Устройство управления впрыском топлива в дизель с наддувом Советский патент 1984 года по МПК F02M51/02 F02D5/02 

Изобретение относится к д|-ипателестроеПИК), а именно к системам электронного уиpt:i uienHH топливопадачи в дизель. -l:-;iiecTii() устройство управления вирыском топлива в дизель с наддуволч, еодержаuiee датчик угловой скорости, выполненный в виде установленного на валу дизеля постоянного магнита и неиодвижной вблизи него, управляемый форшрователь имиу.льсов, триггер, первую и вторую схемы И, источник опорного напряжения, одновибратор, усилитель и электромагнитный клапан, сумматор, дифференцирующую пепочку, выпрямитель и интегратор 1J. Однако уменьшение удельного расхода топлива осунгествляется по величине приращения эффективной мощности дизеля, которая на холостом ходу равна нулю, что не нозволяет повысить топливную экономичность, а на номинальном и близком к нему режимах работы дизеля угол опережения впрыска выбирается, исходя из ограничения максимального давления сгорания для обеспечения достаточной надежности дизеля, что также недостижимо известным устройством. Целью изобретения является повышение топливной экономичности дизеля на холостом ходу и повьиаение его надежности на но.минальном режиме работы. Указанная цель достигается тем, что в устройство управления впрыском топлива в дизель с наддувом, содержащее датчик угловой скорости, выполненный в виде установленного на валу дизеля постоянного магinria и ненодвижной катушки вблизи него, управляемый формирователь импульсов, триггер, первую и вторую схемы И, источник опорного напряжения, одновибратор, усилитель и электромагнитный клапан, сумматор, дифференцирующую цепочку, выпрямитель и интегратор, введены датчик температуры . выхлопных газов и датчик максимального давления , преобразователь напряжение-низкая частота, элемент сравнения, третья схема И и реле частоты, причем вход преобразователя соединен со входом дифференцирующей цепочки и выходом датчика температуры выхлопных газов, а выход - с первыми входами первой и второй схем И, первый вход элемента сравнеция подключен к выходу датчика максимального давления сгорания, а второй вход --- к источнику опорного напряжения, первый вход третьей схемы И подключен к инверсному выходу элемента еравнения а второй вход --- к прямому выходу pe;ie частоты, вход реле частоты соединен с выходом датчика угловой скорости и стартовым входом управляемого формирователя импульсов, инверсный выход реле частоты подключен ко вторым входам первой и второй схем И, а первый и второй входы сумматора подключены соответственно к выходу интегратора и выходу третьей схемы И. На фи|-. 1 нриведено предлагаемое устройство, блок-схема; на фиг. 2 - зависимость темиературы выхлопных газов дизеля 01 у|ла опережения впрыска топлива и вре.менные диаграм.мы управляющего напряжения и температуры выпускных газов. Устройство содержит датчик 1 угловой скорости ва.па 2, выполненный в виде постоянного магиита 3, укрепленного на валу, и катушки 4, установленной вблизи вала 2. Выход датчика 1 угловой скорости подключен к стартовому входу управляемого формирователя 5 импульсов и входу реле 6 частоты. Выход управляемого формирователя 5 имггульсов подключен ко входу одновибратора 7, выход которого через последовательно соединенные усилитель 8 и электромагнитный клапан 9 связан с дизелем 10. Датчик И температуры выпускных газов установлен в выпускном коллекторе дизеля 10 и вырабатывает электрический с.чг}1ал, пропорциональный этой температуре. Датчик 12 размещен в цилиндре дизеля и формирует электрическое напряжение, пропорциональное максимально.му давлению сгорания. Выход датчика 11 температуры подключен ко входам дифференцирующей цепочки 13 и преобразователя 14 напряжение- низкая частота. Выход дифференцируюи ей цепочки 13 через однополупериодный выпрямитель 15 связан со счетным входом триггера 16. Выход преобразователя 14 напряжение-низкая частота подключен к первым входам первой схемы И 17 и второй схемы И 18, вторые входы которых подключены к инверсному выходу реле 6 частоты, а третьи соответственно к прямому и инверсному выходам триггера 16. Выходы первой и второй схем И 7 и И 18 соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирую цим входами интегратора 19. Выход датчика 12 максимального давления сгорания подключен к первому входу элемента 20 сравнения, второй вход которого связан с источником 21 опорного напряжения, а инверсный выход - с первым входом третьей схемы И 22. Второй вход третьей схемы И 22 соединен с прямым выходом реле 6 частоты. Выход интегратора 9 и вы.