Способ автоматического регулирования рабочего процесса дизеля и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК F02D35/00 

выП рход которого соединен с выходам датчика давления, другой вход блока коммут .ции соединен с выходом гщфрового формирователя, выход которого подключен к датчику ух ла поворота коленчатого вала, отличающееся тем, что, с цепью повьше- ния экономичности, оно дополнительно содержит блок уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давления, блок уставки угла опережения впрыска топлива, анализатор экстремумов , вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход - с первым дополнительным входом блока вычислеИзобретение относится к двигате- лестроению, в частности к регулированию рабочего процесса электрическими средствами, преимущественно в дизелях с электрической системой управления топливоподачей.

Цель изобретения - повьшение экономичности работы дизеля путем регулирования угла опережения: впрыска топлива и цикловой подачи топлива в зависимости от параметров процесса сгорания топлива.

На фиг, 1 изображены зависимость давления Р в цилиндре от угла с/ поворота коленчатого вала;индикатор ная диаграмма (кривая 1) и первая производная давления dP/doi в цилиндре по углу поворота коленчатого вала (кривая 2), где с, d, е, Р, Z - характерные точки индикаторной диаграммы, которым соответствуют углы 9 в„р - угол опережения впрыс- УГ ол опережения воспламенения топлива и углы oi g , о . и i , соответствует точкам а, f, b на кр вой 2, отражающей установившуюся скрость сгорания топлива в цилиндре, т-Р соответствует ra;f, отражающая максимальное давление Р, m-z соответствует точке Ь на кривой 2, от ражающая конец сгорания на линии расширения, т, а, f, b на кривой 2 соответствуют углы ; „ , ос и с ,

ния , второй и третий дополнительные входы которого соединены соответственно с выходом блока уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давления и первым дополнительным выходом цифрового формирователя , второй дополнительный выход которого соединен с первым дополнительным входом регулятора, второй, третий и четвертый дополнительные входы регулятора соединены соответственно с выходами блока уставки угла опережения впрыска топлива, дополнительным выходом блока вычисления и входом устройства.

На фиг, 2 приведена схема устройства; на фиг, 3 - функциональная схема блока вычисления; на фиг, 4 - функциональная схема регулятора; на фиг. 5 - схема измерения углов сдвига максимального давления относительно ВМТ по времени.

Устройство для реализации способа автоматического регулирования рабочего процесса дизеля (фиг, 2) содержит по меньшей мере один датчик 3 давления в цилиндре, блок 4 коммутации, датчик 5 угла поворота коленчатого вала, цифровой формирователь 6, блок 7 дифференцирования, нуль-орган 8, анализатор 9 экстремумов, блок 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной, блок 11 уставки угла сдвига макси- мальног о давления, блок 12 вычислени блок 13 уставки угла опережения впрыска топлива, блок 14 сравнения, регулятор 15, исполнительный орган 16 вход 17 управления цикловой подачей топлива, причем входы исполнительного органа 16 соединены с выходами регулятора 15, вход которого соедине с выходом блока 14 сравнения, а его первый вход соединен с блоком 11 уставки угла сдвиг-а максимального давления, второй вход - с блоком 12 вычисления, дополнительный вход которого соединен с первым дополнительным входом регулятора 15. Вход и первый дополнительный вход блока 12 вычисления соединены соответственно через нуль-орган 8 и анализатор 9 экстремумов с выходом блока 7 дифференцирования, вход которого соединен с блоком 4 коммутации, вход которого соединен с входом датчика 3 давления, еще один вход блока 4 коммутации соединен с выходом цифрового формирователя 6, вход которого соединен с выходом датчика 5 угла поворота коленчатого вала. Второй и третий дополнительные входы блока 12 вычисления соединены соответственно с выходом блока 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной давления и первым допол- нительньм выходом цифрового формирователя 6. Второй, третий и четвертый дополнительные входы регулятора 15 соединены соответственно с выходом блока 1-3 уставки угла опережения впрыска топлива, вторым дополнительным выходом цифрового формирователя 6 и входом 17 устройства.

.Ис:полнительный орган 16 содержит в своем составе усилитель, исполни- тельньй механизм, исполнительный орган, обеспечивающие цикловую подачу топлива в выбранный распределителем импульсов цилиндр.

