Система регулирования подачи топлива транспортного дизеля Советский патент 1987 года по МПК F02D41/00 

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию транспортных двигателей внутреннего сгорания, в частности дизелей с турбонаддувом. Целью из обретения является повыше

нйе точности устройства и повышение топливной экономичности транспортног дизеля за счет коррекции топливопода чи с учетом изменения температур масла и топлива дизеля.

На чертеже представлена функциональная схема системы.

Система содержит дизель 1, имеющи газовую связь с турбокомпрессором 2 и связанный зубчатой передачей 3 с блоком А топливных насосов высокого давления с общей рейкой топливных насосов (РТЫ) 5, управляемой при помощи привода, который содержит соединенные механическую передачу 6, силовой шаговый электродвигатель (ШД) 7 и блок 8 управления шаговым электродвигатель (ШД) 7 и блок 8 управления шаговым электродвигателем, импульсный датчик 9 частоты вращения вала дизеля, числоимпульсный преобразователь (ЧИП) 10, датчик 11 расхода и датчик 12 температуры выхлопных газов,счетчик 13 импульсов, датчик 14 режимов работы дизеля, первый 15 аналого-цифровой преобразователь (АЦП), схему 16 определения фактического времени переходного процесса, микропроцессор 17, в который входят первый 18 и второй 19 блоки памяти с устройствами сравнения, множитель- но-вычитающее устройство (МВУ) 20, сумматор 21 и арифметическо-логичес

кое устройство (АЛУ) 22, датчик 23 температуры масла, второй 24 АЦП, третий 25 блок памяти с тремя входами и выходом, датчик 26 температуры топлива, третий 27 АЦЦ и ключевое устройство 28 с двумя выходами и одним входом. При этом третий 25 блок памяти и ключевое устройство 28 входят в микропроцессор 17.

Выход блока 8 управления шаговым двигателем соединен с ШД, импульсный датчик 9 частоты вращения вала.дизеля кинематически связан с зубчатой передачей 3, а электрически - с входом ИЦ 10. Датчики расхода 11 и температуры 12 выхлопных газов установлены в выхло пном коллекторе, а выходы датчиков 23 и 26 температуры масла и топлива подсоединены соответственно к второму 24 и третьему 27 АЦЦ

0

0

5

Цервый выход датчика 14 режимов работы дизеля подключен к входу первого 15 АЦЦ, а второй выход - к входу схемы 16 определения фактического времени переходного процесса. Цервый, второй, третий, четвертый и пятый входы первого блока 18 памяти микропроцессора 17 соединены соответственно с выходом ЧИЦ 10, с вторым выходом ключевого устройства 28, с выходом датчика 11 расхода выхлопных газов, с выходом датчика 12 температуры выхлопных газов и с выходом

5 схемы 16 определения фактического времени переходного процесса, а первый и второй выходы - соответственно с первым и вторым входами МВУ 20, третий вход которого соединен с вторым выходом сумматора 21, а выход подключен к входу сумматора 21. Вход второго блока 19 памяти микропроцессора 17 соединен с выходом ЧИЦ 10, а первый, второй и третий выходы подключены соответственно к первому, второму и третьему входам АЛУ 22, четвертый, пятый, шестой и седьмой входы которого соединены соответственно с выходом АЦЦ 15, с первым выходом сумматора 21, с выходом ЧИЦ 10 и с вторым выходом ключевого устройства 28, а выход подключен к первому входу блока 8 управления ШД, второй вход которого соединен с выходом третьего блока 25 памяти, первый, второй, и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго АЦП 24, с выходом третьего АЦЦ 27 и с первым входом ключевого устройства 28, вход

0 которого подключен к выходу счетчика 13 импульсов.

В первом 18 блоке памяти заложены в виде матриц предельные значения расхода выхлопных газов G j в зависи5 мости от частоты вращения вала дизеля Gg f(ria) и значения средней температуры выхлопных газов в зависимости от частоты вращения вала дизеля и величины цикловой подачи топлива

0 (положения РТН) Т f(na,Z) для различных режимов работы дизеля. Во втором 19 блоке памяти в виде матриц заложены зависимости цикловой подачи топлива на режиме холостого хода диg зеля (верхний и нижний пределы подачи топлива) Ьц f(co,,,), bj f (со,) ,

0

5

где со,

частота

вращения вала дизеля (верхний и нижний предел) на режиме холостого хода.

