Устройство управления моментом зажигания Советский патент 1983 года по МПК F02P5/04 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сг.орания, в частнос ти к управлению моментами зажигания горючей смеси в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в автомобилестрое Известно устройство управления моментом зажигания двигателя внутре него сгорания, содержащее блоки, генерирующие сигнал, соответствуюиш давлению сгорания в цилиндре, ког да величина этого давления превышае определенную величину. Кодирующее устройство для каждого цилиндра дви гателя вырабатывает цифровые кодиро ванные группы сигналов, соответству щие множеству положений коленчатого .вала.. Имеется генератор функций, который в зависимости от сигнала, соответствующего избыточному давлению. сгорания в цилиндре , периодически генерирует группу цифровых кодирова ных сигналов, определяющих положение коленчатого вала двигателя. Ука занное положение коленчатого вала. является более поздним, чем положение , определенное последней группой выходных цифровых кодированных сигналой. . При отсутствии сигнала, соответствующего избыточному давлению сгорания в цилиндрэ двигателя, генератор функций вырабатывает группу циф ровых кодированных сигналов, опреде ляющих положение коленчатого вала двигателя. В этом случае/ указанное положение является более раннш, че положение, определенное последней группой выходных цифровых кодирован ных сиг налов 1 . Однако в данном устройстве момен зажигания определяется в зависимости от генерирования сигнала, соотве ствующего избыточному давлению или давлению, более низксялу, чем указан ный пороговый уровень. Так как .существует разбрвс значений давления в цилиндрах, то пол ается и разбро угловых скоростей вращения коленчатого вала в моменты зажигания в раз личных цилиндрах, а это создает высокий уровень вибраций и шума и сни жает КПД двигателя, что является недостатком этого устройства. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ус ройство регулирования момента зажигания двигателя внутреннего сгорания, чувствительное к давлению, содержащее блок датчиков давления/ число которых равно числу цилиндров двигателя внутреннего сгорания, блок детектирования (анализа) сигнала блока датчиков давления, датчик угловот о перемещения коленчатого вала, триггер и процессор. В данном устройстве на процессор поступает сигнал с блока детекти эования сигнала и с датчика углового перемещения. В процессоре происходит сравнение времени.создания максимального давления в цилиндре со временем, в которое вращающийся элемент двигатели проходит через заданное угловое положение и регулирует зажигание в этом цилиндре в течение следующего цикла, Заданное угловое положение вращающегося элемента яв- . ляется тем положением, которое опти мально для сгорания в определенном,, цилиндре. Для каждого цилиндра существует свое оптимальное положение. Оптимальным угловым положением является то -положение, в котором достигается максимальная мощность. В известном устройстве регулировка момента зажигания в каждом цилиндре производится по угловому положению коленчатого вала, соответствующему . макси мальному давлению в этом цилиндре. Величины максимальных давлений в разных цилиндрах различны. Поэтому в моменты зажигания, соответствующие максимальным давлениям в цилиндрах . приращения угловой скорости коленчатого вала различны, т.е. возникают биения при вращении коленчатого вала , что увеличивает уровень вибрации и шума. Несмотря на то, что з дига- ние в каждом цилиндре производится в моменты, соответствующие максимальной мощности, общий КПД двигателя не может быть высоким, так как значительная часть вырабатываемой мощности переходит .в вибрацшо 23. Недостатком известного устройства является высокий уровень вибрации и шума и низкий КПД двигателя. Цель изобретения - снижение уровня вибрации и шума и повышение КПД двигателя внутреннего сгорания. