Способ автоматического регулирования рабочего процесса дизеля и устройство для его осуществления

 

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 уставко 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

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„121 2 2 А (51) Р 02 D 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

tlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

"-""в

Яг

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

H ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 / (21) 3771892/25-06 (22) .20.07.84 (46) 23.02.86. Бюл. В 7 (72) Л.В.Баскаков, Ф.Е.Гришин, П.В.Дружинин, В.В.Дыбок, К.К.Тюпаев и Б,А.Шварцман (53) 621.436-545(088.8) (56) Патент Франции У 2466623, кл. F 02 D 35/00, опублик. 1980. (54) СПОСОБ АВТОИАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 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 уставкой этого угла и регулирования по результату сравнения угла опережения впрыска топлива, о т л и ч аю шийся 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 давления 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 регулирую: 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

1датчик 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 выходом 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, пер12 13232 ства.

«ый вход которого соединен с выхо,пг м датчика давления, другой вход блока коммут .ции соединен с выходом цифрового формирователя, выход которого подключен к датчику угла поворота коленчатого вала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения 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 двигателестроению, в частности к регулированию рабочего процесса электрическими средствами, преимущественно в дизелях с электрической системой управления топливоподачей.

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

На фиг. 1 изображены завнсимость давления P в цилиндре от угла о !

5 поворота коленчатого вала. индикаторная диаграмма. (кривая 1) и первая производная давления dP/doc в цилиндре по углу поворота коленчатого вала (кривая 2), где с, d, e, Р

z — - характерные точки индикаторной диаграммы, которым соответствуют углы 9 „ - угол опережения впрыс— ка, 6 — угол опережения воспламенения топлива и углы М е, м и, соответствует точкам а, Е, Ь на кри-25 вой 2, отражающей установившуюся скорость сгорания топлива в цилиндре, m:Ð соответствует ш;Е, отражающая максимальное давление Р-, m z соответствует точке Ь на кривой 2, от- 30 ражающая конец сгорания на линии расширения, в. а, f, Ь на кривой 2 соответствуют углы c(g oiy u 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 до-. полнительным 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 устройНа фиг. 2 приведена схема устройства, на фиг. 3 — функционапьная 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 максимального давления, блок 12 вычисления, 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 соединен с выходом блока 14 сравнения, а его первый вход соединен с блоком it уставки угла сдвига максимального давления, второй вход — с бпоком 12 вычисления, дополнительный вход которого соединен с первым дополнитель1213232 4 ным 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 соеди— нен 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 дополнительным выходом цифрового формиро-! вателя 6. Второй, третий и четвертый дополнительные входы регулятора 15 соединены соответственно с выходом блока 13 уставки угла опережения впрыска топлива, вторым дополнительным выходом цифрового формирователя 6 и входом 17 устройства. .Исполнительный орган 16 содержит в своем составе усилитель, исполнительный 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 2326, соединенные с выходом блока 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной, триггеры 27 и 28, схемы 29 — 31 совпаде— ния, 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 дополнительным

55 выходом цифрового формирователя 6, вход 19, являющийся входом и выходам блока 12 вычисления, входы 52 и 53 регулирования цикловой подачей топлива, явпяющиеся выходами блока 12 вычисления, вход 17, являющийся входом устройства управления цикловой подачей топлива, вход 57, соединенный с выходом блока 13 уставки угла опережения впрыска топлива, вход 58, соединенный с выходом блока 14 сравнения, счетчик 59, схему 60 сравнения, сумматор 61, формирователь 62, схему ИЛИ 63, триггер 64, распределитель 65 импульсов, выход регулятора 66, генератор 67 импульсов, счетчик 68, сумматор 69 и дешифратор 70.

На фиг. 5 обозначены hq; п; соответственно импульсные сигналы по углу Ь к и по частоте вращения и коленчатого вала, ВМТ 1,6, НМТ i 6, ВМТ 2,5, НМТ 2 5 ВМТ 3,4 НМТ 3,4 соответственно отметки верхних и нижних мертвых точеК в 1, 6, 2, 5 цилиндрах, Ы „ — управляющий импульс по углу поворота коленчатого вала, сигналы 71-73 соответствуют углам ос,„, к и e на фиг. 1, 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 (3MT и НМТ) каждого поршня дизеля, обьединенные в три группы, сдвинуты одна относительно другой на 120 по углу поворота коленчатоо го вала.

Датчик 5 угла поворота коленчатого вала используется для измерения угловых положений ВМТ и HYT относительно опорной метки, а также для измерения частоты вращения коленчатого вала. Датчик 5 угла поворота коленчатого вала выдает импульсный ь, сигнал через угол Ьо поворота коленчатого вала и импульсный о сигнал и; через угол 360 поворота коленчатого вала (фиг. 5). Таким образом, на вход цифрового формирователя 6 подаются две серии импульсов: импульсы угла поворота Ьч"; и импульсы меток оборотов п; .