ход третьей схемы И 22 подключены соответстBentio к первому и второму входам сумматора 23. Выход сумматора 23 соединен с управляющей щиной управляемого формирователя 5 импульсов. Устройство работает следующим образом. При повороте вала 2 на угол if относиTC.ibHO верхней мертвой точки в процессе работы дизеля магнит 3 проходит вблизи катущки 4. В этом случае на зажимах последней возникает импульс напряжения, поступающий на стартовый вход управляемого формирователя 5 импульсов. На выходе последнего возникает единичный импульс. длительность tu которого пропорциональна управляющему напряжению ,Uv, pfleKj -коэффициент пропорциональности между длительностью импульса и напряжением. По окончании этого импульса происходит запуск одновибратора 7, который формирует импульс, длительность которого определяет цикловую подачу топлива. Этот импульс после усиления по мощности усилителем 8 открывает электромагнитный клапан 9 и происходит впрыск топлива в цилиндр дизеля. Угол опережения впрыска в этом случае равен 8 )tu, гдеti)-угловая скорость вала; угол поворота вала за один оборот. При работе дизеля датчики 11 и 12 вырабатывают электрические сигналы, пропорциональные соответственно температуре Т выпускных газов и максимальному давлению сгорания Р идт КД, , где KI и Кз - коэффициенты пропорциональности. С помощью преобразователя 14 напряжение-низкая частота сигнал преобразуется в низкочастотную импульсную серию, частота которой определяется следующим образомf K,UAT, где К - коэффициент преобразования напряжение - низкая частота. Предположим, что Т Т,, угловая скорость вала ниже порога срабатывания реле частоты ()j, а триггер 16 находится в единичном состоянии. В таком случае открыта первая схема И 17, вторая схема И 18 закрыта и неинвертирующий вход интегратора 19 оказывается подключенным к преобразователю 14,напряжение - низкая частота. По окончании первого импульса этого преобразователя выходное напряжение интегратора 19 определяется выражением Uu Uo где Ue - начальное выходное напряжение интегратора; KS - коэффициент преобразования времени в напряжение; f - длительность импульса низкочастотной импульсной серии. Поскольку в данном диапазоне угловых скоростей реле частоты не срабатывает, то третья схема И 22 закрыта и выходное напряжение сумматора 23 равно выходному напряжению интегратора. Вследствие этого по окончании упомянутого импульса на выходе сумматора 23 сигнал определяется следующим выражением Uy, Uy,+K5tH,-U,+ K5tH,, а длительность импульса управляемого формирователя 5 импульсов возрастает до значенияte K|(Uy + K5tH ) tHj+KfKstj,., При 5ТОМ угол опережения впрыска уменьшается до величины Qz Qi-wK,K5tH. рабочая точка дизеля смещается из положения 1 в положение 2, а температура выпускных газов изменяется от Tj до Tj (фиг. 2). В результате этого выходной сигнал датчика 11 температуры выпускных газов получает положительное приращение, на выходе дифференцирующей цепочки 13 появляется положительный импульс, который, проходя через однополупериодный выпрямитель 15, воздействует на счётный вход триггера 16. Последний переходит в нулевое состояние, первая схема И 17 закрывается, вторая схема И 18 открывается, и импульсы преобразователя 14 напряжение - низкая частота проходят на инвертирующий вход интегратора 19. Вследствие этого выходное напряжение последнего уменьщается и по окончании первого импульса на указанном входе становится равным ,-K54 L-O Такую же величину имеет и выходное напряжение сумматора 23, в результате чего угол опережения впрыска становится равным Q. За время действия первого импульса на инвертирующем входе интегратора 19 температура выхлопных газов уменьщается от Tj до Т., вызывая понижение выходного сигнала датчика 11 температуры, уменьщение частоты преобразователя 14 напряжение - низкая частота и возникновение отрицательного импульса на выходе дифференцирующей цепочки 13. Указанный импульс не пропускается выпрямителем 15, и триггер 16 остается в прежнем нулевом состоянии, вследствие чего с выходом преобразователя 14 напряжение - низкая частота продолжает быть связанным через открытую вторую схему И 18 инвертирующей вход интегратора 19. На этот вход поступает второй импульс указанного преобразователя, по окончании которого выходное напряжение интегратора 19 уменьщается становится равным Ьи Uo-Ks-tj, Напряжение на управляющей щине управляемого формирователя 5 импульсов в этом случае имеет величину Uy3 Uo-K5tH Длительность выходного импульса этого формирователя определяется выражением и KjflJp-Kstrf J tH,-KiKstn, a угол опережения впрыска оказывается равным Q, Q,+WK,K5tK, При этом температура выхлопных газов дизеля уменьщается до значения Тз, выходной сигнал датчика 11 температуры выхлопных газов дизеля уменьщается, частота выходных импульсов преобразователя 