Устройство управления впрыском топлива в дизель с наддувом

 

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ С НАДДУВОМ, содержащее управляемый формирователь импульсов, фильтр, блок перемножения , интегратор, первый cyiviMaTOp, источник опорного напряжения, генератор гармонического сигнала, датчик угловой скорости и цепь управления , выполненную в виде одновибратора , усилителя и электромагнитного клапана, соединенных последовательно, . причем датчик угловой., скорости выполнен в виде постоянного магнита, размещенного на валу, и катушки,установленной вблизи вала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыщения надежности работы дизеля на режимах, близких к номинальному, и повышения топливной экономичности на холостом ходу, в него введены датчики температуры выпускных газов и максимального давления сгорания в цилиндре дизеля, первая и вторая схемы И, второй сумматор, элемент сравнения и пороговый элемент, причем датчик температуры связан через фильтр, первый вход блока перемножения , интегратор, второй вход первого сумматора, первый вход первой схемы И и первый вход второго сумматора с управляемым формирователем импульсов , соединенным с одновибратором, датчик максимального давления сгорания связан с первым входом элемента сравнения и последовательно - с вторым входом второго сумматора через $ первый вход второй схемы И, второй j Je вход которой соединен с прямым выходом порогового элемента, инверсный выход которого связан с вторым входом первой схемы И, а вход - с датч ком максимального давления, генерао тор гармонического сигнала соединен параллельно с вторым входом блока перемножения и первым входом первого} сумматора, а источник опорного напряжения - с вторым входом элемента сравнения.

„.$О„„пщд2я. А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) F 02 М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф(.Ы()МИ

I)3 „13

ВМ ЬЮ ИЪ .

К АВТОРСКОМУ CBNPETFJlbCTBY

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3500982/25-06 (22) 15 ° 10.82 (46) 30, 01.84 Бюл. 9 4 (72) В.Л. Бенин, Н.К. Шокотов, A.Í. Борисенко, В.Н. Соболь,. В.Н. За. йончковский и Е.Г. Заславский (53) 621 436.038-523.8.001(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 877105, кл, F 02 М 61/00, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫС.

КОМ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ С НАДДУВОМ, содержащее управляемый формирователь импульсов, фильтр, блок перемножения, интегратор, первый сумматор, источник опорного напряжения, генератор гармонического сигнала, датчик угловой скорости и цепь управления, выполненную в виде одновибратора, усилителя и электромагнитного клапана, соединенных последовательно, .причем датчик угловой.,скорости выполнен в виде постоянного магнита, размещенного на валу, и катушки, установленной вблизи вала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повы- шения надежности работы дизеля на режимах, близких к номинальному, и повышения топливной экономичности на холостом ходу, в него введены датчики температуры выпускных газов и максимального давления сгорания в цилиндре дизеля, первая и вторая схемы И, второй сумматор, элемент сравнения и пороговый элемент, причем датчик температуры связан через фильтр, первый вход блока пЕремножения, интегратор, второй вход первого сумматора, первый вход первой схемы

И и первый вход второго сумматора с управляемым формирователем импульсов, соединенным с одновибратором, датчик максимального давления сгорания связан с первым входом элемента сравнения и последовательно — с вторым входом второго сумматора через е первый вход второй схемы И, второй вход которой соединен с прямым выхо дом порогового элемента, инверсный выход которого связан с вторым вхо« дом первой схемы И, а вход - с датч ком максимального давления, генератор гармонического сигнала соединен параллельно с вторым входом блока перемножения и первым входом первого сумматора, а источник опорного напряжения — с вторым входом элеменТа сравнения.

1070339

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам электронного управления топливоподачей в дизели с различными степенями наддува.

Известны устройства управления впрыском топлива в дизель с наддувом, содержащие управляемый формирователь импульсов, фильтр, блок перемножения, 1 интегратор, первый сумматор, источник опорного напряжения, генератор 10 гармонического сигнала, датчик угловой скорости и цепь управления, выполненную в виде одновибратора, уси лителя и электромагнитного клапана, соединенных последовательно, причем 15 датчик угловой скорости выполнен в виде постоянного магнита, размещенного на валу и катушки, установленной вблизи вала Г11 .