15, поступает на соответствующий 20 D ССц. (С const). Суммаа также зависимость цикловой подачи топлива от отношения нагрузки на валу дизеля к его частоте вращения Ьц Г(Мкр/Па), В третьем 25 блоке памяти в виде матрицы заложена зависимость положения рейки 5 топливных насосов Z (цикловой подачи топлива) от изменения температуры масла и топлива дизеля Z f(T, Т),

Система регулирования подачи топлива транспортного дизеля работает следующим образом.

При изменении режима работы дизеля (например, в тепловозном дизеле при переключении рукоятки контроллера машиниста на более высокую позицию) сигнал датчика 14 () , преобразованный в цифровую форму с помощью АЦП

вход микропроцессора 17 и далее на четвертый вход АЛУ 22. Одновременно сигнал об изменении режима работы с второго выхода датчика 15 поступает на вход схемы 16, которая задает интервал времени для обработки информации, поступающей на соответствуюоще входы первого блока 18 памяти.

Импульсный сигнал (пд) частоты вращения вала дизеля с выхода датчика 9, преобразованный в цифровую форму в ЧИП Ю, поступает на первый вход первого блока 18 памяти, на шестой вход АЛУ 22 и на вход второго блока 19 памяти. На третий и четвертый входы первого блока 18 памяти от датчиков 11 и 12 поступают сигналы соответственно о расходе (Gg) выхлопных газов и об их средней (по выхлопному коллектору) температуре (Тдг)- При этом ключевое устройство 28 вторым выходом подключено к седьмому входу АЛУ 22 и к второму входу первого 18 блока памяти, а входом - к выходу

значения указанных выше параметров Если в результате сравнения оказалось, что Gg G;, и Т т;, , т значения Tg, поступают в МВУ 20 На третий вход МВУ 20 с второго выхода сумматора 21 поступает сигнал D предельного значения дымления, рассчитанного в предыдущем переход- 10 ном процессе. В МВУ производится пе ремножение поступивших значений Gg. и Т„ и определение приращения преде

D Г

ного значения дымления для текущего переходного процесса (произведение 15 параметров Gg и Т,. характеризует в личийу кинетической энергии выхлопн газов). Таким образом, с выхода МВУ 20 на вход сумматора 21 постуйает

сигнал uDnp (Dnp- Вп„ )йГ

Р

где

тор 1 суммирует элементарные значе- чения лDnp на интервале времени, за данном схемой 16. Следовательно, с первого выхода сумматора 21 на пятый

25 вход АЛУ 22 поступает новое предель ное значение дымления В„ . Второй блок 19 памяти в зависимости от величины сигнала п, поступившего на его вход, вьщает на соответствующий

30 вход АЛУ 22 один из сигналов необхо димой цикловой подачи топлива, соот

н

ветствующей верхнему b или нижнему Ь пределу частоты вращения холостого хода (если дизель работает

2g без нагрузки), или сигнала Ь, цикловой подачи топлива, необходимой для исключения просадки оборотов дизеля (если дизель работает под нагрузкой) .

40 На основании поступающей информации АЛУ 22 рассчитывают максимальную цикловую подачу топлива (Z), при которой еще не происходит дымления. Си нал Z с выхода АЛУ 22 микропроцессосчетчика 13 импульсов. Таким образом, 45 Р поступает на первый вход блока на второй вход первого блока 18 памя- 8 управления ШД. Влок управления прети и на седьмой вход арифметическо- логического устройства 22 микропроцессора поступает сигнал по положению РТН (текущая цикловая подача топобразует сигнал управления в последовательность прямоугольных импуль50

угол поворота ротора ШД, т.е. положение РТН 5. Шаговый двигатель 7 через механическую передачу 6 передвигает РТН 5 на расчетную топливоподачу (Zp) . Счетчик 13 импульсов считывает коли- gg чество управляющих импульсов, поступивших на обмотки ШД, т.е. определяет фактическое положение РТН 5. С вы- ,хода счетчика 13 импульсов сигнал Z о фактическом положении РТН 5 через

лива).