14 падает, а на выходе дифференцирующей цепочки 13 появляется отрицательный импульс, который не пропускается однополупериодным выпрямителем 15. Триггер 16 остается в прежнем, нулевом, состоянии и работа устройства продолжается согласно описанномуПри движении рабочей точки дизеля из положения IV в положение V температура выхлопных газов проходит через минимум Т Те, благодаря чему при изменении угла опережения впрыска от бв ДО Qs выходной сигнал датчика 11 температуры выхлопных газов получает положительное приращение и на вЕяходе дифференцирующей цепочки 13 вырабатывается положительный импульс, который, проходя через выпрямитель 15, переводит триггер, в другое, единичное состояние. В результате этого вторая схема И 18 закрывается, первая схема И 17 открывается и выход преобразователя 14 напряжение - низкая частота оказывается связанным с инвертирующим входом интегратора 19. В этом случае имеют место следующие величины сигналов элементов устройства0ys Uo- KstH.i ,-5KiK5tH -Ki{Vo-3K5tHj Qs awKiK tHt По окончании первого импульса на инвертирующе.м входе интегратора 19 выходное напряжение сумматора 23 увеличивается ло значения Uy Uo-2K5tH,, длительность выходного импульса управляемого формирователя 5 импульсов возрастает до величины (Uo-2K5tH,)tM,-2K,K5tn , а угол опережения впрыска уменьщается до значения Q( 2J-f-WKi(Vc,-2K5tH,)(i-b2WK,K5t За время действия указанного первого импульса температура выхлопных газов изменяется от значения Тв до значения Т, получая в начале отрицательное, а затем положительное приращение. Когда рабочая точка дизеля движется из положения П1 в положение IV, выходное напряжение датчика 1 температуры выхлопных газов возрастает и на выходе дифференцирующей цепочки 13 появляется положительный импульс, переводящий триггер 16 в другое, нулевое, состояние. Вследствие этого первая схема И 17 закрывается, вторая схема И 18 открывается и к выходу преобразователя 14 напряжениенизкая частота сказывается подключенный инвертирующий вход интегратора 19. По окончании следующего и.мпульса этого преобразователя угол опережения изменяется от величины Q. до величины Qs и далее работа устройства повторяется. Благодаря этому на данном скоростном и нагрузочном режимах работы дизеля угол опережения впрыска колеблется между значениями Q и Q а температура выхлопных газов - между значениями Т и Ts, близкими к минимальной температуре. Рассмотрим функционирование устройства на близких к номинальному скоростных режимах работы дизеля с наддувом, на которых угол опережения впрыска должен выбираться не из условия максимальной топливной экономичности, а из условия ограничения максимального давления сгорания (). Предположим, что таким режимам соответствует диапазон угловых скоростей W Wn и порог срабатывания Wn реле частоты соответствует такому углу опережения впрыска, при котором еще обеспечивается максимум топливной экономичности, а максимальное давление сгорания совпадает с предельно допустимой величиной i-2 PZ лей В указанном диапазоне угловых скоростей на прямом выходе реле 6 частоты действует единичный сигнал, а на инверсном - нулевой, вследствие чего первая И 17 и вторая И 18 схемы совпадения закрыты, а третья схема И 22 - открыта. В этом случае на выходе последней действует сигнал, равный сигналу на инверсном выходе элемента 20 сравнения и определяющийся выражением Uee KjPz (Р2 -Ргдоа), где UHOH- напряжение источника 21 опорного напряжения, а напряжение на управляющей щине управляемого формирователя 5 импульсов равно сумме: Uy Ui, + Kl(Pz Pz«OD), причем выходное напряжение интегратора 19 во всем рассматриваемом диапазоне угловых скоростей постоянно, Uce же изменяется. При этом длительность кмпульса указанного формирователя определяется выражением ,()К,Гии+Кз(Р2-Ргдол), а угол опережения впрыска - следующим образом Q 2f -4-yKj и +Кз{Рг РГЛО ) 1 С ростом угловой скорости вала при постоянном угле опережения величина PZ возрастает, что согласно последнему выражению, приводит к уменьщению угла опережения впрыска. Последнее в свою очередь приводит к уменьщению максимального давления сгорания. При уменьщении угловой скорости вала все проиходит наоборот. Из последнего уравнения видно, что приращения максимального давления сгорания и угла опережения имеют противоположные значения, т. е. система регулирования угла опережения впрыска охвачена отрицательной обратной связью по сигналу датчика Р, (датчика 11), а управляющим воздействием является выходной сигнал сумматора 23. В связи с этим устройство обеспечивает ограничение максимального давления сгорапня на всех близких к номинальному скоростных режимах работы дизеля с наддувом (порог ограничения близок к Рулоа ).

