Устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу Советский патент 1992 года по МПК F02M3/45 F02D41/16 

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности к автоматическому уп- раплснию двигателем внутреннего сгорания, и может быть использовано для снижения расхода топлива на карбюраторных двигателях и уменьшения суммарного количества токсичных веществ, выделяемых в атмосферу при сгорании топлиьа.

Известно устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу (1), содержащее схему защиты от дребезга контактов, преобразователь частота-напряжение, пороговое устройство, датчик положения дроссельной заслонки и электронный ключ, управляющий электромагнитным клапаном.

Недостатком известного устройства является его сложность за счет наличия схемы защиты от дребезга контактов, пониженная надежность за счет большого количества элементов и температурная нестабильность за счет зависимости длительности формируемых импудьсов от температуры.

Известно устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу (2) - экономайзер, содержащее формирователь импульсов, два одновибратора, время- задающие цепочки одновибраторов, датчик положения дроссельной заслонки, усилительный блок, электромагнитный клапан, триггеры RS- и D-типов, схему подавления дребезга контактов датчика дроссельной заслонки.

Недостатком известного устройства является его температурная нестабильность, усложненность схемы за счет наличия в устройстве схемы защиты от дребезга контактов, входящей, в электронную систему зажигания.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство управления двигателями на принудительном холостом ходу (3)- экономайзер, содержащее схему защиты от дребезга контактов (формирователь импульсов), выполненную на двух диодах, четырех резисторах, четырех конденсаторах, элементе И и триггере RS-типа, вход которой подключен к системе зажигания: выход схемы защиты от дребезга соединен с первым входом делителя частоты, выполненного на триггере RS-типа, первый (инверсный) выход которого соединен со входом формирователя порогового интервала времени, выполненного на конденсаторе, двух резисторах и элементе И, а второй (прямой) выход соединен с первым входом схемы сравнения, выполненной на двух триггерах RS-типа и элементе И, второй вход схемы сравнения соединен с выходом формирователя порогового интервала времени, третий вход схемы сравнения (установочные входы триггеров) соединен с выходом датчика положения дроссельной

заслонки, представляющего собой датчик- винт, первый выход схемы сравнения соединен со вторым входом делителя частоты, второй выход схемы сравнения соединен со входом ключевой схемы управления, выпол0 ненной на двух транзисторных ключах, выход ключевой схемы управления соединен с электромагнитом запорного клапана.

Устройство работает следующим образом.

5 При нажатой педали акселератора (дроссельная заслонка открыта) контакты датчика положения дроссельной заслонки разомкнуты, сравнения периода повторения импульсов системы зажигания Тс поро0 говым tn не происходит, на вход ключевой схемы управления (на базу первого транзй стора) поступает сигнал Г, ключевая схЈ- ма открыта, электромагнит запорногв клапана включен, топливо поступает из кар5 бюратора в двигатель.

После отпускания педали акселератора контакты датчика положения замыкаются и начинается процесс сравнения величин Т и

tn.

0 При повышенной частоте вращения Т tn,

где Т - период повторения импульсов системы зажигания,

tn - пороговая длительность паузы, со5 ответствует пороговой частоте вращения 1900 об/мин.

При этом после отпускания предварительно нажатой педали акселератора на вход ключевой схемы управления поступает

0 сигнал О, в результате чего ключ закрыт, обеспечивая отключение электромагнита запорного клапана и, следовательно, отключение подачи топлиоа в режиме принудительного холостого хода до тех пор, пока

5 частота вращения коленчатого вала не уменьшится до уровня порога включения, то есть пока не начнет выполняться условие Т tn. При этом на вход ключевой схемы поступает си гнал 1, ключевая схе0 ма управления открывается, электромагнит запорного клапана включается, и происходит подача топлива в карбюратор.

Устройство выполнено только с порогом включения, поскольку ложное срабатыва5 ние устройства при медленном изменении частоты вращения вблизи порога сравнения устранено за счет связи прямого выхода первого триггера схемы сравнения с установочным входом триггера делителя, а также связи датчика положения дроссельной заслонки с установочным входом первого триггера схемы сравнения.

Недостатком известного устройства является температурная нестабильность, а также усложненность за счет необходимости введения схемы защиты от дребезга контактов системы зажигания.

