Устройство управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в системах питания двигателей внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 4 частоты вращения коленчатого вала, подключенный через аналого-цифровой преобразователь 5 к блоку 3 управления, датчик 1 углового положения дроссельной заслонки, подключенный через аналого-цифровой преобразователь 2 к блоку 3 управления, имеющему в своем составе два преобразователя 10 и 11 сигнала в последовательный код, два частотных компаратора 12 и 13, блок 14 задания длительности управляющего сигнала с формирователем 16 управляющего импульса, схему 15 совпадения. Выход блока 3 управления подключен через усилитель 8 к обмотке электромагнитной форсунки 9, размещенной во внускном трубопроводе двигателя. К блоку 3 управления подключено также защитное устройство 17, выполненное в виде последовательно соединенных кодового и логического блоков 18 и 19. Защитное устройство 17 предотвращает недозволенное использование двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в системах питания ДВС с впрыском топлива.

Известно устройство управления подачей топлива в ДВС, содержащее датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчик углового положения дроссельной заслонки, выполненный в виде потенциометра, подвижный контакт которого кинематически связан с приводом дроссельной заслонки, блок управления, первый и второй входы которого через первый и второй преобразователи подключены соответственно к датчикам углового положения дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала, а выход блока управления подключен через усилитель к обмотке электромагнитной форсункой, размещенной во впускном трубопроводе двигателя. Данное устройство обеспечивает формирование сигнала управления электромагнитной форсунки по многопараметровой характеристике, что обеспечивает высокую точность дозирования топлива на стационарных режимах работы двигателя. Однако в силу специфики выполнения блока управления и датчиков текущих параметров известное устройство не в состоянии обеспечить приемлемую точность дозирования топлива на переходных режимах работы двигателя. Кроме того, данное устройство не обеспечивает защиту от несанкционированного запуска ДВС.

Известны различные устройства, обеспечивающие защиту от несанкционированного запуска ДВС. К первой группе таких защитных устройств относятся различного типа запирающие устройства, например замки зажигания, замки дверей и капотов, замки на рулевые колонки и педали управления и т.п., отключатели массы, электроклапаны подачи топлива и т.д. Другую группу защитных устройств представляют устройства тревожной сигнализации с разными вариантами снятия защиты. Все они с разной степенью эффективности выполняют свое предназначение, Однако они не связаны с процессом функционирования самого двигателя. Если защита обойдена (подбор ключей, установка параллельных путей подачи напряжения, топлива), то запуск и работа двигателя осуществляются штатным образом.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты от несанкционированного запуска двигателя внутреннего сгорания. Это достигается за счет того, что в устройстве управления подачей топлива в ДВС, содержащие датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчик углового положения дроссельной заслонки, выполненный в виде потенциометра, подвижный контакт которого кинематически связан с приводом дроссельной заслонки, блок управления, первый и второй входы которого через первый и второй преобразователи подключены соответственно к выходам датчика углового положения дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала, а выход - через усилитель к обмотке электромагнитной форсунки, размещенной во впускном трубопроводе двигателя, датчик частоты вращения коленчатого вала выполнен в виде бесконтактного датчика моментов зажигания, первый преобразователь выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя, второй преобразователь имеет полосовой фильтр и формирователь прямоугольных сигналов, блок управления выполнен в виде первого преобразователя сигнала в последовательный код с двумя выходами, второго преобразователя сигнала в последовательный код, первого и второго частотных компараторов, блока задания длительности управляющего сигнала с двумя группами управляющих входов, схемы совпадения и формирователя управляющего импульса с информационным и управляющим входами. Причем первый и второй выходы первого преобразователя сигнала в последовательный код подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к выходу второго преобразователя сигнала в последовательный код, выход первого компаратора подключен к каждому выводу второй группы управляющих входов блока задания длительности управляющего сигнала, выход которого связан с информационным входом формирователя управляющего импульса, выход второго компаратора подключен к второму входу схему совпадения, выход которой подключен к управляющему входу формирователя управляющего импульса, а выход последнего выполнен в виде выхода блока управления, вход первого преобразователя сигнала в последовательный код и первая группа управляющих входов блока задания длительности управляющего сигнала совмещены с первым входом блока управления, второй вход которого совмещен с входом второго преобразователя сигнала в последовательный код и первым входом схемы совпадения, Причем в устройство дополнительно введено защитное устройство, выполненное в виде последовательно соединенных кодового и логического блоков, причем выход последнего подключен к выходу защитного устройства и к третьему входу схемы совпадения блока управления. Кодовый блок выполнен в виде электрического соединителя, состоящего из вилки и розетки, а логический блок - в виде элемента ИЛИ-НЕ и элемента И, причем один из входов розетки соединен с нулевой шиной, часть выходов розетки соединена с входами элемента ИЛИ-НЕ, остальные выходы розетки и выход элемента ИЛИ-НЕ - с входами элемента И, выход которого совмещен с выходом защитного устройства. На валке установлены перемычки входов, соответствующих входам розетки, соединенным с нулевой шиной и входами элемента ИЛИ-НЕ.

