Устройство для регулирования подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02D23/02 

Изобретение относится к двигятелест- роению и может быть использовано для регулирования воздухоснабжения ДВС.

Известно устройство для регулирования, содержащее регулятор частоты вращения, рычаг которого подсоединен к органу дозирования подачи топлива, источник сжатого воздуха, подключенный к цилиндрам двигателя при помощи магистрали, установленный в ней золотник с приводом от подпружиненного сердечника электромагнита с двумя зажимами, один из которых через подвижный и неподвижный контакты с отрицательным полюсом источника питания, причем подвижный контакт связан с дополнительным плечом рычага через пружину и выпуклую головку, дополнительное плечо жестко связано с ограничителем хода, а выпуклая головка сопряжена с подвижным упором ограничителя перемещения органа дозирования подачи топлива, ограничитель выполнен с приводом от датчика давления наддува, сообщенного с магистралью сжатого воздуха непосредственно и с f сивером через обратный клапан, три диода, тиристор, два резистора, конденсатор и катушку индуктивности, катоды первого и второго диодов соединены с вторым зажимом электромагнита, аноды первого диода и тиристора соединены между собой и с положительным полюсом источника питания, катод тиристора через катушку индуктивности связан с анодом второго диода, первый обкладкой конденсатора и первым зажимом первого резистора,- вторая обкладка подключена к отрицательному зажиму источни- к а питания, первый зажим второго резистора соединен с анодом третьего диода, катод которого подключен к управляющему электроду тиристора.

Недостатком данного устройства является низкое качество протекания переходных процессов, во-первых, из-за того, что начало подачи дополнительного воздуха осуществляется только после появления провалов оборотов коленвала двигателя, во-вторых, уровень расхода дополнительного воздуха не зависит от величины нагрузки.

Известна также система регулирования подачи дополнительного воздуха, содержащая блок управления, связанный с фотоэлектрическим дымомером и датчиком частоты вращения вала дизеля. Вход усилителя связан с выходом блока управления, а выход - с приводом электропневматического клапана подачи дополнительного воздуха от источника сжатого воздуха через магистраль о цилиндры дизеля. Датчик мощности дизеля через дифцепочку, диод, одновибратор и схему ИЛИ связан с блоком управле ния. Второй вход схемы ИЛИ соединяет фотоэлектрический дымомер с блоком управления

Недостатком данной системы является

низкое качество переходных процессов из- за того, что начало подачи дополнительного воздуха происходит после срабатывания датчика мощности (достаточно инерцион0 ной системы, но более быстрой, чем в предыдущем устройстве, где реагируют уже на провалы оборотов из-за наброса).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство

5 для регулирования подачи дополнительного воздуха в двигатель внутреннего сгорания, содержащее запорный орган, установленный о трубопроводе подачи дополнительного воздуха, дистанционный электро0 магнитный переключатель с двумя входами и выходами, соединенными с обмоткой запорного органа с электромагнитным приводом, два компаратора, каждый из которых своим выходом соединен с одним из входов

5 дистанционного переключателя, датчик скорости рычага управления топливопода- чей с преобразователем, выходы которого соединены с входами первого компаратора, датчик частоты вращения ротора турбоком0 прессора с преобразователем, выход которого связан с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, и источник питания запорного органа.

5 В известном устройстве подача дополнительного воздуха начинается с момента увеличения топливоподачи рычагом управления и завершается в тот момент, когда частота вращения турбокомпрессора дости0 гаеттребуемого уровня. Этому уровню соответствует порог срабатывания второго компаратора, который отключает подачу дополнительного воздуха в двигатель.

Известное устройство обладает бопее

5 высоким быстродействием, поскольку оно включает подачу дополнительного воздуха не в момент появления провала оборотов двигателя, а раньше - в момент увеличения топливоподачи рычагом управления.