В первом блоке 18 памяти проис о- дит сравнение текущих значений G и

-Вг

ИХ программными значениями

Т,.- для данной частоты вращения

сэГ

с

и

Пл вала дизеля и топливоподачи. При этом с первого и второго выходов первого блока 18 памяти на первый и второй входы МВУ 20 проходят большие

значения указанных выше параметров. Если в результате сравнения оказалось, что Gg G;, и Т т;, , то значения Tg, поступают в МВУ 20. На третий вход МВУ 20 с второго выхода сумматора 21 поступает сигнал D предельного значения дымления, рассчитанного в предыдущем переход- ном процессе. В МВУ производится перемножение поступивших значений Gg. и Т„ и определение приращения предельD Г

ного значения дымления для текущего переходного процесса (произведение параметров Gg и Т,. характеризует ве- личийу кинетической энергии выхлопных газов). Таким образом, с выхода МВУ 20 на вход сумматора 21 постуйает

D ССц. (С const). Суммасигнал uDnp (Dnp- Вп„ )йГ

Р

где

тор 1 суммирует элементарные значе- чения лDnp на интервале времени, заданном схемой 16. Следовательно, с первого выхода сумматора 21 на пятый

5 вход АЛУ 22 поступает новое предельное значение дымления В„ . Второй блок 19 памяти в зависимости от величины сигнала п, поступившего на его вход, вьщает на соответствующий

0 вход АЛУ 22 один из сигналов необходимой цикловой подачи топлива, соотн

ветствующей верхнему b или нижнему Ь пределу частоты вращения холостого хода (если дизель работает

g без нагрузки), или сигнала Ь, цикловой подачи топлива, необходимой для исключения просадки оборотов дизеля (если дизель работает под нагрузкой) .

0 На основании поступающей информации АЛУ 22 рассчитывают максимальную цикловую подачу топлива (Z), при которой еще не происходит дымления. Сигнал Z с выхода АЛУ 22 микропроцессоР поступает на первый вход блока 8 управления ШД. Влок управления пре

образует сигнал управления в последовательность прямоугольных импуль45 Р поступает на первый вход блока 8 управления ШД. Влок управления пре50

угол поворота ротора ШД, т.е. положение РТН 5. Шаговый двигатель 7 через механическую передачу 6 передвигает РТН 5 на расчетную топливоподачу (Zp) . Счетчик 13 импульсов считывает коли- gg чество управляющих импульсов, поступивших на обмотки ШД, т.е. определяет фактическое положение РТН 5. С вы- ,хода счетчика 13 импульсов сигнал Z о фактическом положении РТН 5 через

ключевое устройство 28 поступает на седьмой вход АЛУ 22 микропроцессора 17, где происходит его сравнение с расчетным сигналом Z цикловой подачи топлива. При наличии рассогласования АЛУ 22 выдает на первый вход блока 8 управления ШД сигнал коррекции положения РТН 5 (цикловой подачи топлива). В следующий интервал времени, задаваемый схемой 16, цикл работы системы повторяется. Ограничение топли- воподачи по дымлению происходит до момента Z 2,дд, т.е. до полной стабилизации переходного процесса.

В результате стабилизации переходного процесса происходит стабилизация температур масла и топлива дизеля. В момент времени Z Z,qд ключевое устройство 28 своим первым выходом подключает второй вход третьего блока 25 памяти к выходу счетчика 13 импульсов. На первый и третий входы третьего блока 25 памяти через второй 24 и третий 27 АЦП поступают преобразованные в цифровую форму сигналы датчика температуры масла (с„) и датчика температуры топлива (t) дизеля соответственно. В третьем блоке 25 памяти происходит сравнение программного значения цикловой подачи топлива (положения РТН Z,, ) при текущих значениях t .. и t с фактиmI

ческим значением цикловой подачи топлива (положение РТН Z Z,

-WA

) . При

наличии отклонения фактического положения РТН 5 от программного значения третий блок 25 памяти выдает на второй вход блока 8 управления ШД корректирующий сигнал (Z) на изменение цикловой подачи топлива с учетом изменения температуры масла и топлива дизеля. При отработке шаговым двигателем 7 сигнала температурной коррекции (выполнение условия Z Z) коррекция топливоподачи прекращается.

Использование устройства позволяет повысить экономичность транспортного дизеля за счет коррекции подачи топлива с учетом изменяющихся в процессе эксплуатации температур масла и топлива дизеля.