В устройстве датчик угловой скорости вала вьполнен в виде двух катушек, установленных у вала, и постоянного магнита, размещенного на валу, первая катушка подключена к входу управляемого формирователя импульсов, прямой выход которого сое динен с входом триггера для установки его в единичное состояние, а инверсный — с шиной сброса в нулевое состояние реверсивного счетчика, прямой и инверсный выходы триггера соединены соответственно с шинами сложения и вычитания реверсивного счетчика, вторая катушка через неуправляе. и фор,,,ователь импульсов 35 связана с входам .триггера для установки егo в нулевое состояние, выход генератора импульсов подключен к входу ревер"ивного счетчика, прямые выходы двоичных ячеек реверсивного 40 счетчика подключены к входам схемы

И, выход схемы И подключен к входу одновибратора, выход которого через усилитель связан с электромагнитным клапаном дизель гci.ератора, выход датчика мощности дизель-генератора через фильтр связан с первым входом блока перемножения, выход генератора гармонического сигнала подключен к первому входу сумматора и через Фазосдвигающее устройство связан с вторым .входом блока перемножения, выход блока перемножения через интегратор связан с вторым входом сумматора, третий вход сумматора подключен к источнику опорного напряжения„ а выход — к управляющей шине управляемого формирователя.

Указанное решение обеспечивает наивысшую топливную экономичность дизеля на всех тех режимах работы, 60 где эффективная мощность его отлична от нуля. При работе же дизельгенератора на холостом ходу, когда эффективная мощность равна нулю, выходной сигнал датчика мощности отсутствует и,изменение угла опережения подачи топлива с целью получения наивысшей топливной экономичности агрегата не представляется возможным, что является недостатком. При наличии системы наддува в дизеле в случае работы его на близких к номинальному режимах угол опережения впрыска должен выбираться не из условия обеспечения максимальной топливной экономичности, а исходя из необходимости ограничения максимального давления сгорания. В известном же устройстве угол выбирается только из соображений топливной экономичности, что также является недостатком.

Цель изобретЕция — повышение надежности работы дизеля с наддувом на близких к номинальному режимах и повышение его топливной экономичности на холостом ходу, Указанная цель достигается тем, что в устройство управления впрыском топлива в дизель с наддувом, содержащее управляемый формирователь импульсов, фильтр, блок перемножения, интегратор, первый сумматор, источник опорного напряжения, генератор гармонического сигнала, датчик угловой скорости и цепь управления, выполненную в виде одновибратора, усилите ля и электромагнитного клапана, соединенных последовательно, причем датчик угловой скорости выполнен в виде постоянного магнита, размещенного на валу, и катушки, установленной вблизи вала, введены датчики температуры выпускных газов и максимальногo давления сгорания в цилиндре дизеля, первая и вторая схемы И, второй сумматор, элемент сравнения и пороговый элемент, причем датчик температуры связан через фильтр, первыи вход блока перемножения, интегратор, второй вход первого сумматора, первый вход первой схемы

И и первый вход второго сумматора с управляемым формирователем импульсов, соединенным с одновибратором, датчик максимального давления сгорания связан с первым входом элемента сравнения и последовательно — с вторым входом второго сумматора через первый вход второй схемы И, второй вход которой соединен с прямым выходом порогового элемента, инверсный выход которого связан с вторым входом первой схемы И, а вход — с датчиксм максимального давления, генератор гармонических сигналов соединен параллельно с вторым входом блока перемножения и первым входом первого сумматора, а источник опорного напряжения — с вторым входом элемента сравнения.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 график зависимости температуры вы»

1070329 пускных газов дизеля от угла опережения впрыска (при неизменных мощности и скорости дизеля) и временные диаграммы управляющего и выходного сигналов; на фиг.3 — график кваэиоптимальной зависимости угла отражения от частоты.