Принципиальным моментом в работе устройства с использованием электромагнитных форсунок является их непосредственное участие в процессе функционирования ДВС. Встраивание защитных устройств в такие устройства управления дает возможность соединить защиту и сам процесс функционирования двигателя. Использование подобной защиты наряду с традиционными решениями позволяет получать новое качество защиты.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема блока управления.

Устройство содержит датчик 1 углового положения педали, выход которого через первый преобразователь 2 подключен к первому входу блока 3 управления, датчик 4 частоты вращения коленчатого вала двигателя, выход которого через второй преобразователь 5, выполненный в виде фильтра 6 и формирователи 7 импульсов, подключен к второму входу блока 3 управления, а выход последнего через усилитель 8 подключен к обмотке электромагнитной форсунки 9, размещенной во впускном трубопроводе двигателя. Блок 3 управления содержит первый преобразователь 10 сигнала в последовательный код, выполненный с двумя выходами, вход преобразователя 10 совмещен с первым входом блока 3, второй преобразователь 11 сигнала в последовательный код, вход которого совмещен с вторым входом блока 3. Первый и второй выходы преобразователя 10 подключены к первым входам соответственно первого и второго частотных компараторов 12 и 13, а выход преобразователя 11 соединен с вторыми входами компараторов 12 и 13. Выход преобразователя 2 связан с первой группой управляющих входов блока 14 задания длительности управляющего сигнала, вторая группа управляющих входов которого подключена к выходу первого компаратора 12. Выходы преобразователя 5 и компаратора 13 подключены соответственно к первому и второму входам схемы 15 совпадения. Выход блока 14 подключен к формирователю 16 сигнала управления, вход запуска которого соединен с выходом схемы 15, а выход формирователя 16 является выходом блока 3 управления. Защитные устройство 17, выполненное в виде последовательно соединенных кодового блока 18 и логического блока 19, выход которого является выходом защитного устройства 17 и соединен с третьим входом схемы 15 совпадения блока 3. Датчик 4 двигателя выполнен в виде бесконтактного датчика моментов зажигания и представляет собой обмотку 20, размещенную коаксиально высоковольтному проводу 21 катушки зажигания. Датчик 1 выполнен в виде потенциометра 22, подвижный контакт которого кинематически связан с приводом (условно не показан) дроссельной заслонки. Первый преобразователь 2 выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя 23 и содержит первый генератор 24 опорной частоты, счетчик 25, второй генератор 26 ступенчатого напряжения, выполненный с управляющим входом, компаратор 27 и регистр 28. Генератор 26 выполнен по схеме усилителя с дискретными степенями усиления. Выход генератора 24 подключен к информационному входу счетчика 25, выходы разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам регистра 28 и управляющему входу генератора 26. Входы компаратора 27 соединены с выходом генератора 26 и подвижным контактом потенциометра 22, неподвижные контакты которого подключены к выводам источника питания, а выход компаратора 27 соединен с входом синхронизации регистра 28, выводы разрядов которого являются выходом преобразователя 2. Первый преобразователь 10 сигнала в последовательный код выполнен в виде двух управляемых генераторов 29 и 30, выходы которых являются выходами преобразователя 10. Каждый генератор 29 и 30 снабжая идентификатором кода i-го интервала изменения положения дроссельной заслонки. При этом частота импульсов на выходе генератора 29 соответствует минимальному значению сигнала открытия дроссельной заслонки в пределах i-го интервала, а частота импульсов на выходе генератора 30 соответствует максимальному значению сигнала открытия дроссельной заслонки в пределах i-го интервала.