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления моментом зажигания для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, содержащем последовательно соединенные блок датчиков давления горючей смеси в цилиндрах двигателя, блок анализа сигналов, многоканальный процессор, электронную схему зажигания и рас- . пределитель импульсов зажигания, а также датчик углового перемещения коленчатого вала двигателя и триггер, причем каждый канал процессора содержит трехвходовый счетчик с логическими элементами И, выходы которых подключены к двум входам, к первым входам которых подсоединены выходы триггера, а к вторым - соответствующий выход блока анализа сигналов, в процессор введены сумматор и в каждый канал - последовательно соединенные блок адаптивной подстройки, пусковой логический блок и управляемая линия задержки, выход кото рой через сумматор подключен к выхо ду процессора, а.выход счетчика соединен с первым входом блока адаптив ной подстройки, второй и третий выходы которого подключены соответстве но к третьему входу счетчика и к второму входу блока анализа сигналов причем к вторым н третьим входам бло ка адаптивной подстройки, пускового логического блока и -управляемой линии задержки подключены соответствую |щие выходы датчика углового перемещ ния коленчатого вала двигателя и бло .ка анализа сигналов, дополнительный выход которого подключен к счетным входам триггера и к четвертому входу управляемой линии задержки. На фиг.1 представлена блок-схема устройства управления зажиганием йля многоцилиндрового двигателя .внутреннего сгорания; на фиг.2 конкретный вариант исполнения одного канала устройства. Блок-схема содержит последователь но соединенные блок 1 датчиков давле ния горючей смеси в цилиндрах двигателя, блок 2 анализа ;сйгналов, про цессор 3, электронную схему 4 зажига ;ния, распределитель 5 а также датчик б углового перемещения и RS-триг :гер 7. Каждый канал процессора 3 содержит трехвходовый счетчик 8 с логи ческими элементс1ми И 9 и 10 на двух входах. К первым входам логических элементов.подключены выходы триггера 7, а к вторым входам - соответствующий этому каналу выход блока анализа сигналов. К выходу счетчика подключены последовательно, соединённые блок 11 адаптивной подстройки, пусковой управляющий блок 12 и управляемая линия 13 зсщержки, выход . Которой через сумматор 14 соединен выходом процессора 3. Третий вход счетчика 8 соединён с вторым выходом блока 11 адаптивной подстройки. .К вторым и третьим входам- блока 11 адаптивной подстройки пускового управляющего блока 12 к управляемой линии 13 задержки подклю чены соответствующие этому каналу выходы бло ка 2 анализа сигналов и датчика 6. углового перемещения коленчатого-вал двигателя. Дополнительный выход блока 2 анализа сигналов подключен к счетным входам триггера 7 и к чётвёртому вхрду управляемой линииЗадержки. Устройство работает следующим образом. Блок 1 (атчиков давления горючей смеси в цилиндрах двигателя вырабатывает электрические сигналы, соот ветствующие давлениям в цилиндрах. Эти электрические сигналы поступают в блок 2 анализа сигналов,где дискре тизируются с переменньюл интервалом дискретизации, зависящим от величины этого сигнала. Этот интервал по теореме Котельникова должен удовлетворять условию лТ ,,,.- частота высшей гармоники. В этом же блоке происходит кодирование абсолютных величин вырезок сигнала с интервалом дискретизации и распределение информации -по числуканалов процессора 3. которое равно; числу рабочих цилиндров двигателя. : В каждс 1 канале счетчик 8 с логичес-, кими элементами И 9 и 10 на выходах производит определение нгшбольшего : значения выходного сигнала датчика давления соответствующего цишндра. Блок 11 адаптивной подстройкипроизводит опрос счетчика 8. С дополнительного выхода блока 11 адаптивной ; подстройки информация о величине максимального знач-ения сигнала датчика давления поступает на соответствующий этому каналу второй вход блока 2 анализа сигнешов, где выявляется ми.нимальный из. максимумов давления всех каналов. Информация о величине минимального максимума давления запоминается в блоке 2 анализа.