他方(54)からの信号(55)に応答して閉じられ前記第1と第2の信号 発生手段(48,54)のうちの前記−万(48)からの信号に応答して開かれ る、前記システム。 u7J請求の範囲第8項において、それぞれが前記計数手段(78)の前記第1 カウントに反比例する速度指示信号を、前記完全1回転の期間にN7M個ひきつ づいて発生するだめの速度指示手段(71)と、前記HP/M個のひきつづいた 速度指示信号の合計を数NP/Mで割ったものに等しい平均速度信号を発生する だめの。 速度平均化手段(72,73)とを含む前記システム。 (131請求の範囲第12項において、前記計数手段(78)は前記第2カウン トが得られる時間間隔(T2)のひきつづく2つの間の時間間隔(T3)の間に 発生するクロックパルス数の第6カウントを得ること(69a)および該第6カ ウントを前記第2カウントのうちの1つに加算すること(69b)によって前記 第1カウントを得る機能を有する、前記システム。 α滲 請求の範囲第12項において、前記計数手段(78)は第1.第2のパル スカウンタ(69,77)と前記クロック手段(65)と前記第1パルスカウン タ(69)の間に接続された第1r−ト(66)と、前記クロック手段(65) と前記第2パルスカウンタ(17)の間に接続された第?7”−)(67)とを 含み、前記第1)i″″−)(66)は前記第1と第2信号発生手段(48,5 4)のうちの−万(48)からのひきつづく信号(49)によって順次閉じられ たり開かれたりし、前記第2”−ト(67)は前記第1と第2信号発生手段(4 8,54)のうちの他方(54)からの信号(55LK応答して閉じられ前記第 1と第2信号発生手段(48,54)のうちの前記−刀(48)からの信号(4 9)に応答して開かれる、前記システム口 u5 請求の範囲第12項において、前記計数手段(T8)は第1と第2のパル スカウンタ(69a、77)と、前記クロック手段(65)と前記第1パルスカ ウンタ(69a)の間に接続された第1’7”−ト(66)と、前記クロック手 段(65)と前記第2パルスカウンタ(77)の間に接続された第2ゲート(6 7)とを含み、前記第1デー1’(69a)は前記第1と第2の信号発生手段( 48,54)のうちの−万(48)から、の信号(49)で閉じられ前記第1と 第2の信号発生手段(48,54)のうちの他方(54)からの信号(55)に よって開かれ、前記第2デート(77)は前記第1と第2の信号発生手段(48 ,54)のうちの前記−万(54)・ρ・らの信号(955)によって閉じられ 前記第1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの前記−万(48)からの 信号(49)によって開かれる。前記システム。 (161請求の範囲第8項において。 T工M=前記角度指示信号。 T□ =前記計数手段の前記第1カウント。 T2 −前記計数手段の前記第2カウント、TIM = (T2/ Tl)KT であり、また、前記角度指示手段(7983)は(a) 初期基準角度指示信号 TlM(0)4発生し、(1)) その後の角度指示信号TlM(t)を発生し 。 (C) 補正された角度指示信号T工M(T)、 jなわちTIM(T)=TT IM(t)−T IM (0) (TIM (t)≧T I M (0)のとき )TIM(T)= TIM(t)十KT TIM(Oン(TIM(t) < T IM(0)ノとき)を発生する機能をさらに有する、前記システム。 α7)請求の範囲第1において、前記駆動手段(17)は機関(10)と、機関 に駆動されるクランク軸(11)と、前記第1軸(16)に接続された第1歯車 (14)と、前記クランク軸(11)に固定され前記第1歯車(14)と噛合う 第2の歯車(13)とを含み、前記システムは前記機関(10)に燃料を供給す る燃料ポンプ(21)を含み、該燃料ポンプ(21)はカム軸(19)を有し前 記第2軸(19)は該カム軸(19)であり、前記第1と第2の歯車(14,1 3)は前記クランク軸(11)の完全2回転毎に前記第1軸(16)が完全1回 転するような歯車比を有している、前記システム。 08 請求の範囲第17項において、それぞれの中心のまわりを回転することが できる第1と第2の円形部材(12,52)を含み、前記第1の円形部材(12 〕上でそのまわ9で等角度に離間配置されたIJ数個の前記第1の感知部材(4 7)が存在し、また前記第2の円形部材(52)上でそのまわりで等角度に離間 配置された複数個の前記第2の感知部材(53)が存在する。