Блок 12 вычисления (фиг. 3) содержит входы 18 и 19, соединенные с первым дополнительным выходом цифрового формирователя 6, входы 20 и .21, соединенные с выходом анализатора экстремумов, вход 22, соединенный с выходом нуль-органа 8, входы 23- 26, соединенные с выходом блока 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной, триггеры 27 и 28, схемы 29-31 совпадения, реверсивный счетчик 32, сумматор 33, задатчики 34 и 35 коэффициентов, масштабирующие множители 36 и 37, выход 38, соединенный с входом блока 14 сравнения, ключ 39 сумматор 40, триггеры 41 и 42, схемы 43 и 44 совпадения, счетчики 45 и 46, сумматоры 47-50, схему ИЛИ 51, выходы 52 и 53, соединенные с первым дополнительным входом регулятора 15, блок 54 усреднения и выход .55, также соединенный с входом регулятора 15.

Регулятор 15 содержит вход 56, соединенный с вторым дополнительньп

2132324

выходом цифрового формирователя 6, вход 19, являющийся входом и выходом блока 12 вычисления, входы 52 и 53 регулирования цикловой пода- 5 чей топлива, являющиеся выходами блока 12 вычислершя, вход 17, являющийся входом устройства управления цикловой подачей топлива, вход 57, соединенный с выходом бло-

10 ка 13 уставки угла опережения впрыска топлива, вход 58, соединенный с выходом блока 14 сравнения, счетчик 59, схему 60 сравнения, сумматор 61, формирователь 62, схеt5 му ИЛИ 63, триггер 64, распределитель 65 импульсов, выход регулятора 66, Генератор 67 импульсов, счетчик 68, сумматор 69 и дешифратор 70. На фиг. 5 обозначены А, п 20 соответственно импульсные сигналы по углу Д ос, и по частоте вращения п коленчатого вала, ВМТ 1,6-, flMT 1,6; ВМТ 2,5; НМТ 2,5,- ВМТ 3,4{ НМТ 3,4 соответственно отметки верхних и

25 нижних мертвых TO4ek в 1, 6, 2, 5 цилиндрах, о(. ипр управляющий импульс по углу поворота коленчатого вала, сигналы 71-73 соответствуют

углам Di-a , f в Фиг. 1, Зд сигналы 74-76 от счетчиков 32,45

и 46,

Способ реализуется следующим образом.

Электрические выходные сигналы датчика 3 давления в цилиндре подают на вход блока 4 коммутации. Двигатель работает согласно схеме, например, с порядком работы цилиндров 1-5-3- -6-2-4. Верхние и нижние мертвые точки (ЗМТ и НМТ) каждого поршня дизеля, объединенные в три группы, сдвинуты одна относительно другой на 120 по углу поворота коленчатого вала.

Датчик 5 угла поворота коленчатого вала используется для измерения угловых положений ВМТ и НМТ относительно опорной метки, а также для измерения частоты вращения коленчатого вала. Датчик 5 угла поворота коленчатого вала выдает импульсный дц;; сигнал через угол &об поворота коленчатого вала и импульсный сигнал nj через угол 360° поворота коленчатого вала (фиг. 5). Таким 55 образом, на вход цифрового формирователя 6 подаются две серии импульсов: импульсы угла поворота Acf; и импульсы меток оборотов п-.

35

40

45

50

В качестве датчика 5 может быть npHMeHefi датчик, который выдает на выход импуль-.ные сигналы числа оборотов с частотой, пропорциональной частоте вращения вала, например О п- 3000 в минуту и импульсы угла поворота &(.Р; с дискретом

а об 36 (600 импульсов на 1 оборот вала) .