сигналов и затем поступает в блок 11 адаптивной подстройки каждого канала. Блоки 11 адаптивной подстройки всех каналов процессора осуществляют выравнивание максимальных значений давлений в цилиндрах путем смещения рабочих участков, управляемых линий 13 задержки таким образом.,что пусковые логические блоки 12 срабатывают в моменты времени, когда давления в цилиндрах равны эталонному,.т.е. минимальному максимуму. Далее сигналы с выходов управляемых .линий 13 задержки через сумматор 14 поступают на электронную схему 4 зажигания, вырабатывающую искру, которая через распределитель 5 подается в цилиндры внутреннего сгорания. Т, Схема конкретного варианта ис полнения (фиг. 2) содержит блок 1 датчиков давления горючей смеси в цилиндрах , блок 2 анализа сигналов, процессор 3, электронную схему 4 момента зажигания, распределитель 5 искры, а также датчик 6 углового перемеще- . . ния и триггер 7. Каждый канал процессора 3 содержит счетчик 8 с ло-гическими элементами И 9 и 10 на вхо- , дах, блок 11 адаптивной подстройки, пусковое логическое устройство 12, управляемую линию 13 задержки и ; общий для всех каналов сумматор- 14. Блок 2 ана-лиза сигналов содержит сумматор 15, генератор 16 такт.овых импульсов, элемент И 17, делитель 18 частоты, дискретизатор 1,9. формирователь 20, блок 21 анализа |уровней входного сигнала, квантова тель 22 уровня, коммутатор 23, амплитудный детектор с дифференциатором 24, -триггр 25. Блок 11 адап тивной подстройки содержит формирователь 26, счетчик 27. первое и вто рое оперативные запоминающие устрой ;Ства 28 и 29, элементы И 30-33, .блок 34 сравнения кодов, RS-триг;гер 35. Пусковое логическое устрой;ство 12 содержит трехвходовые логи,ческие элементы И 36 и 37,- элементы И 38 и 39. блоки элементов ИЛИ 40 и 41, элемент И 42, счетчик 43, долговременные запоминающие устройства 44 и 45, блок 46 сравнения кодов, управляемая линия 13 эадержки содержит блок задания программы .(кодовый переключатель 47) , долго|временное запоминающее устройство, 4 цифровую, линию 49 задержки (счетчик элемент И 50, RS-триггер 51, элемен -И-НЕ- 52. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал с блока 1 датчиков давления горючей смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгора , ния поступает в блок 2 анализа сигналов. Через сумматор 15 сигнал поступает одновременно на входы дискретизатора 19, формирователя 20. блока 21 анализа уровней входного сигнала. В дискретизаторе 19 происходит процесс дискретизации входного сигнала, причем интервал дискретизации ; по теореме КЬтельникова должен удов летворять условию ATv 1/25p. Кроме того, вариации отрёзк-ов ЛТ в указанных пределах обуславливаются выходным сигналом 21 анализа уро ней, который, поступая на второй вход делителя 18 частоты формирует интервалы дискретизации лТ таким образом, чтобы при возрастании уров ня входного сигнала интервал дискре тизации расширялся. Передний фронт выходного сигнала формирователя 20, поступая на второй вход элемента И 1 открывает его для прохождения после довательности импульсов с генератора 16 тактовых импульсов, поступающ на первый вход элемента И 17. После довательность импульсов с выхода элемента И 17 поступает одновременн на первый вход делителя 18 частоты и на второй вход квантователя 22 , уровня, время прохождения сигнала от генератора 16 тактовых импульсов через элемент И 17 ограничено временем действия сформированного формирователем 20 импульса..Затем последовательность импульсов, число которых определяется интервалом дТ о-выхода квантователя 22 уровня поступает на первый вход коммутатора 23 на второй вход которого поступает сигнал формирователя 20. Следующий сигнал формирователя 20 определяет работу процессора 3 по второму каналу и т.д. Выходной сигнал коммутатора 23 в виде последовательности импульсов, определяемой интервалом дискретизации, поступает одновременно на первые входы элементов И 9 и 10 в каждом канале процессора 3. Работа этих элементов определяется сигналами на вторых входах, значения которых обуславливаются состояни-ем триггера 7, работающего в режиме счета. Частота переключений этого триггера определяется частотой дискретизации.Первый импульс сделителя 18 частоты опрокидывает в нулевое состояние триггер 7. на инверсном входе которого появляется: потенциал логической единицы. Он открывает элемент.