前記システム。 αl 請求の範囲第18項において、前記計数手段(78)の前記第1カウント に反比例する速度指示信。 号を発生するだめの速度指示手段(71)を含む前記システム。 (2、特許請求の範囲第18項において、前記第1と第2の感知部材(47,5 3)の数は、Nを整数としたとき前記機関駆動クランク軸(11)の完全1回転 の期間に前記第1と第2の信号発生子゛段(48,54)によって前記第1と第 2の信号(49,55)がそれぞれN個発生されるような数であや、前記計数手 段(78)はnvgaとしたとき前記クランク軸(11)の前記完全1回転の期 間にN/間個のひきつづ(第1と第2のカウントを得る機能をさらに有し、前記 角度指示手段(79−83)は前記クランク軸(11)の前記完全1回転のひき つづく所定の回数を表わす整数tPとしたときNP/M 備のひきつづ(前記角 度指示信号のオロヲ数NP/Mで割ったものに等しい平均角度信号を発生するだ めの角度平均化手段(84,85)k含む前記システム。 シυ 請求の範囲第20項において、前記計数手段(78)は前記第2カウント が得られる時間間隔(T2)のg接iる2つのものの間の時間間隔(T3)の間 に発生するクロックパルス数の第6カウントを得ることと(69a)、該第6カ ウントを前記第2カウントのうちの一万に加算すること(69b)によって前記 第1カウントを得る機能をさらにもつ、前記システム。 (2、特許請求の範囲第20項において、前記計数手段(78)は第1と第2の パルスカウンタ(69,77)前記クロック手段(65)と前記第2パルスカウ ンタ(7T)に接続された第2デート(67)の間に接続された第2)f−ト( 67)とを含み、前記第1デート(66月末前記第1と第2の信号発生手段(4 8,54)のうちの−万(48)からのひきつづ(信号(48)によって順次閉 じられたシ開かれタシし、前記第2)la−)(67)は前記第1と第2の信号 発生手段(48゜54)のうちの他方(54)からの信号(55)によって閉じ られ前記第1と第2の信号発生手段(48゜54)のうちの前記−万(48)か らの信号(49)によって開かれる、前記システム。 (ハ)請求の範囲第20項において、前記計数手段(18)は第1と第2のパル スカウンタ(69a、77)と、前記クロック手段(65)と前記第1パルスカ ウンタ(69a)の間に接続され1こ第1デート(66)と、前記クロック手段 (65)と前記第2パルスカウンタ(77)の間に接続された第2)f−ト(6 7)とを含み、前記第1)f−ト(66) は前記第1と第2の信号発生手段( 48,54)のうちの−万(48)からの信号(49)によって閉じられ前記第 1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの他方(54)からの信号(55 )によって開かれ、前記第2デート(77)は前記第1と第2の信号発生手段( 48,54)のうちの前記他方(54)711・らの信号(55)によって閉じ られ前記第1と第2の信号発生手段(4B、54)のうちの前記−万(48)か らの信号(49)によって開かれる。前記システム。 (財)請求の範囲第20項において、前記クランク軸(11)の完全1回転の期 間に、それぞれが前記計数手段(78)の前記第1カウントに反比例する速度信 号をひきつづいてN/M個発生する速度指示手段(71)と上記NP/M個のひ きつづ(速度指示信号の和を数NP/Mで割ったものに等しい平均速度信号を発 生するだめの速度平均化手段(72,73)とをさらに含む前記システム。 09 請求の範囲第24項において、前記計数手段(78)は第1と第2のパル スカウンタ(69,71)と、前記クロック手段(65)と前記第1パルスカウ ンタ(69)の間に接続された第1cm)(66)と、前記クロック手段(65 )と前記第2パルスカウンタ(7T)の間に接続された第2デー)(67)とを 含み、前記第1r−ト(66)は前記第1と第2の信号発生手段(48,54) のうちの−万(48)からのひきつづく信号(49)によって順次閉じられたり 開かれたシし、前記第2?