1213232

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

55

В качестве датчика 5 может быть применен датчик, который выдает на выход импуль..ные сигналы числа обо— ротов с частотой, пропорциональной частоте вращения вала, например

0 < n 3000 в минуту и импульсы

1 угла поворота и ; с дискретом а K = 36 (600 импульсов на 1 оборот вала) . 1О

В цифровом формирователе 6 формируют несколько серий импульсов, синхронизирующих работу блоков устройства, обеспечиВающих измерение, вычисление и регулирование. Из этого 15 формирователя 6 на вход блока 4 коммутации подается импульс управления

I в течение длительности этоlf flP

rî импульса входные сигналы с вихо— да датчика 1 давления проходят че — 20 рез блок 4 коммутации. Импульс с Ч„ синхронизирован с импульсами НИТ, которые также формируют в этом блоке. Импульсы НМТ подают на четвертый дополнительный вход регулятора 15. 25

В цифровом формирователе 6 формируют импульсы ВМТ для каждого цилиндра, относительно которых измеряются сиг— нал 72 угла сдвига максимального давления в цилйндре, сигнал 74 уг- зп ла к сдвига максимума первой производной давления, сигнал 76 угла а сдвига минимума первой произ—

В водной давления (фиг. 5) для .:аждо— го цилиндра отдельно. З5

Импульсы ц ., „для всех трех

Ч"р групп импульсов объединяют по схеме

ИЛИ и формируют три импульса за один оборот коленчатого вала. Импульсы ВИТ формируют для каждого ци-,О линдра и вместе с импульсами угла поворота b g; подают на третий дополнительный вход блока 12 вычислений.

Блок 4 коммутации, управляемый импульсом с ч„и синхронизируемый импульсами НУ1, подключает к выходу сигнал от датчика 3 давления.

Сигнал первой производной давле—

dP нин — -- в цилиндре по углу поворота коленчатого вала поступает на входы нуль-органа 8 и анализатора 9 экстремумов, В нуль-органе 8 определяется момент равенства первой

dP производной давления нулю — -- = 0

4 Oь и формируется сигнал 72, соответствующий углу ы сдвига максимальноГ го давления в цилиндре (фиг. 5) .

Сигнал 72 подается на вход блока 12 вычисления, с его помощью измеряется угол ? р; сдвига максимального давления Р

Анализатор 9 экстремумов предназна ен для измерения максимума и минимума сигнала первой производной давления в цилиндре. Как сигнал макdP симума первой производной — — выda рабатывается сигнал 71, с помощью которого измеряется угол с ; сдвига максимума первой производной.

Как сигнал минимума первой производной вырабатывается сигнал 76, с помощью которого измеряется угол q ° 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 и м сдвигов, а также ао пороговые величины Ь, и h <

Укаэанные дополнительные уставки подают на второй дополнительный вход блока 12 вычисления.

Выходной сигнал — уставки угла ь р, сдвига максимального давле— ния — подают на первый вход блока 14 сравнения, на другой его вход подают текущий угол Срр, сдвига максимального давления из блока 21 вычислений . рассогласование, определенное формулой

, 4. ро Рр, ) = - >4р, подают на вход ре> улятора 15.

С помощью блока 12 задают угол

:\ опережения впрыска топлива

?;ny угол в процессе работы дизеля в< рр ктируют в регуляторе 15, он

Л является текущим рабочим углом опережения впрыска топлива.

СиГнал уcTQBYH 6 8„ подан т на второй дополнительный вход регуля— тора 15.

Для мпогоциликдрового дизеля при регулировании угла опережения впрыска топлина в каждый цилиндр текущий угол 8„опережения впрыс- 1О ка топлива имеет свое значение, так как корректирующая неличина угла определения впрыска для каждого цилиндра различна, Такое различие определяется конструктивными различиями форсунок, камер сгорания, смесеобразованием в разных камерах.

На входы 18 и 19 блока 12 подают импульсы BMT и угла поворота коленчатого вала, а на входы 20-22 — сигна- 2п лы 71, 76 и 72 (фиг. S). На входы 23, 24 и 25, 26 подают соответственно уставки углов сдвига максимума, минимума первой производной давления к пороги h1 и h7

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 импульс ВИТ поступает первым, счетчи 32 переключается в режим суммирования или вычитания. Этот режим устанавливается дешифратором, состоящим из схем 29-31 совпадения. Если первым поступает импульс ВИТ, 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 импульсов ВМТ и сигнала 71, схема 30 совпадения запрещает счет импульсов и содержимое счетчика 32 сравнивает45 ся с уставкой угла к сдвига максимума первой производной давления и вычисляется рассогласование (ао ч а ) "-+ b ма l

С помощью задатчика 34 коэффициента К1 и масштабирующего множителя 36 получают на выходе 38 блока 12 вычисления корректирующий сигнал

+ К/ А(Pд, . Этот сигнал поступает на коррекцию уставки на вход блока 14 сравнения.