Целью изобретения является повышение надежности и температурной стабильности устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу, содержащее электромагнитный клапан отключения подачи топлива, датчик положения дроссельной заслонки, формирователь импульсов системы зажигания, схему сравнения, соединенную с формирователем импульсов, и ключевую схему управления, выход которой подключен к электромагнитному клапану, снабжено кварцевым генератором, цифровым интегратором, имеющим счетный вход и вход сброса, и схемой запрета с управляющим входом, а схема сравнения выполнена в виде счетчика со входом обнуления, подключенным к формирователю импульсов системы зажигания, и счетным входом, подключенным к одному выходу кварцевого генератора, другой выход которого через схему запрета соединен со счетным входом интегратора, причем выход счетчика соединен со входом сброса интегратора, выход интегратора соединен с одним входом ключевой схемы и с управляющим входом схе- мы запрета, а датчик положения дроссельной заслонки подключен к другому входу ключевой схемы. С целью расширения области применения заявляемого устройства и использования его как в высокооборотных,так и в низкооборотных двигателях, имеющих разные пороги срабатывания, устройство снабжено переключателем порога сравнения, включенным между выходом счетчика и входом сброса цифрового интегратора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается введением в схему кварцевого генератора, цифрового интегратора, схемы запрета, а также тем, что схема сравнения выполнена в виде счетчика с переключателем порога сравнения, а датчик положения дроссельной заслонки соединен со входом ключевой схемы управления.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения новизна.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что использование счетчиков с задающим

кварцевым генератором для обеспечения стабильности работы электронных устройств широко известно (4). Использование цифровых счетчиков в качестве схем сравне- 5 ния и логических элементов в переключающих схемах также известно (5).

Однако, введение кварцевого генератора, цифрового интегратора, цифрового счетчика и схемы запрета в указанной связи в

0 заявляемое устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу обеспечивает появление нового свойства - устранение необходимости наличия в устройстве схемы защиты от дребезга контак5 тов, что приводит к упрощению устройства и повышению его надежности.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.

0 На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления двигателем на принудительном холостом ходу; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - пример выполнения

5 устройства.

Устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу (фиг. 1) (экономайзер) содержит формирователь импульсов системы зажигания 1, схему

0 сравнения, представляющую собой счетчик 2, вход обнуления которого подключен к формирователю 1 импульсов системы зажигания, счетный вход счетчика 2 соединен с одним выходом кварцевого генератора 3,

5 другой выход кварцевого генератора 3 через схему запрета 4 соединен со счетным входом интегратора 5, выход счетчика 2 соединен с входом Сброс цифрового интегратора 5, выход интегратора 5 соединен с

0 одним входом ключевой схемы бис управляющим входом схемы запрета 4, ко второму входу ключевой схемы 6 подключен датчик 7 положения дроссельной заслонки, выход ключевой схемы б соединен с элект5 ромагнитным клапаном 8 отключения подачи топлива. С целью расширения области применения между выходом счетчика 2 и входом Сброс цифрового интегратора 5 введен переключатель порога сравнения 9.

0 Устройство работает следующим образом. При нажатой педали акселератора контакты датчика положения дроссельной заслонки 7 замкнуты, ключевая схема управления 6 открыта и электромагнит клапа5 на отключения подачи топлива 8 поддерживается во включенном состоянии, топливо поступает из карбюратора а двигатель независимо от сигнала на выходе цифрового интегратора 5.

После отпускания педали акселератора контакты датчика положения 7 разомкнуты, включение электромагнита клапана отключения подачи топлива 8 определяется сигналом на выходе цифрового интегратора 5, единичное значение которого закрывает ключ схемы управления 6, которая отключает электромагнит 8 и, следовательно, топли- во не поступает из карбюратора в двигатель.

Кварцевый генератор 3 вырабатывает импульсы, следующие с постоянной частотой 32768 Гц. Эти импульсы поступают на счетный вход цифрового счетчика 2, на вход сброса которого поступают импульсы от формирователя импульсов системы зажигания 1.

В случае, когда частота вращения вала двигателя выше порогового значения, выполняется условие Т т.п. где Т - период следования импульсов системы зажигания,

tn - длительность порогового интервала, определяемая задействованными выходами , цифрового счетчика 2, соответствующая пороговой частоте fn вращения вала двигателя (1900 об/мин для высокооборотных и 1400 об/мин для низкооборотных).

