Устройство для регулирования подачи дополнительного воздуха в двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для регулирования воздухоснабжения ДВС. Для повышения качества переходных процессов при набросе нагрузки устройство дополнительно содержит датчик 2 давления, установленный в источнике 1 сжатого воздуха, который через второй ключ 12 и третий резистор 24 связан с инвертирующим входом усилителя 9. Управляющий вход второго ключа 12 соединен с катодом первого диода 11. При набросе нагрузки на выходе усилителя 9 устанавливается напряжение управления запорным органом 3, которое зависит от величины нагрузки и от давления в источнике 1.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 D 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21).4771247/06 (22) 19.12.89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 4

О

1 (л)

ЬЗ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (71) Харьковский политехнический институт им. B.È.Ëåíèíà (72) А,Н.Борисенко и Ю.Н Колыбин (53) 621,436.21(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЛЬ 1390573, кл, F 02 D 23/02. 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПОДАЧИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ВОЗДУХА

В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

С ТУРБОНАДДУВОМ

„„5lj „„1740732 А1 (57) Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для регулирования воздухоснабжения ДВС, Для повышения качества переходных процессов при набросе нагрузки устройство дополнительно содержит датчик 2 давления, установленный в источнике 1 сжатого воздуха, который через второй ключ 12 и третий резистор 24 связан с инвертирующим входом усилителя 9. Управляющий вход второго ключа

12 соединен с катодом первого диода 11. При набросе нагрузки на выходе усилителя 9 устанавливается напряжение управления запорным органом 3, которое зависит от величины нагрузки и от давления в источнике 1. 1 ил.

1740732

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для регулирования воздухоснабжения ДВС.

Известно устройство для регулирования, содержащее регулятор частот вращения, рычаг которого подсоединен к органу дозирования подачи топлива, источник сжатого воздуха, подключенный к цилиндрам двигателя при помощи магистрали, установ-. ленный в ней золотник с приводом от подпружиненного сердечника электромагнита с двумя зажимами, один из которых через подвижной и неподвижной контакты связан с отрицательным полюсом источника питания, причем подвижный контакт связан с дополнительным плечом рычага через пружины 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 ресивером 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 итиристора соединены между- собой и с положительным полюсом источника питания, катод тиристора через катушку индуктивности связан с анодом второго диода, первой обкладкой конденсатора и первым зажимом первого резистора, вторая обкладка подключена к отрицательному зажиму источника 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 ни от величины нагрузки, ни от давления в источнике сжатого воздуха.

Известно также усгройство для регулирования ДВС, содержащее источник сжатого воздуха, подключенный через ресивер, электромагнитный переключатель с запорным клапаном и трубопровод к турбокомпрессору и цилиндрам двигателя. два магнита, установленные на роторе турбокомпрессора и задатчике режима работы и связанные с катушками индуктивности, ко-. торые управляют переводом двух компара5

55 торов в нулевое и единичное состояния, что обеспечивает открытие и закрытие сжатого воздуха в двигатель, открывает подачу сжатого возудха — сигнал от резкого перемещения рычага, а закрывает — сигнал, получаемый при достижении частоты вращения турбокомпрессора порогового значения.

По сравнению с предыдущим это устройство обеспечивает повышение качества регулирования, так как подача дополнительного воздуха начинается с момента наброса нагрузки, но уровень расхода дополнительного воздуха не зависит от величины наброса нагрузки и давления в источнике сжатого воздуха, т.е, недостатком устройства является низкое качество регулирования.

Наиболее близким к изобретению является устройство для регулирования ДВ С, содержащее турбокомпрессор, источник сжатого воздуха, подключенный к турбокомпрессору через трубопровод, в котором установлен запорный орган. выполненный в виде электродинамического пневмоклапана. два магнита, установленные на роторе турбокомпрессора и задатчике режима работы и связанные с катушками индуктивно сти, которые управляют соответственно компаратором и усилителем, перевод компаратора в единичное состояние происходит при достижении частоты вращения турбокомпрессора порогового уровня и вызывает перекрытие дополнительного.воздухоснабжения, открытие запорного органа на подачу сжатого воздуха от источника через ресивер в цилиндры двигателя выполняется при резком перемещении задатчика режимов работы с помощью усилителя, причем уровень расхода воздуха определяется величиной нагрузки.

По сравнению с предыдущими данное устройство обеспечивает более высокое качество переходных режимов. так как обладает высоким быстродействием на наброс нагрузки и учитывает величину наброса при установке уровня расхода дополнительного воздуха, Однако устройство не учитывает изменение давления воздуха в источнике.