Устройство содержит датчик 1 угловой скорости, выполненный в виде размещенного на валу 2 постоянного магнита 3 и катушки 4, установлен- 10 ной вблизи вала 2. Катушка 4 подключена к входу управляемого формирователя 5 импульсов, выход которого через одновибратор 6 и усилитель 7 мощ ности связан с обмоткой электромаг- 15 нитного клапана 8. Электромагнитный клапан 8 является топливодозирующим органом дизеля 9. Датчик 10 температуры выпускных газов установлен в выпускном коллекторе дизеля 9 и вы- 20

- рабатывает электрический сигнал, пропорциональный температуре. Датчик

11 максимального давления сгорания установлен в цилиндре дизеля и вырабатывает электрический сигнал, про- 25 порциональный давлению. Выход датчи. ка 10 температуры выпускных газов через фильтр 12 связан с первым входом блока 13 перемножения, выход которого через инвертор 14 связан 30 с вторым входом первого сумматора

15. Первый вход. первого сумматора

15 подключен к второму входу блока

13 перемножения и выходу генератора

16 гармонического сигнала. Выход пер вого сумматора 15 соединен с первым входом первой схемы И 17. Выход датчика 11 максимального давления сгорания соединен с первым входом элемента 18 сравнения и входом порогового элемента 19. Второй вход элемента 40

18 сравнения подключен, к источнику

20 опорного напряжения, а инверсный выход — к первому входу второй схемы

И 21. Прямой и инверсный выходы порогового элемента 19 соединен с вторыми входами соответственно второй схемы И 21 и первой схемы И 17. Выходы первой схемы И 17 и второй схемы И 21 подключены к первому и второму входам второго сумматора 22, выход которого соединен с управляющей шиной управляемого формирователя 5 импульсов .

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда максимальное давление сгорания в цилиндре дизеля ниже предельного допустимого значения Р с Р

При повороте вала на фиксирован- 60 ный угол ф относительно верхней мерт. вой точки в каждом обороте на зажимах катушки 4 возникает импульс напряжения, поступающий на вход управляемого формирователя 5 импульсов. 65

Последний формирует импульс напряжения,. длительностью g по окончании которого срабатывает одновибратор б.

Импульс одновибратора 6 длительностью после усиления по мощности с помощью усилителя 7 поступает на обмотку электромагнитного клапана 8, открывая его. В течение времени 4 .. клапан открыт и в цилинцр дизеля поступает топливо. В этом сдучае угол опережения впрыска определяется выражением:

& «2х-q-use> -2x-f -ooK<0<, где 2 — угол поворота вала за один оборот;

QD — угловая скорость вала

U< — напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 5 импульсов;

К„ — коэффициент преобразования напряжение — длительность импульса.

В процессе работы дизеля датчик

10 и датчик 11 вырабатывают напряжеHHH пропорциональные соответственно температуре выпускных газов (КцТ) и давлению сгорания в цилиндре (К Р ) .

Поскольку в данном случае P2(P2 доп пороговый элемент 19 не срабатйвает, вследствие чего первая схема И 17 открыта, а вторая схема И 21 закрыта и на управляющую шину управляемого формирователя 5 импульсов проходит только выходной сигнал О, первого сумматора 15. Укаэанный сигнал представляет собой сумму ()с =Uu Urmgin (p)r где Uö — выходное напряжение интегратора 14;

Π— амплитуда выходного сигнала

-генератора 16;

Ы вЂ” круговая частота выходного сигнала генератора 16.

В связи с этим угол опережения впрыска определяется следующим обра зом

5=2m -+-ae (О„+Ого si ы4 )

1 т.е. он зависит от медленно меняющегося сигнала интегратора и гармонически изменяющегося напряжения генератора 16. Предположим, что в исходном состоянии угол опережения составляет 8, а температура выпускных газов Т=Т . Под действием гарМонического сигнала (при U„=const) укаэанные параметры изменяются в пределах 5 Ю„" и Т," -Т„" (фиг.2) .

Однако колебания температуры в общем случае могут запаздывать на некоторый угол относительно колебаний угла опережения вследствие инерционности тепловых процессов,в дизеле.