Второй преобразователь 11 сигнала в последовательный код выполнен в виде умножителя частоты и служит для согласования временных характеристик сигналов от датчика 4 и преобразователя 10. Блок 14 выполнен в виде N-последовательно соединенных цепочек (по числу разрядов управления от аналого-цифрового преобразователя) каждая из которых имеет два последовательно соединенных резистора 31 и 32 и два управляемых ключа 33 и 34, один из которых включен параллельно цепочке, а другой - параллельно второму резистору. Управляющие входы ключей 33 и 34 образуют соответственно первую и вторую группы управляющих входов блока 14, при этом замкнутое состояние ключа соответствует наличию нулевого сигнала на его управляющем входе. Формирователь 16 выполнен в виде одновибратора 35, задающим элементом которого является суммарное сопротивление блока 14, а схема 15 выполнена в виде элемента И 36. Кодовый блок 18 выполнен в виде электрического соединителя 37, состоящего из вилки 38 и розетки 39, имеющих М контактов. Логический блок 19 выполнен в виде элемента ИЛИ НЕ 40 и элемента И 41. Один из контактов розетки 39 соединен с нулевой шиной, другие n-контакты розетки 39 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 40. Оставшиеся m-(n+1) контактов розетки 39 и выход элемента ИЛИ-НЕ 40 соединены с входами элемента И 41. Выход элемента И 41 соединен с третьим входом элемента И 36 блока 3. В вилке 38 установлены перемычки, которые соединяют между собой n+1 контактов вилки 38, соответствующих контактам розетки 39, которые соединены с нулевым проводом и входами элемента ИЛИ-НЕ 40. Каждому устройству управления подачи топлива соответствует свой набор контактов розетки 39, соединяемых с входами элемента ИЛИ-НЕ 40, и соответствующий ему набор перемычек на вилке 38 электрического соединителя 37. Этот набор перемычек на вилке 38 и является кодом для запуска двигателя. Конструктивно отдельные элементы схемы защитного устройства 17 могут быть разнесены по другим блокам устройства управления и установлены в них без изменения электрических связей между ними.

Устройство управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Для запуска двигателя необходимо предварительно вставить вилку 38 в розетку 39 соединителя 37. Перемычки, установленные на вилке 38, обеспечивают подсоединение n-контактов розетки 39 к нулевой шине. Если все эти контакты через выходы розетки 39 соединены с входами элементов ИЛИ-НЕ 40, то на выходе последнего появляется сигнал логической "1". Если хотя бы один из входов элемента ИЛИ-НЕ 40 через контакты розетки 39 и вилки 38 не будет соединен с нулевой шиной, то на выходе элемента ИЛИ-НЕ 40 появится сигнал логического "0". Аналогично, если хотя бы один из входов элемента И 41 через соответствующие контакты розетки 39 и вилки 38 будет соединен с нулевой шиной, то на выходе элемента И 41 появится сигнал логического "0". Сигнал логического "0" с выхода элемента И 41, поступающий на третий вход элемента И 36 блока 3 управления, запрещает работу одновибратора 35 и подача топлива во впускной трубопровод отсутствует. Сигнал логической "1" на выходе элемента И 41, разрешающий работу одновибратора 35, появится лишь в том случае, если совпадут контакты, соединенные на вилке 38 перемычками, с контактами на розетке 39, соединенными с нулевой шиной и входами элемента ИЛИ-НЕ 40. Во всех остальных случаях на выходе элемента И 41 будет сигнал логического "0".

Эффективность предлагаемой защиты от несанкционированного запуска двигателя определяется числом W-возможных сочетаний различных вариантов коммутации входов элемента ИЛИ-НЕ из общего числа m-контактов розетки соединителя и зависит от варианта подключения розетки к нулевой шине.

При подключении розетки и нулевой шине фиксированным контактом для разных экземпляров защитных устройств W = Cⁿ_m-1= (1) При подключении розетки к нулевой шине произвольным контактом для разных экземпляров защитных устройств в W = Cⁿ_m⁺¹= (2) В таблице приведены значения W для некоторых значений n и m.

Из данных таблицы видно, что вполне достаточно иметь 10 ≅ m ≅ 14, при этом 3 ≅ n ≅ 0,5, что технически вполне приемлемо.