Таким образом, переходные процессы при одном и том же набросе нагрузки в данном устройстве протекают при различных уровнях подачи сжатого воздуха, что связано с снижением давления в источнике с течением времени из-за его расхода (подкачка сжатого воздуха происходит при достижении некоторого нижнего допустимого уровня. отличающегося от максимального на 10-207,), т.е. в устроистве отсутствует оптимальное смесеобразование в процессе работы ДВС. что приводит к низкому каче1740732

10

20

30

40

55 ству переходных режимов. Таким образом, недостатком прототипа является низкое качество переходных режимов, т.е. повышенные провалы оборотов, .длительность переходных процессов при набросе нагрузки.

Цель изобретения — повышение качества переходных процессов, Указанная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования ДВС, содержащем источник сжатого воздуха, запорный орган, датчик скорости движения рычага управления топливного насоса двигателя, снабженный магнитом, установленным на рычаге управления, и катушкой индуктивности, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, снабженный магнитом, установленным на роторе турбокомпрессора, и катушкой индуктивности, и блок управления.с компаратором и усилителем, имеющим два резистора, два диода, два конденсатора и первый ключ с двумя выходами, причем первый резистор через первый диод соединен с датчиком скорости движения рычага управления топливного насоса двигателя, входы компаратора связаны с первым конденсатором и датчиком частоты вращения ротора трубокомпрессора через второй резистор и второй диод, один из выходов первого ключа соединен с выходом усилителя и запорным органом, а также через второй конденсатор — с другим выходом ключа и входом усилителя, а дополнительно введены датчик давления, установленный в источнике сжатого воздуха, второй ключ с двумя выходами, третий резистор и третий конденсатор, а усилитель снабжен неинвертирующим входом, который соединен с первым резистором и третьим конденсаlopoM, вход второго ключа соединен с катодом первого диода, один из выходов второго ключа соединен с датчиком давления, а другой выход через третий резистор связан с инвертирующим входом усилителя, а выход компаратора связан с входом первого ключа.

Повышение качества переходных процессов осуществляется по двум направлениям; изменение степени открытия запорного органа зависит от изменения давления в источнике сжатого воздуха (при уменьшении давления запорный орган открывается сильнее), а также от изменения топливоподачи во время наброса нагрузки, При плавном перемещении рычага (магнита датчика скорости рычага насоса) в катушке датчика индукцируется малая ЭДС (малая скорость изменения магнитного потока через, витки катушки), которая не проходит через диод на вход усилителя. Ключ, связывающий датчик давления и инвертирующий вход усилителя, остается закрытым и запорный орган находится под нулевым (закрывающим) напряжением выхода усилителя, При резком перемещении рычага топливного насоса ЭДС на катушке возрастает больше, чем в указанном случае, причем величина ЭДС пропорциональна величине нагрузки, Открывается ключ подачи сигнала, пропорционального давлению в источнике сжатого воздуха, и на выходе усилителя получаем интегральную разность сигналов (интегрирование происходит в течение времени присутствия достаточной по величине ЭДС на неинвертирующем входе усилителя и на входе ключа). Таким образом напряжение на входе запорного органа определяется перемещением рычага топливоподачи и давлением в источнике сжатого воздуха, что обеспечивает оптимальную степень воздухоснабжения. В результате качество смесеобразования в цилиндрах близко к оптимальному, что повышает качество переходных процессов.

На чертеже изображена функциональная блок-схема предложенного устройства.

Источник 1 сжатого воздуха (с датчиког

2 давления в нем) через запорный орган 3 связан с ДВС 4, Датчик 5 скорости рычагов насоса топливоподачи содержит первь..", магнит 7 и первую катушку 8, один иэ зажимов которой является выходом датчика 5.

Неинвертирующий вход усилителя 9 через первый резистор 10 и первый диод 11 связан с выходом датчика 5, причем последний связан с анодом первого диода 11, а катод диода 11 — с резистором 10 и входом второго ключа 12. Третий конденсатор 13 одной клеммой соединен с неинвертирующим входом усилителя 9, второй клеммой — с общей точкой электропитания схемы. а неинвертирующий вход усилителя 9 через третий резистор 24 — с вторым выходом второго ключа

12, с одной клеммой второго конденсатора

14 и вторым выходом первого ключа 15, а вход последнего соединен с выходом компаратора 16, Вторая клемма второго конденсатора 14 соединена с выходом усилителя 9, запорным органом 3 и первым выходом первого ключа 15. Датчик 17 частоты вращения ротора турбокомпрессора содержит второй магнит 18 и вторую катушку

19, выходы которой являются выходами датчика и которые связаны с входами компаратора 16 через второй диод 20, второй резистор 21 и двумя клеммами первого конденсатора 22. Усилитель 9 и компаратор 16 с входными и выходными схемами образуют блок 23 управления. Выход датчика 2 давле1740732 ния соединен с первым выходом второго ключа 12.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме на выходе усилителя 9 нулевое напряжение, запорный орган 3 перекрывает подачу сжатого воздуха из источника 1 в ДВС 4, При резких набросах нагрузки ЭДС с датчика 5 скорости рычага 6 топливоподача проходит через первый диод 11, первый резистор 10 и поступает на неинвертирующий вход. усилителя 9 (эта ЭДС запоминается на третьем конденсаторе 13), Данная ЭДС открывает второй ключ 12 и на инвертирующий вход усилителя 9 поступает сигнал, пропорциональный давлению в источнике