В цифровом формирователе 6 формируют несколько серий импульсов, синхронизирующих работу блоков устройства, обеспечивающих измерение, вычисление и регулирование. Яз этого формирователя 6 на вход блока 4 ком мутации подается импульс управления ot, .„р , в течение длительности этого импульса входные сигналы с выхода датчика 1 давления проходят че- рез блок 4 коммутации. Импульс oi цпр синхронизирован с импульсами НМТ, которые также формируют в этом блоке. Импульсы НМТ подают на четвертый дополнительный вход регулятора 15, В цифровом формирователе 6 формируют импульсы ВМТ для каждого п линдpa относительно которых измеряются сигнал 72 угла с«: п сдвига максимального давления в цилиндре, сигнал 74 уг- ла Лд сдвига максимума первой производной давления, сигнал 76 угла лg сдвига минимума первой производной давления (фиг. 5) для паждо- го цилиндра отдельно.

Импульсы об ЦП- для всех трех групп импульсов объединяют по схеме ИЛИ и формируют три импульса за один оборот коленчатого вала. Импульсы ВМТ формируют для каждого ци- линдра и вместе с импульсами угла поворота Л -Р; подают на третий дополнительный вход блока 12 вычислений .

Блок 4 коммутации, управляемый импульсом об unp и синхронизируемый импульсами MM, подключает к выходу сигнал от датчика 3 давления.

Выходной сигнал блока 4 коммутации поступает на вход блока 7 дифференцирования. Сигнал датчика 3 давления дифференцируется по углу поворота коленчатого вала в блоке 7 дифференцирования, на входе которо- го может быть установлен усилитель и фильтр высоких частот с целью уменьшения высокочастотных помех.

5

0

5 0 5 о 5

Q

5

0

Сигнал перрон производной давлеdP

ния -7- В цилиндре по углу поворо - doC

та коленчатого вала поступает на входы нуль-органа 8 и анализатора 9 экстремумов. В нуль-органе 8 определяется момент равенства первой

dP

производной давления нулю -- О

«об

и формируется сигнал 72, соответствующий углу ui п сдвига максимального давления в цилиндре (фиг, 5), Сигнал 72 подается на вход блока 12 вычисления, с его помощью измеряется угол tf р; сдвига максимального давления Р .

Анализатор 9 экстремумов предназначен для измерения максимума и минимума сигнала первой производной давления в цилирщре. Как сигнал мак dP

симума первой производной -- выuft

рабатывается сигнал 71, с помощью которого измеряется угол сдвига максимума первой производной.

Как сигнал минимума первой производной вырабатывается сигнал 76, с помощью которого измеряется угол С| . сдвига минимума первой производной,

Сигналы 71 и 76 поступают на первый дополнительный вход блока 12 вычисления,

С помощью блока 10 уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давления задают первый и второй дополнительные уставки углов (У jj и ы jjjj сдвигов, а также пороговые величины h , и h j Указанные дополнительные уставки подают на второй дополнительный вход блока 12 вычисления.

Выходной сигнал - уставки угла к РР сдвига максимального давления - подают на первый вход блока 14 сравнения, на другой его вход подают текущий угол срр; сдвига максимального давления из блока 21 вычислений.

Рассогласова} ие, определенное формулой

( ро- f р; ) t UQ p; , подают на вход рех-улятора 15,

С помощью блока 12 задают угол 1 д„р.,, опережения впрыска топлива, Jri:)T уг ол в процессе работы дизеля корректируют в регуляторе 15, он

является текущим рабочим углом р; опережения впрыска топлива.

Сигнал уставки 8 подают на второй дополнительный вход регулятора 15.

Для многоцилиндрового дизеля при регулировании уг;та опережения впрыска топлива в каждый цилиндр

текущий угол

Q

ftnp

опережения впрыс-

ка топлива имеет свое значение, так как корректирующая неличина угла определения впрыска для каждого цилиндра различна. Такое различие определяется конструктивными различия- ми форсунок, камер сгорания, смесеобразованием в разных камерах.

На входы 18 и 19 блока 12 подают импульсы ВМТ и угла поворота коленчатого вала, а на входы 20-22 - сигна- лы 71, 76 и 72 (фиг. 5). На входы 23 24 и 25, 26 подают соответственно уставки углов сдвига максимума, минимума первой производной давления и пороги h, и h 2 .

Сигнал 71, поступая через вход 20 переключает триггер 27, а импульс ВМТ через вход 18 переключает триггер 28 в единичное состояние.