Кроме того, при отрицательных производных с Т/сМ между колебаниями тем1070329 пературы и угла оперех<ения имеет место дополнительный сдвиг фаэ равный ><. При малой амплитуде колебаний угла оперех<ения впрыска участок кривой 1 -1" можно заменить отрезком прямой, и считать закон изменения температуры во времени синусоидальным.

Поэтому переменную составляющую сигнала датчика 10 температуры выпускных газов .можно рассматривать как синусоиду, а постоянную состав ляющую — пропорциональную среднему значению температуры. Фильтр 12 не пропускает постоянную составляющую и его выходной сигнал определяется выражением

15 (.)ц =<>,5 Осрами ()к, адз t )< + U.„,о где Llö — начальное. выходное напря жение интегратора 14.

При этом закон изменения угла опережения впрыска во времени оказывается следующим - )< -g л@) Dl<вз " uoã

-()54 ()<в <(<(;

Таким образом, с течением времени угол опере>кения впрыска растет, колеблясь по синусоидальному закону.

Этому случаю (фиг. 2).соответствует движение рабочей точки дизеля из положения 1 в положение В. Поскольку абсолютная величина производной

:<Т/<Ю при этом падает, то амплитуда ,()<,> и сигнал датчика 10 температуры также падают и скорость движения ра- 60 бочей точки к положению В с течением времени уменьшается. Когда наступает равенство 8 =ба, на входе интегратора

14 постоянное напряжение отсутствует, а действует только переменная состав-65

U< = ()< <„Ыл <О,L -<)> -а ), где U — амплитуда выходного сигна<:(>Ю> ла фильтра 12;

20 ф<р — фазовый сдвиг фильтра.

Этот сигнал и напряжение генера" тора 16 подаются на входы блока 13 перемножения, на выходе которого формируется сигнал

25 йх =()„,О,=UcqmUrm Г М (>,1 - (>„,-,—

-йГ))зin Ы < =O,5 u<(> U, соз {-ф „-)<)» — 3 (Еяф, - Py «ф(> -з) (= ОБ Ug wt Uyp) Lo<>s (++

< Ч ср фт ) - о (2<><)(p4 - Яр-ф„-ъД=

= 0,50<(>< U ю2(f + Ê )-а5 U,U,„„. соз(фЫ t-К-< -«)).

В спектр этого сигнала входят постоянная составляющая и переменная составляющая дво<.. ой частоты, кото- 35 рая почти полностью подавляется интегратором 14. Поэтому выходное напряжение интегратора определяется выражением

40 ляющая двойной частоты, не пропускающаяся этим интегратором. Вследствие этого выходное напрях<ение интегратора 14 постоянно и среднее значение угла опережения равно Ь|, а мгновенное значение угла колеблет по гармоническому закону.

Голи в исходном состоянии рабоча точка дизеля. занимает положение 2, то между колебаниями угла опережени впрыска и сигналов на выходе фильтр

12 имеет место сдвиг фаз равный (Я. +ф<) . Поэтому выходной сигнал блока 13 перемножения выражается следующим образом

Фк=0срм О<а LS«C<<< Ф р- <) Ми <в 4 =

=05UqU аоЗбр, (.„)-ОБUq Оп„ 4 4" а выходной сигнал интегратора 14 определяется выражением

Uu =05 U<)> 0< ms ((т+<(чК + ")«о, \

Следовательно, среднее з начение напряжения на управляющей шине управляемого формирователя 5 импульсоь с течением времени увеличивается, вызывая увеличение длительности выходного импульса управляемого формирователя 5 импульсов. В результате этого среднее значение угла опережения впрыска с течением времени падает и рабочая точка дизеля движется из положения 2 в поло>кение В. Темпе3 ратура выпускных газов при этом также падает.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемое устройство обеспечивает изменение угла опережения впрыска . так, чтобы температура выпускных газов была минимальной. Из теории рабочего процесса,цизелей известно, что чем выше качество преобразования энергии топлива в механическую работу (при прочих равных условиях), тем ниже температура выпускных газов и выше топливная экономичность двигателя. При этом минимум температуры и максимум экономичности достигаются при одном и том же угле опережения впрыска топлива. Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает наивысшую топливную экономичность дизеля на всех режимах его работы, где отсутствует превышение максимальным давлением сгорания допустимого уровня, в том числе и на холостом ходу.