При этом на вход Сброс цифрового интегратора 5 с выхода счетчика 2 поступает сигнал О. Импульсы с первого выхода кварцевого генератора 3 поступают на счетный вход цифрового интегратора 5 с частотой 32768 Гц и на выходе цифрового интегратора 5 через 0,5 с устанавливается уровень 1, который через ключевую схему управления 6 отключает электромагнит клапана отключения подачи топлива 8 и, следовательно, прекратится подача топлива в режиме принудительного холостого хода. Уровень 1 с того же выхода цифрового интегратора 5 поступит на первый вход схемы запрета А и остановит проход импульсов со второго выхода (9-й разряд счетчика) кварцевого генератора 3 через схему запрета 4 на счетный вход цифрового интегратора 5, тем самым поддерживая уровень Г на выходе цифрового интегратора 5 до тех пор, пока в условиях торможения двигателем обороты вала двигателя не снизятся и не достигнут значения пороговой частоты. При достижении пороговой частоты вращения вала двигателя начнет выполняться условие Т tn. Следовательно, на выходе счетчика 2 появится уровень Г, который поступит на вход Сброс цифрового интегратора 5 и переведет его в состояние О. Следующие положительные импульсы с выхода цифрового счетчика 2 будут это состояние поддерживать. Этот уровень логического О через ключевую схему управления б снова включит электромагнит 8, таким образом, подача бензина восстановится при частоте вала

двигателя, равной fn . На фиг. 2 показаны временные диаграммы формирования сигналов в точках А, Б, В, Г и Д блок-схемы, приведенной на фиг. 1, в условиях повышения частоты вращения до fn и выше, и сни0 жения частоты вращения до fn.

Устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу может быть выполнено, например, как это показано на фиг. 3.

5 Формирователь импульсов системы зажигания 1 выполнен на резисторах Rs-Rs, конденсаторе Сз,стабилитроне YDi типа КС 212 и служит для обеспечения нормального уровня логической Г на входе сброса циф0 рового счетчика 2 при поступлении импульсов системы зажигания, уровень которых колеблется от 200 до 400 В.

Цифровой счетчик 2 выполнен на микросхеме DD1 типа К561 ИЕ16. Кварцевый ге5 нератор 3 и цифровой интегратор 5 выполнен на микросхеме DD2 типа К176 ИЕ5, при этом цифровой интегратор 5 выполнен на шести старших разрядах пятнад- цатиразрядного счетчика, с первого выхода

0 кварцевого генератора 3 поступают импульсы с частотой 32768 Гц, в качестве второго выхода кварцевого генератора 3 задействован 9-ый разряд микросхемы К561 ИЕ16, с которой снимаются импульсы с частотой 64

5 Гц. Схема запрета 4 выполнена на элементах DD3.1 и DD3.2 микросхемы типа К561 ЛА7. а переключатель порога сравнения 9 выполнен на элементах DD3.3 и DD3.4 той же микросхемы типа К561 ЛА7. Переклгаче0 ние порога сравнения производится установкой тумблера 52 в верхнее по схеме (1400 об/мин - для низкооборотных двигателей) или нижнее (1900 об/мин - для высокооборотных двигателей) положение, что соответ5 ствует заданию tn 16 мс или 12 мс соответственно. Питание микросхем осуществляется от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD2 типа КС212. Ключевая схема управления 6 выполне0 на на транзисторах VT1 типа КТ361 и VT2 типа КТ853. Транзис тор VT1 служит для защиты выхода VT2 от выхода из строя при коротких замыканиях в нагрузке, ограничивая его ток коллектора на уровне 0,6 А. Диод

5 VD3 типа КД521 предназначен для устранения влияния контактов датчика 7 положения дроссельной заслонки, представляющего собой концевик, механически соединенный с дроссельной заслонкой, на выходной ток микросхемы DD2 по выходу Q15. Диод VD4

типа КД209 служит для защиты транзистора VT2 от возникающей противо-ЭДС в электромагнитном клапане отключения подачи топлива 8 при закрывании транзистора VT2. Светодиод VD5 типа АЛ307 устанавливает- ся в салоне автомобиля и индицирует вклю- ченное состояние электромагнитного клапана отключения подачи топлива. Резисторы Ri, R2, конденсаторы Сч, Са служат для подключения кварцевого резонатора QZ1 к микросхеме DD2.

Питание устройства осуществляется от бортовой сети автомобиля напряжением 13,2-14,5 В. Потребляемый ток при выключенном электромагните 8 запорного клала- на не превышает 30 мА.

