УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F02D41/24 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для управления двигателем внутреннего сгорания.

Известно устройство для управления впрыском топлива, содержащее датчик нагрузки и датчик частоты вращения вала двигателя. Датчики связаны с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через усилитель мощности подключен к обмотке электромагнитной форсунки.

Недостатком устройства является невозможность оперативного изменения программы дозирования топлива, а также неустойчивая работа устройства управления в период запуска двигателя. Указанные недостатки связаны с тем, что в его составе не предусмотрены элементы корректировки программы дозирования топлива, т.е. любая корректировка связана с необходимостью перепрограммирования устройства, а также с отсутствием элементов начальной установки. Кроме того, отсутствие линии обратной связи не позволяет использовать указанное устройство в режиме дозирования топлива с программно-адаптивным управлением.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для управления впрыском топлива, cодержащее датчик нагрузки, датчик частоты вращения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого связан с выходом датчика нагрузки, и усилитель мощности, выход которого выполнен с возможностью подключения к обмотке электромагнитной форсунки, а вход связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, снабжено датчиком свободного кислорода, первым одновибратором, задатчиком начальной длительности, реверсивным счетчиком и блоком коррекции сигнала датчика нагрузки с двумя входами, включенным одним из входов и выходом между датчиком нагрузки и аналого-цифровым преобразователем и выполненного в виде согласующего усилителя, задатчика смещения, делителя напряжения, электронного ключа, переключателя и сумматора с четырьмя входами, три из которых выполнены вычитающими, причем датчик нагрузки через согласующий усилитель подключен к одному из вычитающих входов сумматора, к другому вычитающему входу которого подключен задатчик смещения, третий вычитающий вход и суммирующий входы сумматора связаны с выходами переключателя, вход которого подключен к выходу электронного ключа, один из входов которого через делитель напряжения связан с выходом согласующего усилителя, а другой вход с выходом датчика свободного кислорода, выход сумматора связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с одной из групп информационных входов реверсивного счетчика, другая группа информационных входов которого связана с задатчиком начальной длительности, а вход предварительной установки реверсивного счетчика через первый одновибратор подключен к выходу датчика частоты вращения.

При этом общие отличительные существенные признаки следующие: устройство снабжено датчиком свободного кислорода, первым одновибратором, задатчиком начальной длительности, реверсивным счетчиком и блоком коррекции сигнала датчика нагрузки с двумя входами, включенным одним из входов и выходом между датчиком нагрузки и аналого-цифровым преобразователем и выполненного в виде согласующего усилителя, задатчика смещения, делителя напряжения, электронного ключа, переключателя и сумматора с четырьмя входами, три из которых выполнены вычитающими, причем датчик нагрузки через согласующий усилитель подключен к одному из вычитающих входов сумматора, к другому вычитающему входу которого подключен задатчик смещения, третий вычитающий вход и суммирующий входы сумматора связаны с выходами переключателя, вход которого подключен к выходу электронного ключа, один из входов которого через делитель напряжения связан с выходом согласующего усилителя, а другой вход с выходом датчика свободного кислорода, выход сумматора связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с одной из групп информационных входов реверсивного счетчика, другая группа информационных входов которого связана с задатчиком начальной длительности, а вход предварительной установки реверсивного счетчика через первый одновибратор подключен к выходу датчика частоты вращения.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности дозирования топлива путем оперативной корректировки основной программы дозирования и обеспечения возможности адаптивного управления.

Известно, что основная программа дозирования топлива составляется для "среднего" двигателя и при этом не учитываются особенности, присущие конкретному двигателю. Для каждого конкретного двигателя оптимальная программа дозирования должна корректироваться не только в зависимости от его параметров (степень сжатия, вариации степени сжатия по цилиндрам, конкретные характеристики системы питания и зажигания), но и от условий эксплуатации двигателя и его текущего технического состояния. Поэтому оперативная корректировка программы дозирования, осуществляемая за счет введения в устройство блока коррекции сигнала датчика нагрузки позволяет дозировать топливо более точно с учетом особенностей каждого конкpетного двигателя.