Формула изобретения

Система регулирования подачи топлива транспортного дизеля, содержащая дизель, имеющий газовую связь с турбокомпрессором и связанный зубчатой передачей с блоком топливных насосов высокого давления с общей рейкой, управляемой при помощи привода, который содержит соединенные между собой механическую передачу, силовой шаговый электродвигатель и блок управления шаговым электродвигателем, датчик частоты вращения вала дизеля,

числоимпульсный преобразователь, датчик расхода и датчик температуры выхлопных газов, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), счетчик импульсов, датчик режимов работы ди5 зеля, схему определения фактического времени переходного процесса, микропроцессор с первым и вторым блоками памяти, множительно-вычитающим устройством, сумматором и арифметическое

0 логическим устройством (АЛУ), причем датчик частоты вращения вала дизеля кинематически связан с зубчатой передачей и электрически - через числоимпульсный преобразователь с первым

5 входом первого блока памяти, через датчики температуры и расхода выпускных газов дизель связан с третьим и четвертым входами первого блока памяти, второй вход которого соединен с

0 седьмым входом АЛУ, а первый вход - с шестым входом АЛУ и входом второго блока памяти, три выхода которого соединены с первым, вторым и третьим входами АЛУ, четвертый вход которого через последовательно включение первый АЦП, датчик режимов работы дизеля и схему определения фактического времени переходного процесса соединен с пятым входом первого блока памяти, два выхода которого соединены с первым и вторым входами множитель- но-вычитающего устройства, третий вход которого соединен с вторым входом сумматора, а выход - с входом

5 сумматора, первьш выход которого соединен с пятым входом АЛУ, выход которого через блок управления шаговым электродвигателем подсоединен к силовому шаговому электродвигателю, к торому через счетчик импульсов подключен седьмой вход АЛУ, отличающаяся тем, что, с целью повьщ1ения точности, система дополнительно содержит датчик температуры

c масла, датчик температуры топлива, второй и третий АЦП, третий блок памяти с тремя входами и выходом и ключевое устройство с двумя выходами и одним входом, причем блок управления

5

0

7134

шаговым электродвигателем содержит дополнительный вход, соединенный с выходом третьего блока памяти, первый и третий входы которого соответственно через второй АЦП и датчик темпера-

туры масла и третий АЦП и датчик тем-

8

а вход - с

пературы топлива соединены с дизелем, а второй вход - с первым выходом ключевого устройства, второй выход которого соединен с седьмым входом АЛУ,

выходом счетчика импу-.

Изобретение позволяет повысить точность устр-ва путем коррекции топ- ливоподачи с учетом изменения температур масла и топлива дизеля. Система содержит дизель 1, т рбокомпрес- сор 2, блок 4 топливных насосов высокого давления, привод, содержащий механическую передачу 6, силовой шаговый электродвигатель 7, блок 8 управления последним, импульсный датчик 9 частоты вращения вала дизеля, числоимпульсный преобразователь Ю датчики 11 и 12 расхода и т-ры выхлопных газов, счетчик 13 импульсов, датчик 14 режимов работы дизеля,аналого-цифровые преобразователи 15, 24, 27, схему 16 определения фактического времени переходного процесса, микропроцессор 17, блоки 18, 19 памяти с устр-вами сравнения, множитель- но-вычитающее устройство 20, сумматор 21, арифметическо-логическое устр-во 22, датчик 23 т-ры масла, блок 25 памяти, датчик 26 т-ры топлива, ключевое устр-во 28. В результате стабилизации переходного процесса происходит стабилизация т-р масла и топлива дизеля. Устр-во 28 своим первым выходом-подключает второй вход блока 25 к выходу счетчика 13. На первый и третий входы блока 25 поступают сигналы датчиков 23 и 26. В блоке 25 происходит сравнение программного значения цикловой подачи топлива при текущих значениях т-р с фактическим значением подачи топлива. При нали-чии отклонения блок 25 выдает на блок 8 корректирующий сигнал на изменение цикловой подачи топлива с учетом изменения т-ры масла и топлива дизеля. 1 ил. с & (Л 00 4 00 ел NU

7 г8Щ

Г

Гм.

Тт

ВГ

Твг

16

25

17

Пзад.

редактор Н.Горват

Заказ 5177/34Тираж 503Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Со ставитель В.Горбунов

Те хред Л.Олийнык Корректор М.Пожо