Рассмотрим работу устройства на близких к номинальному режимах дизеля, где давление сгорания близко к допустимому уровню. В этом случае срабатывает пороговый элемент 19, первая схема И 17 закрывается, а вто. рая схема И 21 открывается и .на управляющей шине управляемого формирователя 5 импульсов действует сигнал, равный выходному напряжению элемента 18 сравнения. В результате

1070329 этого длительность выходного импульса управляемого формирователя 5 импуль сов определяетс я раз н остью фактического и допустимого максимальным давлений сгорания

5 а л К . (Рд %дав где К вЂ” коэффициент преОбразования датчика 11 максимального давления сгорания.

При, этом угол опережения впрыска топлива определяется выражением

6 =Ф Р- 0к И (Р -Pz ), С ростом максимального давления сгорания растет выходйой сигнал дат- чика 11 максимального давления сгорания, вследствие чего сигнал на инверсном выходе элемента 18 сравнения также увеличивается. При этом длительность выходного импульса управляемого формирователя 5 импульсов 20 растет, а угол опережения впрыска падает, вызывая снижение максимального давления сгорания. Такой же вывод вытекает при анализе последнего выражения ° Следовательно, в канале . 25 регулирования угла опережения впрыска имеет место отрицательная обратная связь по максимальному давлению, сгорания, благодаря. чему это давление ограничивается и не превышает. 30 допустимого уровня, определяемого выходным сигналом источника 20 опорного напряжения ° Режим, начиная с которого происходит ограничение

1 максимального давления сгорания, 35 определяется порогом срабатывания порогового элемента 19 и степенью форсировки дизеля по давлению наддува ..

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности работы дизеля с наддувом на близких к номинальному режимах (за счет or- 45 раничения максимального давления сгорания) и повышение его топливной экономичности на холостом ходу, когда эффективная мощность равна нулю, а индикаторная мощность затра1ивается на привод вспомогательных механизмов,50 преодоление сил трения, сил инерции др °

В качестве базового объекта выбран твпловозный дизель типа Д70 с гидромеханической системой подачи. ,топлива. Эта система обеспечивает изменение угла опережения впрыска топлива в функции скорости по зависимости 1 на фиг.3. Для получения оптимальной по топливной экономичности зависимости угла опережения от скорости воспользуемся зависимостями удельного расхода топлива G и максимального давления сгорания Р в функции угла опережения впрыска на режимах тепловозной характеристики, приведенными в табл. 1 и 2. Для этого продифферанцируем функцию 5(+ ) и определим углы опережения, при кото-. рых 8 имеет минимум. На фиг.3 кривой

a5ede представлена кваэиоптимальная (близкая к оптимальной) по топливной экономичности зависимость 8-(Qb ) и замена ею зависимости 1 позволила бы снизить удельный расход топлива на 2-2,5Ъ. Разработанное же устройство как раз и обеспечивает на каждом режиме работы дизеля квазиоптимальные углы опережения впрыска, т.е. по сравнению с базовым объектом заметно повышает топливную экономичность.

Следует также отметить, что в гидромеханической системе топливоподачи угол опережения впрыска, определяемый угловым положением кулачка топливного насоса, устанавливается таким, чтобы на номинальном режиме работы дизеля максимальное давление сгорания не превышало допустимой величины. В то же время на близких к номинальному режимах зто давление может превышать допустимый уровень.

В отличие от этого при использовании предлагаемого устройства подобные ситуации исключены, так как на указанных режимах устройство обеспечивает изменение угла опережения впрыока в зависимости от разности фактического и допустимого давлений сгорания.

Таким образом, по сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство обеспечивает повышение топливной экономичности дизеля и повышение надежности его работы на близ.ких к номинальному режимах.

1070329 В 2 2

1070329 рад/с

ЧО О БОЮСЬ 30

Щиг.,У

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор С. Юско Техред С.Легеза Корректор О. Билак и

Заказ 11660/35 Тираж 524 П одп ион ое

ВНИИПИ 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