Для большего повышения точности дозирования топлива устройство снабжено генератором импульсов, делителем частоты, элементом начальной установки, двумя элементами ИЛИ, элементом ИЛИ-НЕ, элементом И, инвертором, D-триггером и вторым одновибратором, а аналого-цифровой преобразователь выполнен с входом управления и сигнальным выходом, при этом выход генератора импульсов подключен к входу делителя частоты, первый выход которого через элемент И связан с входом управления аналого-цифрового преобразователя, другой вход элемента И связан с выходом D-триггера, второй выход делителя напряжения через первый элемент ИЛИ, другой вход которого связан с выходом инвертора, подключен к синхровходу реверсивного счетчика, выход элемента начальной установки подключен к входу реверсивного счетчика и одному из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого через второй одновибратор связан с выходом первого одновибратора, а выход к входу D-триггера, синхровход которого связан с сигнальным выходом аналого-цифрового преобразователя, выход элемента начальной установки подключен также к одному из входов элемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого связан с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход элемента ИЛИ-НЕ связан с выходом усилителя мощности.

Дальнейшее повышение точности дозирования топлива и повышение помехозащищенности достигается за счет снабжения устройства тремя оптоэлектронными ключами, один из которых включен между выходом датчика частоты вращения и входом первого одновибратора, другой между выходом датчика свободного кислорода и входом электронного ключа, а третий между выходом элемента ИЛИ-НЕ и входом усилителя мощности.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 нагрузки (например, датчик абсолютного давления или датчик массового расхода воздуха), согласующий усилитель 2, сумматор 3, делитель 4 напряжения, задатчик 5 смещения, электронный ключ 6, оптоэлектронный ключ 7, переключатель 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, реверсивный счетчик 10, задатчик 11 начальной длительности, оптоэлектронный ключ 12, первый и второй одновибраторы 13 и 14, инвертор 15, элемент 16 начальной установки, элемент ИЛИ 17, элемент ИЛИ-НЕ 18, триггер D-типа 19, элемент И 20, элемент ИЛИ 21, генератор 22 импульсов, делитель 23 частоты, оптоэлектронный ключ 24, усилитель 25 мощности, датчик 26 свободного кислорода и датчик 27 частоты вращения.

Согласующий усилитель 2, сумматор 3, делитель 4 напряжения, задатчик 5 смещения, электронный ключ 6 и переключатель 8 соединены между собой и образуют блок коррекции сигнала датчика 1 нагрузки с двумя входами и выходом.

К одному из входов блока коррекции подключен датчик 1 нагрузки, а к другому датчик 26 свободного кислорода через оптоэлектронный ключ 7. Выход сумматора 3, являющийся выходом блока коррекции, связан с входом АЦП 9. Одна из групп информационных входов реверсивного счетчика 10 связана с выходом АЦП 9, а другая группа информационных входов с задатчиком 11 начальной длительности. К входу предварительной установки счетчика 10 через одновибратор 13 и оптоэлектронный ключ 12 подключен датчик 27 частоты вращения, синхровход счетчика 10 связан через делитель 23 напряжения и первый элемент ИЛИ 21 с генератором 22, а вход запуска счетчика 10 связан с выходом элемента 16 начальной установки. Выход счетчика 10 через инвертор 15, элемент ИЛИ-НЕ 18, оптоэлектронный ключ 24 и усилитель мощности 25 связан с обмоткой электромагнитной форсунки (на фиг.1 не показана).

Вход управления АЦП 9 через делитель 23 напряжения и элемент И 20, другой вход которого связан с выходом триггера 19, связан с генератором 22.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 нагрузки измеряет абсолютное давление во впускном трубопроводе двигателя. На вход оптоэлектронного ключа 7 подается сигнал с датчика 26 свободного кислорода в отработавших газах двигателя. На вход оптоэлектронного ключа 12 подается сигнал с датчика 27 частоты вращения вала двигателя. Питание выходных каскадов оптоэлектронных ключей 7, 12 и входного каскада ключа 24 осуществляется от независимого источника питания, не соединенного с корпусом двигателя. Питание входных каскадов ключей 7, 12 и выходного каскада ключа 24 осуществляется штатным источником питания двигателя.