Кварцевый генератор 3 вырабатывает импульсы, следующие с частотой 32768 Гц. Введение цифрового интегратора 5 устраняет провалы в оборотах двигателя при сни- жении частоты вращения до fn, т.е. при медленном изменении частоты вращения вблизи порога срабатывания не происходит многократного срабатывания устройства вместо однократного. Поэтому заявляемое устройство не требует введения гистерезиса и выполнено только с порогом включения. Включение электромагнитного клапана 8 происходит практически безынерционно (1запазд ОКОЛО 20 Мс).

Использование заявляемого устройства позволяет по сравнению с прототипом за счет введения в схему кварцевого генератора, цифрового интегратора и схемы запрета в указанной связи, а также за счет выполне- ния схемы сравнения в виде цифрового счетчика упростить схему устройства в целом и повысить ее надежность, исключив схему защиты от дребезга контактов, т.к. при дребезге, длящемся 0,1-0,5мс, погреш- ность в формировании интервала составляет на частоте перехода fn 0,6-3% для высокооборотиых двигателей (fn 1900 об/мин) и 0,4-2% для низкооборотных двигателей (fn 1400 об/мин). В то же время в аналогичных устройствах (прототип) подсчет входных импульсов системы зажигания без использования схемы защиты от дребезга контактов, а также при использовании

многоискровых схем зажигания уже при трех импульсах приводит к погрешности в 300%, Кроме того, заявляемое устройство за счет использования задающего кварцевого генератора обеспечивает стабильную работоспособность в широком диапазоне температур от минус 40°С до 80°С и изменении питающего напряжения от 8 до 18 В. Введение в заявляемое устройство переключателя порога сравнения позволяет расширить область применения экономайзера как для высоко-так и для низкооборотных двигателей, имеющих разные (1900 и 1400 об/мин) пороги срабатывания.

Формула изобретения 1. Устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу, содержащее электромагнитный клапан отключения подачи топлива, датчик положения дроссельной заслонки, формирователь импульсов системы зажигания, схему сравнения, соединенную с формирователем импульсов, и ключевую схему управления, выход которой подключен к электромагнитному клапану, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и температурной стабильности, оно снабжено кварце1 вым генератором, цифровым интегратором, имеющим счетный вход ч вход сброса, и схемой запрета с управляющим входом, а схема сравнения выполнена в виде счетчика с входом обнуления, подключенным к формирователю импульсов системы зажигания, и счетным входом, подключенные к одному выходу кварцевого генератора, друюй выход которого через схему запрета соединен со счетным входом интегратора, причем выход счетчика соединен с входом сброса интегратора, выход интегратора соединен с одним входом ключевой схемы с управляющим входом схемы запрета, а датчик положения дроссельной заслонки подключен ч другому входу ключевой схемы.

. Устройстпо по п, 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено переключателем порога сравнения, включенным между выходом счетчика и входом сброса цифрового интегратора.

Осциллограммы

Сущность изобретения: устройство управления двигателем на принудительном холостом ходу содержит электромагнитный клапан 8 отключения подачи топлива, датчик 7 положения дроссельной заслонки, формирователь 1 импульсов системы зажигания, схему 2 сравнения, соединенную с формирователем 1 импульсов, ключевую схему 6 управления, выход которой подключен к электромагнитному клапану 8, кварцевый генератор 3, цифровой интегратор 5. имеющий счетный вход и вход сброса, и схему 4 запрета с управляющим входом. При этом схема 2 сравнения выполнена в виде счетчика с входом обнуления, подключенным к формирователю 1 импульсов системы зажигания, и счетным входом, подключенным к одному выходу кварцевого генератора 3, другой выход которого через схему 4 запрета соединен со счетным входом интегратора 5, причем выход счетчика соединен с входом сброса Интегратора 5, выход интегратора 5 соединен с одним входом ключевой схемы бис управляющим входом схемы 4 запрета, а датчик 7 положения дроссельной заслонки подключен к другому входу ключевой схемы 6. Область применения экономайзера может быть расширена как для высоко-, так и для низкооборотных двигателей за счет введения между выходом цифрового счетчика и входом сброса цифрового интегратора 5 переключателя 9 порога сравнения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С ч X

А

Б В

Г А

Ц

-Я85

L. JW3L2

---..

- Ш&бг$

Л/f

ft5

JL

Редактор

Составитель О.Дерзибашев

Техред М.МоргенталКорректор А.Козориз

.г

И

g

Х/ vvXI

, i

XZX|

су «L JL i

5/ U ТГ J

§

//

tyQQeS/wtf

l fW0ob/i # 52 - / o$/Mt/.

Фиг.З