1, от датчика 2 давления через второй ключ

12. Усилитель 9 интегрирует разность входных сигналов в течение времени наличия

ЭДС на первой катушке 8. По окончании

ЭДС второй ключ 12 закрывается и на входах усилителя 9 появляются нули, а на выходе — сигнал, определяемый перемещением рычага 6 топливоподачи и давлением в источнике 1. Запорный орган 3 в соответствии с выходным сигналом усилителя 9 обеспечивает оптимальную степень открытия дополнительного воздухоснабжения в ДВС 4, По мере приема нагрузки растет энергия выхлопа ДВС 4 и частота вращения турбокомпрессора, т.е. ЭДС на второй катушке 19 датчика 17 частоты вращения ротора турбокомпрессора ДВС 4 возрастает и, достигнув порогового значения, приводит к срабатыванию компаратора 16, первого ключа 15, закорачиванию второго конденсатора 14 и резкому уменьшению до нуля напряжения на выходе усилителя 9, т.к. к перекрытию запорным органом 3 дополнительного воздухоснабжения.

При сбросе нагрузки ЭДС на усилитель

9 не поступает из-за соответствующего включения первого диода 11.

При частоте работы турбокомпрессора выше порогового, первый ключ 15 постоянно открыт сигналом с компаратором 16 и на выходе усилителя 9 нулевое напряжение, т.е. запорный орган 3 перекрываетдополнител ьное воздухоснабжение.

Известно, что зависимость индикаторного КПД от коэффициента избытка воздуха имеет максимум в области оптимального смесеобразования. Обеспечивая максимальный КПД при каждом набросе нагрузки, тем самым обеспечивает высокое качество переходных процессов, меньшие длительность и провалы оборотов, В устройстве-прототипе оптимальное смесеобразование возможно только при не5

10 ,15

55 котором одном значении давления в источнике сжатого воздуха. Так как реально давление в источнике меняется в процессе работы (расход в переходных режимах), то устройство-прототип не обеспечивает оптимального смесеобразования во всем диапазоне работы ДВС. B нем это невозможно, так как в работе устройства нет зависимости степени открытия дополнительного воздухоснабжения от давления в источнике. В предлагаемом устройстве эта зависимость реализована и имеет место высокое качество переходных процессов по сравнению с устройством-прототипом.

Техническая реализация: запорный орган 3 — на базе электродинамического устройства типа М 977-1; первый и второй ключи — 12.15; усилитель 9 — на микросхемах

355, 140УД13 или др„ датчик 2 давления— тип ПКД, ЭДМУ, МДДА или др.; конденсаторы 13, 14, 22 — тип МБГП, КСО и др.; диоды

11, 20 — тип КД 205, Д 223; резисторы 24, 10, 21 — СП5-3, СВ3-37-1, СПЗ-37А-1 и др.; катушки 19, 8 содержат по 300 — 600 витков провода ПЭЯ-2-0,2 (0,3 мм), Формула изобретения

Устройство для регулирования подачи дополнительного воздуха в двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащее источник сжатого воздуха, запорный орган, датчик скорости движения рычага управления топливного насоса двигателя, снабженный магнитом, установленным на рычаге управления, и катушкой индуктивности, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, снабженный магнитом. установленным на роторе турбокомпрессора, и катушкой индуктивности, и блок управления с компаратором и усилителем, имеющим два резистора, два диода, два конденсатора и ключ с двумя выходами, причем первый резистор через первый диод соединен с датчиком скорости движения рычага управления топливного насоса двигателя, входы компаратора связаны с первым конденсатором и датчиком частоты вращения ротора турбокомпрессора через второй резистор и второй диод, один из выходов ключа соединен с выходом усилителя и запорным органом, а также через второй конденсатор — с другим выходом ключа и входом усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества регулирования, оно дополнительно содержит датчик давления, установленный в источнике сжатого воздуха, второй ключ с двумя выходами, третий резистор и третий конденсатор, а усилитель снабжен неинвертирующим входом, который соединен с первым резистором и третьим конденсатором, вход вто10

1740732

15

25

35

45. 50

Составитель А. Борисенко

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор М. Келемеш

Заказ 2066 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рого ключа соединен с катодом первого диода, его один из выходов соединен с датчиком давления, а другой через третий резистор связан с инвертирующим входом усилителя, выход компаратора связан с входом первого ключа.