После включения питания происходит начальная установка узлов устройства. При этом на выходе элемента 16 начальной установки формируется в течение времени порядка 0,02-0,05 мс сигнал логической "1" и соответственно на выходах счетчика 10 и элемента ИЛИ-HЕ 18 присутствует сигнал логического "0". Обмотка электромагнитной форсунки обесточена, а на прямом выходе триггера 19 логическая "1", разрешающая прохождение высокочастотной последовательности импульсов на синхровход АЦП 9, осуществляющего преобразование аналогового сигнала с выхода сумматора 3 в цифровой код.

По окончании преобразования (время преобразования равно примерно 0,05-0,1 мс) на сигнальном выходе АЦП 9 формируется сигнал логической "1", поступающий на cинхровход триггера 19. По фронту данного сигнала (переход из логического "0" в логическую "1") на прямом выходе данного триггера устанавливается сигнал логического "0".

Сигнал с выхода генератора 22 поступает на вход делителя 23, на выходе которого формируются две последовательности импульсов разной частоты. При наличии последовательности импульсов на входе ключа 12 на его выходе также появляется последовательность импульсов, поступающая на вход одновибратора 13, который запускается по перепаду из "0" в "1" и формирует на своем выходе последовательность укороченных импульсов (длительностью примерно 5-15 мкс). Первым же импульсом данной последовательности, поступающим на вход предварительной установки реверсивного счетчика 10, в счетчик заносится информация, поступающая на n+m-информационных входов. При этом на выходе данного счетчика формируется единичный потенциал. На выходе элемента ИЛИ-НЕ 18 единичный потенциал, что приводит к срабатыванию электромагнитной форсунки. По окончании импульса с выхода элемента 18 запускается одновибратор 14 (по перепаду из "1" в "0"). Триггер 19 устанавливается в состояние логической "1" и АЦП 9 начинает новый цикл преобразования.

Одновременно с появлением логического "0" на выходе инвертора 15 на входе элемента ИЛИ 21 появляется последовательность импульсов, поступающая на синхровход вычитания реверсивного счетчика 10 (счетчик 10 работает в режиме вычитания). При полном считывании информации, ранее занесенной в счетчик 10, на его выходе появляется сигнал логического "0", который приводит к появлению нулевого потенциала на выходе элемента ИЛИ-НЕ 18. Обмотка электромагнитной форсунки обесточивается.

Поскольку время преобразования АЦП 9 устанавливается значительно меньшим минимальной длительности импульса впрыска, задаваемого задатчиком 11 начальной длительности, к моменту появления сигнала логического "0" на выходе счетчика 10, цикл преобразования АЦП 9 уже заканчивается и на прямом выходе триггера 19 вновь устанавливается сигнал логического нуля. Появление следующего импульса на выходе ключа 12 приводит вновь к формированию импульса впрыска на выходе элемента ИЛИ-НЕ 18.

Абсолютное давление, измеряемое датчиком 1, преобразуется в напряжение постоянного тока. Согласующий усилитель 2 обеспечивает соответствующее масштабирование и крутизну данного сигнала. Данный сигнал поступает на вход сумматора 3, выполненного на операционном усилителе. Задатчик 5 обеспечивает необходимое смещение сигнала на выходе сумматора 3.

Согласующий усилитель 2 и задатчик 5 выполнены с возможностью регулирования их характеристик, поэтому в процессе работы устройства имеется возможность изменения длительности впрыска топлива при неизменной величине абсолютного давления во впускном трубопроводе.

Сигнал с выхода датчика 26 свободного кислорода, поступающий на вход оптоэлектронного ключа 7, приводит к срабатыванию электронного ключа 6. Ключ 6 настроен на определенное пороговое значение сигнала (обычно 0,4 V). Срабатывание ключа 6 приводит к появлению на его выходе сигнала, поступающего с выхода делителя 4 напряжения, являющегося частью выходного сигнала согласующего усилителя 2. Переключатель 8 предназначен для подачи указанного сигнала на неинвертирующий или инвертирующий входы сумматора 3, что приводит к дополнительной коррекции величины сигнала датчика 1. Фактически при помощи переключателя 8 выбирается режим работы адаптивной части устройства управления обогащение или обеднение состава топливовоздушной смеси при наличии сигнала с датчика свободного киcлорода.