−)(67)は前記第1と第によって閉じられ前記第 1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの前記一方(48)からの信号( 49)によって開かれる、前記システム。 翰 請求の範囲第24項において、前記計数手段(78)は第1と第2のパルス カウンタ(69a、77)と、前記クロック手段(65)と前記第1パルスカウ ンタ(69a)の間に接続された第1r−)(65)と、前記クロック手段(6 5)と前記第2パルスカウンタ(77)の間に接続された第2)lR−ト(61 )とを含み、前記第1J:f−ト(69a)は前記第1と第2の信号発生手段( 48,54)のうちの−万(4B)ρ・らの信号(49)によって閉じられ前記 第1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの他7i(54)からの信号( 55)Kよって開かれ、前記第21” −1(77)は前記第1と第2の信号発 生手段(48,54)のうちの前記他方(54)からの信号(55)によって閉 じられ前記第1と第2の信号発生手段(48,54)のうちの前記−万(48) からの信号(49)によって開かれる、前記システム。 (2η 請求の範囲第20項において。 T工M二前記角度指示信号。 Tl =前記計数手段の前記第1カウント、T2=前記計数手段の前記第2カウ ント、であり、また、前記角度指示手段(79−83)は(a) 初期基準角度 指示信号TIM(o)を発生し、(b) その後の角度指示信号T IM (t )を発生し、(c) 補正された角度指示信号T IM (T)、すなわちTI M(T)= TIM(t)−TIM(o) (TIM(t)≧TIM(0)のと き)TIM(T)=TIM(t)十に、−TIM(o)(TIM(t)<TIM (o)のとき)を発生する機能をさらに有する、前記システム。 C)81 内燃機関(10)と該機関(10)の回転速度に比−する回転速度で 該機関(10)によシ駆動される回転軸(16)とのための速度指示装置であっ て。 一連の固定周波数クロックパルスを発生するだめのクロック手段(65)と; Nを整数としたときに、前記機関が36°/N度回転する時点ごとに次々と信号 (49)を発生するための回転応答手段(46)と; 前記回転応答手段(46)のひきつづく信号(49)によって始まりそして終る 時間間隔(Tl)の期間に発生すルクロックパルス数のカラントラ得るための計 数手段(7B)であって、Mを整数としたときに前記機関(10)が360 N /M K回転する時点毎に新しい上記カウントを得る機能を有するものと;前記 機関(10)が360 N/M度回転する時点毎に前記計数手段(T8)のカウ ントに反比例する速度指示信号を発生するための速度指示手段(71)と;Pを 整数としたとき、機関(10)が360 N/M度回転する時点毎に、NP7’ M個のひきつづく速度指示信号の和をNP/Mで割った平均速度信号を発生する ための平均化手段(72,73)とを含む、前記速度指示装置。 @ 請求の範囲第28項において、前記回転応答手段(46)は、等間隔に離間 され円形径路を通って回転可能な複数個の磁気感知部材(47)と、前記円形径 路における所定の点に隣接して配置された磁気センサ(50)とを含む、前記速 度指示装置。 (至)請求の範囲第28項において、M=2でありp=2である前記速度指示装 置。 C311請求の範囲第28項において1M=1でありp=2である前記速度指示 装置。 (ハ)請求の範囲第28項において、機関(10)が360/N度回転する時点 毎に次々と信号(551発生する1こめの第2の回転応答手段(51)を含み、 前記計数手段(78)は前記はじめに記述した回転応答手段(46)のひきつづ (パルスによって始まりそして終わる時間間隔(Tl)の期間に発生するクロッ クパルス数のカウントを、上記初めに記述した回転応答手段(46)からの信号 (49)で始まり前記第2の回転応答手段(51)から次に発生する信号(55 )で終わる時間間隔(T3)の期間に発生するクロックパルス#後に記述した信 号(51)で始まり前記初めに記述した回転応答手段(46)から次に発生する 信号(49)で終わる時間間隔(T2)の期間に発生するクロックパルスの数と を別々に計数することによって得る機能をさらに有する、前記速度指示装置。
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