Устройство управления электромагнитной форсункой

 

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для электрического управления подачей жидкого или газообразного топлива в цилиндры ДВС, преимущественно дизеля, оборудованного форсунками впрыска топлива с электромагнитным приводом запорного органа. Устройство управления электромагнитной форсункой подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит датчик тока нагрузки, генератор импульсов с синхровходом и управляющим входом, генератор одиночных прямоугольных импульсов, разделительный конденсатор, первый, второй и третий ключи, формирователь импульсов с управляющим входом и дополнительный ключ. Устройство дополнено двумя дифференцирующими блоками, двумя сравнивающими устройствами, логической схемой и триггером. Техническим результатом является повышение экономичности и надежности за счет уменьшения рассеиваемой мощности и повышение стабильности работы. 7 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для электрического управления подачей жидкого или газообразного топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, преимущественно дизеля, оборудованного форсунками впрыска топлива с электромагнитным приводом запорного органа.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство управления подачей топлива в ДВС по патенту России 2107179, МПК F 02 D 41/02, дата публикации 20.03.1998, содержащий следующие общие с заявленным изобретением признаки: источник питания, генератор импульсов, два ключа, электронный ключ, обмотку электромагнитной форсунки.

Цель изобретения - повышение экономичности и надежности за счет уменьшения рассеиваемой мощности и повышение стабильности работы.

Устройство управления электромагнитной форсункой подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит датчик тока нагрузки, генератор импульсов с синхровходом и управляющим входом, связанным с датчиком тока нагрузки, генератор одиночных прямоугольных импульсов, разделительный конденсатор, первый ключ, управляющий вход которого связан с выходом генератора импульсов с управляющим входом, а выход через обмотку электромагнитной форсунки и датчик тока нагрузки связан с источником питания, второй ключ, управляющий вход которого подключен к выходу генератора одиночных прямоугольных импульсов, третий ключ с управляющим входом, вход которого связан с выходом первого ключа, а выход - с источником питания, причем разделительный конденсатор установлен между выходами первого и третьего ключей, формирователь импульсов с управляющим входом, связанным с выходом генератора одиночных прямоугольных импульсов, а выход - с управляющим входом дополнительного ключа. Указанное устройство снабжено первым и вторым дифференцирующим блоками, первым и вторым сравнивающим устройством, логической схемой и триггером с двумя управляющими входами, причем вход первого дифференцирующего блока связан с выходом датчика, а выход соединен со входом второго дифференцирующего блока и входом первого сравнивающего устройства, выход которого связан с первым управляющим входом логического элемента, выход второго дифференцирующего блока соединен с входом второго сравнивающего устройства, выход которого связан со вторым управляющим входом логического элемента, выход логического элемента соединен с первым управляющим входом триггера, а второй управляющий вход триггера связан с синхровходом генератора импульсов, снабженным вторым управляющим входом, соединенным с входом триггера.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - кривая перемещения якоря электромагнита (форсунки; на фиг.3 - временная диаграмма тока в обмотке электромагнита; на фиг.4 - сигнал с выхода первого дифференцирующего блока; на фиг.5 - временная диаграмма тока в обмотке электромагнита при меньшей скорости перемещения якоря; на фиг.6 - сигнал с выхода первого дифференцирующего блока при меньшей скорости перемещения якоря; на фиг.7 - сигнал с выхода второго дифференцирующего блока.

Устройство содержит источник питания 1, генератор 2 сигналов с управляющим входом, генератор 3 одиночных прямоугольных импульсов, первый 4, второй 5 и третий 6 электронные ключи, датчик 7 тока нагрузки, амплитудный ограничитель 8, разделительный конденсатор 9, обмотку 10 электромагнитной форсунки, дополнительный электронный ключ 11 с управляющим входом 14, ограничитель 12 тока, формирователь 13 импульсов с управляющим входом, резисторы 15 и 16, первый 17 и второй 18 дифференцирующие блоки, первое 19 и второе 20 сравнивающие устройства, логическую схему ИЛИ 21, SR-триггер 22.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии генераторы 2 и 3 имеют на выходах низкий уровень сигнала, поэтому ключи 4 и 5 закрыты, обмотка 10 электромагнита обесточена, ключ 6 заперт, разделительный конденсатор 9 практически разряжен, ключ 11 смещен в прямом направлении.