Наличие узлов гальванической развязки (оптоэлектронные ключи 7, 12, 24) и особенности построения отдельных узлов позволяют повысить точностные характеристики устройства и обеспечить его высокую помехозащищенность.

Предлагаемое устройство для управления впрыском топлива позволяет повысить точность управления за счет возможности корректирования программы дозирования топлива и осуществления программно-адаптивного управления. Корректирование может осуществляться в процессе работы устройства путем ручной регулировки параметров блока коррекции сигнала датчика нагрузки.

Сущность изобретения: устройство содержит датчики нагрузки (ДН) 1, свободного кислорода (ДСК) 26, частоты вращения (ДЧВ) 27. ДН 1 измеряет давление во впускной трубе или массовый расход воздуха. Уровни напряжений с согласующего усилителя 2, связанного с ДН 1, задатчика смещения 5 и ДСК 26 суммируются в сумматоре 3. Далее суммарный сигнал преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 9 и реверсивном счетчике 10 в прямоугольный импульс соответствующей длительности. Сигналом ДЧВ 27 разрешается прохождение прямоугольного импульса на вход усилителя мощности 25, связанного с обмоткой электромагнитной форсунки. Усилитель 2 и задатчик 5 выполнены с возможностью регулирования их характеристик. Элемент начальной установки 16, подключенный к входу счетчика 10, обеспечивает устойчивую работу устройства в период пуска двигателя. Переключатель 8, размещенный в цепи ДСК 27, позволяет изменять режим адаптивного регулирования подачей топлива. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА, содержащее датчик нагрузки, датчик частоты вращения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого связан с выходом датчика нагрузки, и усилитель мощности, выход которого выполнен с возможностью подключения к обмотке электромагнитной форсунки, а вход связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком свободного кислорода, первым одновибратором, задатчиком начальной длительности, реверсивным счетчиком и блоком коррекции сигнала датчика нагрузки с двумя входами, включенным одним из входов и выходом между датчиком нагрузки и аналого-цифровым преобразователем и выполненным в виде согласующего усилителя, задатчика смещения, делителя напряжения, электронного ключа, переключателя и сумматора с четырьмя входами, три из которых выполнены вычитающими, причем датчик нагрузки через согласующий усилитель подключен к одному из вычитающих входов сумматора, к другому вычитающему входу которого подключен задатчик смещения, третий вычитающий вход и суммирующий входы сумматора связаны с выходами переключателя, вход которого подключен к выходу электронного ключа, один из входов которого через делитель напряжения связан с выходом согласующего усилителя, а другой вход с выходом датчика свободного кислорода, выход сумматора связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с одной из групп информационных входов реверсивного счетчика, другая группа информационных входов которого связана с задатчиком начальной длительности, а вход предварительной установки реверсивного счетчика через первый одновибратор подключен к выходу датчика частоты вращения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено генератором импульсов, делителем частоты, элементом начальной установки, двумя элементами ИЛИ, элементом ИЛИ НЕ, элементом И, инвертором, D-триггером и вторым одновибратором, а аналого-цифровой преобразователь выполнен с входом управления и сигнальным выходом, причем выход генератора импульсов подключен к входу делителя частоты, первый выход которого через элемент И связан с входом управления аналого-цифрового преобразователя, другой вход лемента И связан с выходом D-триггера, второй выход делителя частоты через первый элемент ИЛИ, другой вход которого связан с выходом инвертора, подключен к синхровходу реверсивного счетчика, выход элемента начальной установки подключен к входу реверсивного счетчика и одному из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого через второй одновибратор связан с выходом первого одновибратора, а выход с входом D-триггера, синхровход которого связан с сигнальным выходом аналого-цифрового преобразователя, выход элемента начальной установки подключен также к одному из входов элемента ИЛИ НЕ, другой вход которого связан с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход элемента ИЛИ НЕ связан с выходом усилителя мощности. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено тремя оптоэлектронными ключами, один из которых включен между выходом датчика частоты вращения и входом первого одновибратора, другой между выходом датчика свободного кислорода и входом электронного ключа, а третий между выходом элемента ИЛИ НЕ и входом усилителя мощности.