В зависимости от того, сигнал 71 или и шyльc ВМТ поступает первым, счетчи;1 32 переключается в режим суммирования или вычитания. Этот режим устанавливается дешифратором, состоящим из схем 29-31 совпадения. Если первым поступает импульс ВМТ, то счетчик 32 переключается в режим суммирования, если первым поступает сигнал 71, то счетчик 32 работает в режиме вычитания. Когда оба триггера 27 и 28 переключаются в единичное состояние после поступления км- пульсов ВМТ и сигнала 71 , схема 30 совпадения запрещает счет импульсов и содержимое счетчика 32 сравнивает- ся с уставкой угла обдд сдвига максимума первой производной давления и вычисляется рассогласование

(«a,-4 a;) UQ ai - С помощью задатчика 34 коэффици-

ента К1 и масштабирующего множителя 36 получают на выходе 38 блока 12 вычисления корректирующий сигнал Этот сигнал поступает на коррекцию уставки л р,, на вход блока 14 сравнения.

С помощью задатчика 35 коэффициента КЗ и масштабирующего множите

ю

is

0 5

0

ля 37 формирук т вторий ко1 ректпру|о- щий сигнал 1 1ч i ;р ..,; . Этот сигн.чл юступает на коррекция устаики л на вход сумматора ч(1. Ключом 39 управляет выходной гигнал схемы Ш1И 51.

Триггеры 41 и А2 устанавливают в единичное состояние импульсом ВМТ, а сбрасывают соответственно сигналом 72 максимального давления в цилиндре и сигналом 76 минимума первой производной ;1авлення. Счетчики 45 и 46 измеряют Cfp; смещения максимального давления Р минимума первой производной давления Ср ц. относительно .

Измеренный текущий угол сравнивают с порогаьш Ь и hg в сумматорах 49 и 50, рассогласование через выходы 52 н 53 подают на вход регулятора 15 для регулирования цикловой подачи топлива.

Таким образом, содержимое счетчика 32 определяет угол сдвига максимального давления ( на выходе сумматора 33 масштабирующего множителя 36, после чего формируют корректирующий сигнал. На выходе счетчика 45 формируют текущее значение угла Cf д сдвига максимального давления относительно ВМТ. На счетчике 46 формируют текущий угол сдвига (-fg минимума первой производной, а на выходе схемы 51 - логический сигнал, указывающий на изменение продолжительности сгорания топлива за пределы зоны, определенный уставкой ct gg порогами h , и h 2 . На выходе ключа 39 формируют управляющий сигнал, разрещающпй коррекцию уставки угла сдвига минимума первой производной на величину ik iC/a; .

Так блок 12 вычисления обеспечивает измерение текуищх углов . , tpgl , ср ц| сдвигов максимума и минимума первой производной давления , максимального давления в цилиндре, вырабатываются регулирующие сигналы увеличения или уменьшения цикловой подачи топлива, сигналы коррекции уставок углов и а; максимального давления и минимума первой производной.

Кроме того, на выходе блока 54 усреднения получают среднее арифметическое значение текущих углов с сдвига максимального давления в т илнндре как по их количеству, так и во времени:

1 ТР :

Значения ( и tp р используют для задания уставки ,

В блоке 14 сравнения производят сравнение тек гцего угла сдвига максимального давления с уставкой уг-

ла oi

ро

. В этом же блоке осуществляют коррекцию уставки угла ei ро . Корректируюпщй сигнал tKliCp подается с выход а блока 12 вычислений (фиг. .3) на вход блока 14 срав- нения. На этот же вход поступает сигнал текущего угла ср

На вход 56 регулятора 15 поступают импульсы НМТ с второго дополнительного выхода цифрового формирова теля 6, который разрешает суммирование импульсов 4с|, счетчиком 59 в течение времени поворота коленчатого вала на угол 180 - ® вир о относительно импульса НМТ.

Содержимое счетчика 59 сравниваеся с уставкой угла б Q опережения впрыска топлива, поступающей из сумматора 61. Содержимое последнего корректируется на величину t uf п; , вырабатываемую в блоке 14 сравнения и зависящую от внутренних процессов сгорания топлива. При равенстве кодов счетчика 59 и сумматора 61 формирователь 62 вырабатывает импульс, дпительность которого пропорциональна массе топлива, подаваемого за один цикл в одну камеру сгорания в режиме холостого хода. Этот импульс через схему ИЛИ 63, распределитель импульсов 65 и выход 66 регулятора 15 поступает на вход исполнительного органа 16 (фиг. 2).