0 Однако из-за постоянства порога сраба- тывзния второго компаратора отключение подачи дополнительного воздуха происходит при вполне определенной частоте вращения турбокомпрессора. Этот порог

5 является оптимальным только для одного единственного значения приращения нагрузки, когда этот порог соответствует установившемуся (после приема нагрузки агрегатом) значению частоты вращения турбокомпрессора. Во всех остальных случаях

этот компаратор либо срабатывает при частоте вращения турбокомпрессора, меньшей установившегося для данной нагрузки значения (что приводит к недостаточному воз- духоснабжению), либо не срабатывает при соответствующей частоте вращения турбокомпрессора и дополнительный воздух продолжает поступать в цилиндры и в установившемся режиме агрегата (что ведет к перерасходу воздуха). В обоих этих случаях индикаторный КПД дизеля уменьшается из-за несогласовэниости подачи воздуха и топлива, что в конечном счете приводит к ухудшению качества протекания переходных процессов.

Цель изобретения - повышение качества протекания переходных процессов.

Указанная цепь достигается тем, что в устройство, содержащее запорный орган, установленный в трубопроводе подачи дополнительного воздуха, дистанционный электромагнитный переключатель с двумя входами и выходами, соединенным с обмоткой запорного органа с электромагнитным приводом, первый и второй компараторы, каждый из которых своим выходом соединен с одним из входов дистанционного переключателя, датчик скорости рычага управления топливоподачей с преобразователем, выходы которого соединены с входами первого компаратора, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора с преобразователем, источник питания запорного органа, одна клемма которого подключена к первому выходу дистанционного электромагнитного переключателя, а вторая - через обмотку запорного органа связана с другим выходом дистанционного электромагнитного переключателя, третий выход которого соединен со стробирующим входом второго компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, введены дополнительный резистор и дифференцирующая цепочка, вход дифференцирующей цепочки зашунтирован дополнительным резистором и подключен параллельно выходным зажимам преобразователя датчика частоты вращения турбокомпрессора, один из выходных зажимов дифференцирующей цепочки соединен с первым входом второго компаратора, а другой подключен к общей шине.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Двигатель 1 имеет трубопровод 2 подачи дополнительного воздуха, который сообщает его с запорным органом 3, имеющим электромагнитный привод, и сообщает запорный орган 3 с источником 4 сжатого воздуха. Первый отвод обмотки

электромагнитного привода запорного органа 3 через источник 5 питания связан с первым выходом дистанционного электромагнитного переключателя 6. а второй отвод 5 обмотки запорного органа 3 подключен к второму выходу переключателя 6. Между первым и вторым выходами в переключателе 6 включены замыкающие контакты 7 Первый вход дистанционного электромэг- 10 нитного переключателя 6 соединен с выходом первого компаратора 8. Первый, второй и стробирующий входы первого компаратора 8 подключены к выходам датчика 9 скорости рычага управления топливоподачей с 15 преобразователем, Кроме того, второй вход первого компаратора 8 подключен к общей шине. Дистанционный переключатель 6 содержит первую 10 и вторую 11 обмотки, первый отвод обмотки 10 соединен с пер- 0 вым входом переключателя 6, первый отвод обмотки 11 соединен с первым входом переключателя 6. Вторые отводы обмоток 10 и 11 соединены с общим проводом схемы. Стробирующий вход второго компаратора 5 12 соединен с третьим выходом переключателя 6 и через замыкающие контакты 13 и четвертый выход переключателя 6 с общей шиной электропитания. Датчик частоты турбокомпрессора 14 с преобразователем сво- 0 ими двумя выходами соединен с двумя входами дифференцирующей цепи 15. за- шунтированными дополнительным резистором 16. Два выхода дифференцирующей цепи 15 соединены с первым и вторым вхо- 5 дами второго компаратора 12, причем второй вход соединен с общей шиной электропитания схемы. Турбокомпрессор 17 получает дополнительное воздухоснаб- жение по трубопроводу 2.