Таким образом, по сравнению с известным, предлагаемое устройство обеспечивает повышение топливной экономичности дизеля с наддувом на холостом ходу, когда эффективная мощность равна нулю, а индикаторная мощность затрачивается на привод вспомогательных механизмов, преодоление сил трения и сил инерции и т.д., а также повыщение надежности работы такого дизеля на близких к номинальному режимах работы благодаря ограничению максимального давления сгорания на уровне, близком к допустимой величине.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛБ С НАДДУВОМ, содержащее датчик угловой скорости, выполненный в виде установленного на валу дизеля постоянного магнита и неподвижной катушки вблизи него, управляемый формирователь импульсов, триггер, первую и вторую схемы И, источник опорного напряжения, одновибратор, усилитель и электромагнитный клапан, сумматор, дифференцирующую цепочку, выпрямитель и интегратор, отличающееся тем, что, с целью повыщения топливной экономичности дизеля на холостом ходу и повышения его надежности на номинальном режиме, в устройство введены датчик температуры выхлопных газов и датчик максимального давления сгорания, преобразователь напряжение- .низкая частота, элемент сравнения, третья схема И и реле частоты, причем вход преобразователя напряжение-низкая частота соединен с входом дифференцирующей цепочки и вы.ходом датчика температуры выхлопных газов, а выход - с первыми входами первой и второй схем И, первый вход элемента сравнения подключен к выходу датчика максимального давления сгорания, а второй в.ход - к источнику опорного напряжения, первый вход третьей схемы И подключен к инверсному выходу элемента сравнения, а второй вход - к прямому выходу реле частоты, вход реле частоты с соединен с выходом датчика угловой скорости и стартовым входом управляемого (Я формирователя импульсов, инверсный выход реле частоты подключен к вторым входам первой и второй схем И, а первый и второй входы сумматора подключены соответственно к выходу интегратора и выходу третьей схемы И. со N3 ГчЭ ;о

ж

Uys Uy«. и уз Ugt Uyi вг 9i 83 Д &д ffs

с

Z

т,

Гз

Те

(риг. г