Одновременно сигнал с выхода формирователя 62 поступает на вход

5

O

5

0 5

g

триггера 64, переключает его к единичное состояние. Триггер 64 формирует импульс, длительность которого пропордиональна цикловой подаче топлива в цилиндр. Сигнал с выхода триггера 64 разрешает счет импульсов с генератора 67 в счетчике 68.

При равенстве кода счетчика 68 и кода (5, текущей цикловой подачи топлива, поступающего на вход 17 устройства, дешифратор 70 формирует импульс, который переключает триггер 64 в нулевое состояние.

Код Q; текущей цикловой подачи топлива изменяется на величину, пропорциональную отклонению текущего угла сдвига минимума первой производной давления.

Распределитель импульсов, работа которого синхронизируется импульсами НМТ, выбирает порядковый номер дилиндра, в который необходимо произвести впрыск топлива.

Использование в способе дополнительных параметров дизеля, определяющих процессы сгорания топлива в цилиндре, позволяет оптимизировать угол опережения впрыска топлива и регулировать цикловой подачей топлива в каждьш отдельный цилиндр дизеля , что повьииает экономичность эксплуатации дизеля, увеличивает моторесурсы двигателя.

Регулировкой угла опережения впрыска топлива цикловой подачей топлива добиваются такого режима работы дизеля, чтобы минимум первой производной давления или точка z конца сгорания тогшива на линии расширения находился в заданных пределах. Тогда этим углам сдвига qi ; будут соответствовать оптимальные углы 8 опережения впрыска топлива.

JW д50в. Ю ZO 30 40 50 oi

Фи&М

Редактор А.Козориз

Заказ 765/45Тираж 524 Подписное

ВНИ11ПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг. 5

Составитель В.Иденко

Техред А.Бабинец Корректор Е.Сирохман

1.Способ автоматического регулирования рабочего процесса дизеля путем определения верхней мертвой точки (в.м.т.), непрерывного измерения давления в цилиндрах, дифференцирования сигнала давления в цилиндре по углу поворота коленчатого вала, измерения текущего угла сдвига максимального давления относительно в.м.т., сравнения текущего угла сдвига максимального давления с ус- тавко й этого угла и регулирования по результату сравнения угла опережения впрыска топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, дополнительно измеряют текущий угол сдвига максимума первой производной давления по углу поворота коленчатого вала относительно в.м.т., задают первую дополнительную уставку угла сдвига максимума первой производной давле ния по углу поворота коленчатого вала относительно в.м.т., сравнивают текущий угол сдвига максимума первой производной давления с первой дополнительной уставкой, по результату сравнения корректируют уставку угла сдвига максимального давления в цилиндре, после чего регулируюу цикловую подачу топлива, в связи с чем задают вторую дополнительную уставку угла сдвига минимума первой производной давления по углу поворота коленчатого вала, измеряют текущий угол сдвига минимума первой производной давления, сравнивают текущий угол сдвига минимума первой производной давления с второй дополнительной уставкой и при значении текущего угла сдвига минимума первой производной меньше второй дополнительной уставки увеличивают цикловую подачу, а при значении текущего угла сдвига минимума первой производной давления больше этой уставки уменьшают цикловую подачу топлива. 2, Устройство автоматического регулирования рабочего процесса дизеля, содержащее по меньшей мере один датчик давления в цилиндре, блок вычисления . нуль-орган. датчик угла поворота коленчатого вала, цифровой формирователь, блок коммутации, блок дифференцирования, блок уставки угла сдвига максимального давления, блок сравнения, регулятор и по меньшей мере один исполнительный орган, вход которого через регулятор соединен с вькодом блока сравнения, который одним своим входом соединен с блоком уставки угла сдвига максимального давления, другим через блок вычисления соединен с выходом нуль-органа, который своим входом соединен с выходом бЛока дифференцирования , а вход последнего соединен с выходом блока коммутации, перСП