0Запорный орган 3 может быть выполнен

на базе электромагнитов типа ЭТ52Б, ЭТ54Б. Источник 5 питания представляет собой стабилизированный источник постоянного напряжения (24 В или 110 В в зави- 5 симости от модификации электромагнита в запорном органе) и может быть взят из числа выпускаемых промышленностью или реализован по типовой схеме. Резистор 16 может быть типа МЛТ, УЛИ или др. и имеет 0 сопротивление в несколько килоом. Дифференцирующая цепь 15 может быть выполнена в виде резистивно-емкостной цепочки (резистор типа МЛТ, конденсатор типа МБМ, БМ) по типовой схеме известной из 5 электротехники. Датчик 14 частоты турбокомпрессора с преобразователем может быть точно таким же, как в известном устройстве, т.е. может представлять собой постоянный магнит, установленный на роторе турбокомпрессора, вблизи которого неподвижно установлена катушка, к которой подключена RC-цепочка с диодом Датчик 9 скорости может быть выполнен так же, как и в известном устройстве (в виде постоянного магнита, закрепленного на рычаге управления двигателем, двух неподвижных катушек и связанных с ними RC-цепочек с диодами). Дистанционный электромагнитный переключатель 6 выполнен точно так же, как в известных технических решениях. При подаче напряжения на обмотку 10 этого переключателя контакты 7 и 13 замыкаются, при подаче напряжения на обмотку 11 эти контакты размыкаются. Первый компаратор 8 может быть выполнен, например, на микросхемах К554СА1, К554САЗ или других с усилителем мощности. Второй компаратор 12 вырабатывает сигнал логического нуля, независимо от напряжения на сигнальном (первом по схеме предлагаемого устройства) входе при разомкнутых контактах 13. Выходной импульс компаратора 12 имеет нормированные длительность и амплитуду, равную уровню логической единицы, передний фронт этого импульса формируется в момент совпадения с нулем сигнала на первом его входе. Выходной импульс компаратора 12 вырабатывается только при замкнутом контакте 13. Узел 12 может быть выполнен на базе микросхемы К554САЗ, вход которого соединен с выходом К554САЗ, типового усилителя мощности, вход которого через диод подключен к выходу одновибратора, а выход является выходом узла 12. При этом первым входом узла 12 является контакт 4 микросхемы К554САЗ, вторым входом - контакт 3, стро- бирующим входом - зажим Строб, а база транзистора Т1 подключается к шине +5В через дополнительный резистор сопротивлением 8,2...15 кОМ (не показан).

Возможны и другие варианты реализации узла 12.

В установившемся режиме, при сбросе . нагрузки и при плавных набросах нагрузки датчик 9 скорости рычага управления с преобразователем не вырабатывает сигналы, достаточные для срабатывания первого компаратора 8, поэтому контакты 7,13 дистанционного электромагнитного переключателя 6 разомкнуты и второй компаратор 12 по входу стробирования выключен (это же состояние контактов 7,13 и второго компаратора 12 возможно после срабатывания последнего в случае обратного состояния контактов 7, 13). При этом трубопровод 2 перекрыт запорным органом 3 от подачи сжатого воздуха из источника 4 в турбокомпрессор 17 двигателя 1.