С помощью задатчика 35 коэффициента КЗ и масштабирующего множитедя 37 формпрун1т Bò< рi и корректпруh — щий сигнал 1 h 4 А, f ... Эт г спгн;ь

|оступает па коррекпин уставкп „„ ка вход сумматс ра 40. Ключом 39 управ— ляет выходной < игнал схемы ШП1 51.

Триггеры 41 к 42 устанавливают в единичное состояние импульсом ВИТ, а сбрасывают соответствекко сигналом 72 максимального давления н цилиндре и сигналом 76 минимума nep— вой производной давления. Счетчики 45 и 46 измеряют углы р р, смещения максимального давления Р

z минимума первой производной давления $ относительно БМТ.

81

Измеренный текущий угол с срав81 нивают с порогами h 1 к h в сумматорах 49 и 50, рассогласование через выходы 52 к 53 подают на вход регулятора 15 для регулирования цикловой подачи топлива.

Таким образом, содержимое счетчика 32 определяет угол сдвига максимального давления g ° ка выходе сумматора 33 масштабируюшего множителя 36, после чего формируют корректирующий сигнал. На выходе счетчика 45 формируют текущее значение угла С сдвига максимального дав 1 ления относительно BtfT. На счетчике 46 формируют текущий угол сдвига Ч 8; минимума первой производной, а на выходе схемы 51 — логический сигнал, указывающий на изменение продолжительности сгорания топлива за пределы зоны, определенный уставK (H 5 8 p n o p o r a M H h < H h 7

На выходе ключа 39 формируют управляющий сигнал, разрешающий коррекцию уставки угла a .8 сдвига минимума первой производной ка величиk 3 А

Так блок 12 вычисления обеспечивает измерение текущих углов (1

Q 1 с ; сдвигов максимума и минимума первой производной давления, максимального давления в цилиндре, вырабатываются регулирующие сигналы увеличения или уменьшения цикловой подачи топлива, сигналы коррекции устав ок уГлов 0 и к 80 максимального давления и минимума первой производной.

Кроме того, на выходе блока 54 усреднения получают среднее арифметическое значение текущих углов

Р1 сдвига максимального давления в .,к1213232

I0 линдре как по их количеству, так и во времени:

1 (g

Г

Значения р и используются

3 для задания уставки с „„

В блоке 14 сравнения производят сравнение текущего угла сдвига максимального давления с уставкой уг- fp ла М . В этом же блоке осуществляют коррекцию уставки угла

Корректирующий сигнал + Кf ь „ пода<11 ется с выхода 38 блока 12 вычислений (фиг. 3) на вход блока 14 сравнения, На этот же вход поступает сигнал текущего угла Ч

На вход 56 регулятора 15 поступают импульсы HNT с второго дополнительного выхода цифрового формирователя 6, который разрешает суммирование импульсов 6(, счетчиком 59 в течение времени поворота коленчатого вала на угол 180 д относительно импульса HMT. о одержимое счетчика 59 сравнивает. ся с уставкой угла 6 „о о опережения впрыска топлива, поступающей из сумматора 6 1, Содержимое последнего корректируется на величину < hP,. вырабатываемую в блоке 14 сравнения и зависящую от внутренних процессов сгорания топлива. При равенстве кодов счетчика 59 и сумматора 61 формирователь 62 вырабатывает импульс, 35 длительность 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 триггера 64, переключает его в единичное состояние. Триггер 64 формирует импульс, длительность которого пропорциональна 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 g текущей цикловой поцачи 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 2 hp минимума первой производной давпения, Распределитель импульсов, работа которого синхронизируется импульсами НМТ, выбирает порядковый номер цилиндра, в который необходимо произв сТН 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 каждый отдельный цилиндр дизеля, что повышает 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 топлива на линии расширения находился в заданных преде.пах. Тогда этим углам сдвига q буЬ! дут соответствовать оптимальные углы 8 „ опережения впрыска топлива.

09

0,2

0,7

t213232

1213232

CTЯ

СТЧ

СТЦ6

Составитель В,Ищенко

Техред A.Бабинеп Корректор Е.Сирохман

Редактор А.Козориз

Подписное филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул,Проектная, 4

Заказ Óá5/45 Тираж 524

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5