При работе двигателя сигналы с датчиков 1 и 4 поступают на входы преобразователей 2 и 5 соответственно, при этом на выходе преобразователя 5 формируются импульсы, частота следования которых пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя. На выходе преобразователя 2 формируется код, соответствующий углу открытия дроссельной заслонки. Ключи 33 блока 14 устанавливаются в положение, определяемое кодом на выходе регистра 28.

На выходе генераторов 29 и 30 формируются последовательности импульсов, частота которых соответствует нижнему и верхнему пределу значения угла открытия дроссельной заслонки в пределах i-го интервала, идентифицируемого по выходному коду регистра 28.

Если частота сигнала F_макс на выходе генератора 30 меньше частоты следования импульсов от датчика 1, что соответствует режиму работы двигателя "замедление" (сброс нагрузки), то на выходе компаратора 13 формируется нулевой сигнал, запрещающий работу одновибратора 35, при этом подача топлива во впускной трубопровод отсутствует. В противном случае сигнал логической "1" с выхода компаратора 13 обеспечивает формирование управляющих сигналов на выходе одновибратора 35 в моменты времени, соответствующие моментам зажигания в двигателе.

Если частота сигнала F_мин на выходе генератора 29 превышает частоту следования импульсов от датчика 4, что соответствует режиму "разгона" (увеличение нагрузки) двигателя, то на выходе компаратора 12 присутствует единичный сигнал и ключи 34 открыты, что обеспечивает увеличение длительности управляющего сигнала по сравнению с заданной, определяемой состоянием ключей 33, а значит и увеличение подачи топлива в двигатель на указанном режиме.

Если величина частоты следования импульсов от датчика 4 находится в пределах F_мин - F_макс, что на выходе компаратора 12 формируется нулевой сигнал, ключи 34 замкнуты, а длительность управляющего сигнала определяется кодом на выходе регистра 28. Указанный режим соответствует незначительным отклонениям режима от установившегося.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчик углового положения дроссельной заслонки, выполненный в виде потенциометра, подвижный контакт которого кинематически связан с приводом дроссельной заслонки, блок управления, первый и второй входы которого через первый и второй преобразователи подключены соответственно к выходам датчика углового положения дроссельной заслонки и датчика частоты вращения коленчатого вала, а выход через усилитель - к обмотке электромагнитной форсунки, размещенной во впускном трубопроводе двигателя, отличающееся тем, что датчик частоты вращения коленчатого вала выполнен в виде бесконтактного датчика моментов зажигания, первый преобразователь выполнен аналого-цифровым, второй преобразователь имеет полосовой фильтр и формирователь прямоугольных сигналов, блок управления выполнен в виде первого преобразователя сигнала в последовательный код с двумя выходами, второго преобразователя сигнала в последовательный код, первого и второго частотных компараторов, блока задания длительности управляющего сигнала с двумя группами управляющих входов, схемы совпадения и формирователя управляющего импульса с информационным и управляющим входами, причем первый и второй выходы первого преобразователя сигнала в последовательный код подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к выходу второго преобразователя сигнала в последовательный код, выход первого компаратора подключен к каждому выводу второй группы управляющих входов блока задания длительности управляющего сигнала, выход которого связан с информационным входом формирователя управляющего импульса, выход второго компаратора подключен к второму входу схемы совпадения, выход которой подключен к управляющему входу формирователя управляющего импульса, выход которого является выходом блока управления, вход первого преобразователя сигнала в последовательный код и первая группа управляющих входов блока задания длительности управляющего сигнала совмещены с первым входом блока управления, второй вход которого совмещен с входом второго преобразователя сигнала в последовательный код и первым входом схемы совпадения, причем оно снабжено защитным устройством, выполненным в виде последовательно соединенных кодового и логического блоков, а схема совпадения имеет третий вход, подключенный к выходу логического блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кодовый блок выполнен в виде электрического соединителя, состоящего из вилки и розетки, а логический блок выполнен в виде элемента ИЛИ - НЕ и элемента И, причем один из выводов розетки соединен с нулевой шиной, несколько выводов розетки соединено с входами элемента ИЛИ - НЕ, остальные выводы розетки и выход элемента ИЛИ - НЕ соединены с входами элемента И, выход которого является выходом защитного устройства, а на вилке установлены перемычки входов, соответствующих выводам розетки, соединенным с нулевой шиной и входами элемента ИЛИ - НЕ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3