И 9 и последовательность импульсов, заполняет счетчик 8 по суммирующему входу. Затем следующий импульс с частотой дискретизаций опрокидывает триггер 7 в единичное состояние. При этом открывается элемент И 10 и следующая последова;тельность импульсов, определяемая сл.едующим интервалом дискретизации, заполняет счетчик -В по внгчитающему входу. В момент времени, соответствующий равенству чисел, занесенных в счетчик. 8 по суммирующему и вячитающему входам, потенциал логического , нуля, появляющийся на нулевом выходе счетчика 8, запирает последний по вычитающему входу. Одновременно имПульс сброса, сформированный форми- рователем 26 блока 11 адаптивной подстройки сбрасывает показания счетч:иков 8 и 27 в нулевое состояние. Заполнение счетчика 27 блока 11 адаптивной подстройки происходит в течение времени поступления импульсов на его вычитающий вход, которые . при этом проходят через элемент И31. Так как функционирование счетчика 27 определяет работу наиболее валшых блоков процессора, для -большей надежности его работы занесение в него информации контролируется потенциалом логической единицы/ .щ исутствующим на втором входе элемента И 31. По мере возрастания величины выходного сигнала дискретизатора на выхо- де амплитудного детектора с дифференциатором 24 в блоке 2 анализа сигналов ступенчато возрастающий Сигнал преобразуется в импульсы поЛожительной полярности, которые дерЧ жат R3 -триггер 25 в единичном состоянии. При этом разрешающий потенциал логической единицы, присутствующий на втором входе элемента И 31 в блоке 11 адаптивной подстройки обеспечивает прохотвдение импульсной последовательности, на суммирующий вход счетчика 27. При Достижении максимального.уро ня входного сигнала информация, за|несенная по суммирующему входу в счетчик 8 по абсолютной величине превалирует над информацией, занесенной по вычитающему входу в этот же счетчик 8 и в счетчик 27 по суммирующему входу. В этом случае сигнал нуля счетчика 8 не закроет его по вычи1ающему входу и сброса показаний, счетчика 27 не произойдет. Кроме того, последующие серии импульсов не будут переполнять счетчик 27, так как первый же отрицательный импульс с выхода амплитудно го детектора с дифференциатором 24, .поступающий на вход R5 -триггера 2 опрокинет его в нулевое состояние. Потенциалом логического нуля закрое ся элемент И 31, что не позволит переполнить счетчик 27 избыточной и формацией. Нулевое состояние триггера обеспечивает разрешающий потенциал на в рых входах элементов И 31 и 32. На первые входы их поступают потенциалы логического нуля или единицы с выхода RS -триггера 35. При нулевом состоянии блока сравнения кодов 34 потенциал логической единицы присут ствует на первом выходе R5-триггера 35. В этом случае информация со счетчика 27 переписывается в операт ное запоминающее устройство и хранится до тех пор, пока не придет сигнал обращения к памяти оперативного запоминающего устройства 28, определяемый положением кодового диска на коленчатом валу двигателя, т.е. сигналом с датчика 6 углового перемещения. Обращение к памяти оперативного запоминающего устройства 28 наступи после занесения кодовой информации о максимальных значениях сигнала в аналогичные устройства других кана лов процессора.Затем наступает этап рыскания момента зажигания на пре мет определения наибольшего максимума в окрестности точки, определен ной программой, занесенной в долговременное запоминающее устройство 4 управляемой линии 13 задержки системой кодовых переключателей 47. Ин тервалы рыскания определяются так тирующими сигналами с датчика б угл вого перемещения. Сигнал с соответствующего выхода датчика б углового перемещения поступает на тактирую щий вход блока 34 сравнения кодов в блоке 11 адаптивной подстройки, рол которого выполняет ti -разрядный :двоичный счетчик, число разрядов ко торого равно числу разрядов оперативного запоминающего устройства 28 При этом обращении к памяти операти ного запоминающего устройства 28 информация переписывается в блок 3-4 сравнения кодов. Время обрао1ения к памяти меньше времени переходных процессов в элементе ,И 33.