При резком набросе нагрузки, достаточном для срабатывания первого компаратора 8, на выходе последнего на некоторое время (определяемое датчиком 9) устанавливается 1, зэпитывается первая обмотка 10 дистанционного электромагнитного переключателя 6, что приводит к замыканию контактов 7 и 13, Контакт 7 подключает источник питания 5 к обмотке запорного орга- на 3, последний срабатывает на открытие подачи дополнительного воздуха из источника 4 сжатого воздуха через трубопровод 2 турбокомпрессор 17 двигателя 1 Контакт 13 выдает разрешающий сигнал на строби- 5 рующий вход второго компаратора 12, С момента наброса нагрузки начинает раскручиваться (увеличивать воздухоснабже- ние) турбокомпрессор 17 от растущей энергии выхлопа двигателя 1 (из-за роста 0 топливоподачи). т.е. сигнал с датчика 14 частоты турбокомпрессора с преобразователем возрастает, дифференцируется дифференцирующей цепочкой 15 и в виде сигнала, отличного от нулевого уровня, по- 5 ступает на первый вход второго компаратора 12, что не приводит к срабатыванию последнего и на его выходе сохраняется О, Подача дополнительного воздуха способствует повышению индикаторного КПД двига- 0 теля 1, его мощности во время переходного процесса, что способствует лучшему (с точки зрения качества переходного процесса - провал оборотов коленвала, длительность, дымление и т.п.) принятию нагрузки. Окон- 5 чанием приема нагрузки - выходом на новый установившийся режим - является окончание разгона турбокомпрессора 17. Этот момент фиксируется постоянством сигнала с выхода датчика 14, что в свою 0 очередь приводит к нулевому уровню сигнала на первом входе второго компаратора 12 срабатыванию последнего, установке 1 на его выходе, запитыванию второй обмотки 11, что приводит к размыканию контак- 5 тов 7 (обесточивание обмотки запорного органа 3 - перекрытие дополнительного воздухоснабжения) и 13 (выключение второго компаратора 12 по стробирующему входу). Устройство приходит в исходное 0 состояние для установившегося режима. Конденсаторы дифференциальной цепочки 15 и датчика 14 разряжаются через дополнительный резистор 16.

Из вышеизложенного следует, что пред- 55 лагаемое устройство обеспечивает подачу дополнительного воздуха в двигатель в течение всего переходного процесса: с момента наброса нагрузки и до момента достижения турбокомпрессором частоты вращения соответствующей новой нагрузке, т е. переход на установившийся режим - частота вращения турбокомпрессора не изменяется. В этом заключается его преимущество по сравнению с прототипом, где подача дополнительного воздуха осуществ- ляется в течение переходного процесса только при одном значении наброса нагрузки, так как порог второго компаратора постоянен. Следовательно, в предлагаемом устройстве переходный процесс протекает при лучшем качестве: уменьшаются провалы оборотов коленвала двигателя, длительность, дымность и т.д.

Ф ор мул а и зо б рете н и я

Устройство для регулирований подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания, содержащее турбокомпрессор, источник сжатого воздуха, трубопровод подачи дополнительного воздуха, соединенный с ис- точником сжатого воздуха, запорный орган с электромагнитным приводом, установленный в трубопроводе подачи дополнительного воздуха, дистанционный электромагнитный переключатель с двумя входами и по меньшей мере тремя выходами, два компаратора, каждый из которых выходом

подключен к одному из входов дистанционного переключателя, датчик скорости перемещения рычага топливодачи с преобразователем, выходы которого соединены с входами первого компаратора, датчик частоты вращения турбокомпрессора с преобразователем, источник питания запорного органа, одна клемма которого подключена к первому выходу дистанционного переключателя, а другая через электромагнитный привод запорного органа соединена с другим выходом дистанционного переключателя, причем второй компаратор выполнен со стробирующим входом, подключенным к третьему выходу дистанционного переключателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, оно снабжено дополнительным резистором и дифференцирующей цепью, входные выводы которой подключены к выходным выводам преобразователя датчика частоты вращения турбокомпрессора, а выходные выводы соединены с входами второго компаратора при этом дополнительный резистор включен между входными выводами дифференцирующей цепи.

Использование: подача дополнительного воздуха в двигатель внутреннего сгорания на переходных режимах работы. Сущность изобретения: при резком перемещении рычага управления топливоподзчей электромагнитный переключатель б замыкает контакт 7 и подключает электромагнитный привод запорного органа 3 к источнику электропитания 5. Сжатый воздух через трубопровод поступает в турбокомпрессор 17 и двигатель 1. Компаратор 12 дает сигнал на отключение подачи дополнительного воздуха в момент достижения турбокомпрессором 17 установившегося значения частоты вращения. 1 ил,