При поступлении переднего фронта командного сигнала КС на синхровход генератора 2 последний начинает вырабатывать намагничивающие импульсы и на его выходе появляется высокий уровень сигнала. Одновременно с этим КС, поступая на вход S-триггера 22, переводит его в режим логической 1. Ключ 4 открывается и в обмотке 10 электромагнита начинает нарастать намагничивающий ток (фиг. 3). Конденсатор 9 заряжается через открытые ключи 4 и 11 и ограничитель 12 тока. Как только скорость намагничивающего тока достигнет 0 (точка t1 на фиг.4), то по сигналу с выхода первого дифференцирующего блока 17 первое сравнивающее устройство 19 выдаст сигнал логической единицы на первый вход логической схемы ИЛИ 21, сигнал с выхода которой поступит на вход R-триггера 22 и сбросит его в ноль. Действие командного сигнала прекращается. Пунктиром на фиг.3 показана форма тока после снятия командного сигнала в точке t1. Несмотря на то, что командный сигнал снимается несколько раньше, якорь продолжает движение под действием намагничивающего тока и достигнет упора (точка t2 на фиг.2). В том случае, если ток изменяется с меньшей скоростью (фиг. 5) и эта скорость положительна во всем диапазоне нарастания (фиг. 6), то первый дифференцирующий блок 17 находит точку перегиба кривой тока (точка t2, фиг.6), а второе сравнивающее устройство 20, срабатывающее по сигналу с выхода второго дифференцирующего блока 18, выдаст сигнал логической единицы на второй вход логической схемы ИЛИ 21 в момент достижения производной скорости тока нулевого значения (точка t2 на фиг.7). Нулевой сигнал с выхода триггера 22 запрещает прохождение сигнала с выхода генератора 2 на вход ключа 4. Пунктиром на фиг.5 показана форма тока после снятия действия командного сигнала в точке t2. Ключ 4 закрывается и ток в обмотке 10 начинает уменьшаться. Напряжение на обмотке 10 электромагнита при этом скачкообразно уменьшается. ЭДС самоиндукции суммируется с напряжением на конденсаторе 9, запирает ключ 11 и отпирает ключ 6. Таким образом, если ключ 5 заперт, то в момент запирания ключа 4 параллельно обмотке 10 подключается сравнительно низкоомный шунт, значительно увеличивающий время спада тока в электромагните. Генератор 2 отпирает ключ 4, когда ток в обмотке достигнет заданного уровня удерживающего тока. При этом ток в обмотке опять начинает расти, ключ 6 запирается, а конденсатор 9, частично разряженный через входную цепь ключа 6, заряжается. По достижении током заданного верхнего уровня удерживающего тока ключ 4 запирается, а ключ 6 вновь отпирается. Ток в обмотке электромагнита начинает уменьшаться, достигает величины нижнего уровня удерживающего тока и цикл повторяется.

При поступлении заднего фронта командного сигнала на синхровход генератора 2 на его выходе устанавливается или поддерживается низкий уровень сигнала, генератор 3 при этом начинает вырабатывать высокий уровень напряжения. Ключ 4 закрывается, а ключ 5 открывается, ключ 6 при этом остается закрытым. Обмотка 10 электромагнита оказывается подключенной к последовательно соединенным источнику 1 питания и заряженному конденсатору 9. Последний начинает перезаряжаться, ток в обмотке 10 электромагнита сначала увеличивается, а затем с высокой скоростью спадает, поскольку переходный процесс по характеру близок к синусоидальному. Длительность импульса генератора устанавливается такой, чтобы напряжение на конденсаторе в процессе его перезаряда достигло максимальной величины. При исчезновении сигнала на выходе генератора 3 ключ 5 закрывается, запуск формирователя 13 осуществляется по заднему фронту сигнала на выходе генератора 3. Формирователь 13, выполненный, например, в виде генератора одиночных прямоугольных импульсов, отпирает ключ 11 только по окончании перезаряда конденсатора 9. При этом конденсатор 9 оказывается подключенным к обмотке 10 электромагнита через открытый ключ 11 и ограничитель 12 тока. Ток в обмотке электромагнита изменяет свое направление, размагничивая магнитопровод. Размагничивающий ток нарастает также с высокой скоростью, обусловленной синусоидальным характером переходных процессов. Амплитуда размагничивающего тока и его продолжительность зависят от величины емкости конденсатора 9, индуктивности обмотки 10 электромагнита и сопротивления ограничителя 12 тока. Оптимальный уровень размагничивающего тока для каждой конкретной конструкции электромагнита устанавливается экспериментально выбором необходимой емкости конденсатора 9 из условия обеспечения наибольшего быстродействия электромагнитной форсунки при его запирании.

Выполнение электронного ключа 6 транзисторным также позволяет увеличить быстродействие, расширить диапазон применения описанного варианта устройства по напряжению питания и использовать с более сложными формами командного сигнала.

Формула изобретения

Устройство управления электромагнитной форсункой подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее датчик тока нагрузки, генератор импульсов с синхровходом и управляющим входом, связанным с датчиком тока нагрузки, генератор одиночных прямоугольных импульсов, разделительный конденсатор, первый ключ, управляющий вход которого связан с выходом генератора импульсов с управляющим входом, а выход через обмотку электромагнитной форсунки и датчик тока нагрузки связан с источником питания, второй ключ, управляющий вход которого подключен к выходу генератора одиночных прямоугольных импульсов, третий ключ с управляющим входом, вход которого связан с выходом первого ключа, а выход - с источником питания, причем разделительный конденсатор установлен между выходами первого и третьего ключей, формирователь импульсов управляющим входом связан с выходом генератора одиночных прямоугольных импульсов, а выходом - с управляющим входом дополнительного ключа, отличающееся тем, что устройство снабжено первым и вторым дифференцирующими блоками, первым и вторым сравнивающими устройствами, логической схемой и триггером с двумя управляющими входами, причем вход первого дифференцирующего блока связан с выходом датчика, а выход соединен со входом второго дифференцирующего блока и входом первого сравнивающего устройства, выход которого связан с первым управляющим входом логического элемента, выход второго дифференцирующего блока соединен с входом второго сравнивающего устройства, выход которого связан со вторым управляющим входом логического элемента, выход логического элемента соединен с первым управляющим входом триггера, а второй управляющий вход триггера связан с синхровходом генератора импульсов, снабженным вторым управляющим входом, соединенным с входом триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7