при смене его состояния. Поэтому переключение элемента If 33 и тактирование счетчика можно производить одним и тец же сигналом. При этом последовательность импульсов генёратора 16 поступает через элемент И 33 на суммирующий вход блока 34 сравнения кодов. Так как в процессе рыскания возможны различные варианты появления совершенно разных значений пиковых напряжений, необходимо решить задачу выделения макСимального значения и зафиксировать соответствующий ему двоичный код, занесенный в цифровую линию 49 задержки, и корректирующий программу. Выделение максимального значения пикового напряжения происходит следующим образом. Если при обращении к памяти оперативных запоминающих устройств 28 и ; 29 число, переведенное в блок 34 сравнения кодов из памяти блока 29, по абсолютной величине больше числа в блоке 28 и также переведено в этот блок, то при заполнении импульсами с генератора 16 по счетному ,входу блока 34 сравнения кодов сигналом с выхода О опрокидывается RS-триггер 35 и сигнал логической единицы появляется на первом его выходе. Разрешающий тактирующий сиг-, нал через элемент И 30 появляется на выходе блока 28, что позволяет именно в блоке 28 переписать информацию из счетчика 27. Если Число, занесенное в блок 28 по абсолютной величине превышает число, занесенное в блок 29, то RS-триггер 35 опрокидывается в нулевое состояние, и та| тирующий сигнал через элемент И 32 обеспечивает занесениепоследующей информации о величине максимального значения импульса давления в блок 29, так как в этом случае элемент И 30 заперт, и тактирующий сигнал проходит через элемент И 32. В процессе рыскания ; с целью нахождения наибольшего значения выходного сигнала, информация в блок 28 и 29 заносится только в том слу- . чае, если число, несущее эту информацию по абсолютной величине превосходит предыдущее. При этом процесс управления моментом зажигания смеси осуществляется изменением времени задержки импульса искры путем изменения информации в счетчике 49. При этом выходные сигналы RS-триггера 35 поступают на первые входы элементов И 36 и 37, на вторые входыкоторых поступают тактирующие сигналы с датчика 6 углового перемещения, а на третьи - сигнал с генератора 16. В зависимости от выходного сигнала RS-триггера 35 сбрасывается один из элементов 36 или 37. Часть импуль сов пройдет на цифров5по линию 49 за , держки и изменит код числа, записан ного в ней. Затем тактирующим сигналом с датчика б углового перемещения опрокинется R5-триггер 51, что повлечет срабатывание элемента И НЕ 52 Число импульсов, поступающее, в линию 49 задержки, будет различным, в связи с чем изменяется интервал времени, определяющий момент выходного сигнала. Появляющийся выходной 1мпульс опрокинет RS-триггер 51 в исходное состояние. Таким образом определяется момент залсигания, соответствующий максимальному значению сигнала датчика давления данного цилиндра. Затем производится изменение момента зажигания-цилиндров, за .исключением того, у которого оказал ся минимальный максимум и выравнивание максимальных значений по этало ному путем сдвига момента зажигания 1Это осуществляется следующим образом : Сначала заносится информация в .счетчик 43 через блок 40 элементов ИЛИ. Затемг счетчик 43 заполняется импульсами генератора 16, выходной Ьигнал которого тактирует занесение информации в долговременное запоминающее устройство 44. В зависимости от того, в каком канале заполнение блока 44 произошло раньше выходной сигнал блока 44 является эталонным, по которому затем выравнивается информация в блоке 44 других каналов. Эталонное значение через блок 41 элементов ИЛИ поступает в блок 46 сравнения кодов, выходным сигналом которого определяется работа элементов ИЛИ 38 и 39, и таким образом идет процесс изменения момента зажигания в других цилиндрах. В тот момент, когда в каком-либо.канале значение числа блока 44 будет равно эталонному, выходной импульс счетчика 43 этого канала зафиксирует это 1исло, а следовательно, и момент зажигания для цилиндра, соответствующего этому каналу. Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от известного, происходит выравнивание давлений в цилиндрах по минимальному максимуму {тутем сдвига момента зажигания горю 1ей смеси. Это обеспечивает одинакоЬое приращение угловой скорости коле чатого вала в моменты зажигания, т.е. равномерное его вращение в тече ние всего цикла работы двигателя, .а следовательно, снижает уровень виб рации и шума. Так как.зажигание горючей смеси происходит в моменты/ когда давление в цилиндрах равно минимальному максимуму/то вырабатываемая мощность высока.Поскольку предлагаемое устройство обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала двигателя, то вырабатываемая мощность в отличие от известного не переходит в вибрацию, а следовательно, дает возможность получить более высокий КПД двигателя. БазоВым объектом выбрана микропроцессорная системаМЭЭЛР, предназначенная для регулировки, угла опере-, жения зажигания. Регулировка угла опережения зажигания производится на основе анализа значения фазы с датчика положения вала, температуры охлаждающей жидкости, значения нагрузки на двигатель. Анализ данных работы двигателя производится с помощью микропроцессора и запоминающих устройств. В данном.устройстве на катушку зажигания подается группа импульсов, которая меняет свое временное расположение относительно моментов прохождения соответствующих верхних мертвых точек в цилиндрах, и управление моментом зажигания производится путем воздействия на- всю .им-г пульсную группу. Отдельные импульсные группы не являются идентичными за счет сборочных и технологических поЪрешностей. Поэтому возникает разброс моментов зажигания в цилиндрах двигателя и,следовательно, данная система не может обеспечить низкий уровень вибраций и шума и высокий КПД. В предлагаемом устройстве в отличие от базового объекта обеспечиваются моменты зажигания в цилиндрах, соответствующие минимальному максимуму давления, т.е. приращения угловой скорости коленчатого вала двигателя в моменты зажигания равные, и,следовательно, обеспечивается равл номерное вращение коленчатого вала двигателя, т.е. снижается вибрация и шум и повышается КПД двигателя. Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в следующем. . Исследования, проведенные концерHOMQeneraC Mo-tors показали, что система , в которой регулировка момента зажигания производится для всего блока цилиндров, позволяет получить экономию горючего 10% ло сравнению с двигателями, где не осуществляется регулировка момента зажигания. В предлагаемом устройстве в ре.зультате оптимального выбора момента зажигания каждого цилиндра экономия горючего достигает 15%.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ ЗАЖИГАНИЯ для многоцилиндроворо двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные блок датчиков давления в цилиндрах двигателя, блок анализа сигналов, многоканальный процессор, электронную схему зажигания и распределитель импульсов зажигания, а также датчик углового перемещения коленчатого вала двигателя и триггер, причем каждый канал процессора содержит трех.входовый счетчик с логическими элементами И, выходы которых подключены к двум входс1м, к первым входам котот рых подсоединены выходы триггера, а к BTOIH4M - соответствукиций выход блока анализа сигналов, отличающ е е с я тем, что, с цель снижеi ння уровня вибраций и шума и повышения КПД двигателя, в процессор введены сумматор и вкаждый канал последовательно соединенные блок адаптивной подстройки, пусковой логический блок и управляемая линия згщержки, выход которой через сумматор подключен к выходу процессора, а выход счетчика соединен с первым входом блока гшалтивной подстройки, второй и третий выходы которого подключены соответственно к третьему входу счетчика и к второму входу блока анализа сигналов, причем к BiofOM и третьим входгм блока адап|Тивной подстройки, пускового логичее кого блока и управляемой линии задержки подключены соответствующие выходы датчика углового перемещения коленчатого вала двигателя и блюка анализа сигналов, дополнительный выход которого подклю1чен к счетным входам триггера и к четвертому входу управляемой линии задержки. W о оэ (4