Электронный регулятор управления подачей топлива в дизеле
Владельцы патента RU 2299342:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам управления топливоподающей аппаратуры дизелей. Электронный регулятор управления подачей топлива в дизеле содержит исполнительный механизм, якорь-толкатель которого соединен жесткой связью с рейкой топливного насоса, электронный блок управления, датчик положения управляющего органа. В качестве исполнительного механизма установлен линейный шаговый двигатель безредукторного типа. Линейный шаговый двигатель смонтирован в блоке с датчиком положения управляющего органа с торца корпуса топливного насоса. На противоположном торце топливного насоса смонтирован датчик частоты импульсов вращения кулачкового вала насоса. Электронный регулятор содержит датчики температурного режима двигателя и аварийного давления масла в системе смазки двигателя. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к конструкции систем управления топливоподающей аппаратурой дизелей. Регулятор, являясь одним из основных узлов топливного насоса высокого давления, поддерживает постоянство режима работы двигателя, задаваемого органом управления.
Известна конструкция механического центробежного регулятора тип RSV производства Robert Bosch GmbH. (Файнлеб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-е, 1990, стр.158). Механический центробежный регулятор содержит валик с двумя грузами, усилие от которых передается через систему рычагов к пружине, пружина регулятора имеет переменную приведенную жесткость. Все элементы регулятора собраны в отдельном корпусе, который непосредственно крепится к торцу топливного насоса высокого давления.
Недостатками известной конструкции являются низкие чувствительность и динамические параметры. Кроме того, совершенствование механических регуляторов достигло предела по удельной функциональности, приведенной к стоимости и ремонтопригодности конечного регулятора, поскольку увеличение точности и расширение функциональности механических регуляторов неизбежно усложняет конструкцию механического узла управления регулятора, его настройку и эксплуатационную регулировку.
Известна конструкция электронного регулятора частоты вращения для управления подачей топлива топливным насосом высокого давления, выбранная в качестве прототипа. Регулятор-прототип содержит электронный блок, электромагнитный исполнительный механизм [патент RU 2066386, F02D 1/08]. В регуляторе-прототипе якорь электромагнита и сердечник датчика положения выполнены за одно целое с рейкой топливного насоса высокого давления или валиком-тягой, расположенной параллельно рейке, жестко связанной с ней и управляющей ее движением.
Недостатками конструкции регулятора-прототипа являются низкая точностная и динамическая характеристики позиционирования рейки, присутствие автоколебательных процессов в системе рейка-привод рейки в начале и окончании отдельного шага позиционирования, постоянное потребление энергии электромагнитом для удержания рейки в позиции дозирования даже на установившихся режимах.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении качества управления топливоподачей и улучшения параметров двигателя посредством высоких точностных и динамических показателей позиционирования дозирующей рейки топливного насоса, в обеспечении высокой степени надежности, ремонтопригодности системы регулятора и его массогабаритных параметров.
Указанная задача решается тем, что электронный регулятор управления подачей топлива в дизеле, содержащий исполнительный механизм, электронный блок управления, датчики частоты импульсов вращения кулачкового вала насоса, положения управляющего органа, температурного режима двигателя, аварийного давления масла в системе смазки двигателя, согласно изобретению, в качестве исполнительного механизма содержит линейный шаговый двигатель безредукторного типа, якорь-толкатель которого соединен жесткой связью с рейкой топливного насоса.
Линейный шаговый двигатель безредукторного типа конструктивно объединен с датчиком положения якоря-толкателя (что эквивалентно датчику позиции рейки топливного насоса), который используется в локально-замкнутой схеме управления линейным шаговым двигателем, это обеспечивает в сумме с электрической редукцией позиционного шага сочетание высокого быстродействия линейного шагового двигателя с малой динамической ошибкой (колебания при пуске, торможении, реверсе якоря-толкателя). Электронный регулятор управления подачей топлива в дизеле выполнен по блочно-модульному принципу, что обеспечивает высокое удобство диагностирования эксплуатационных неисправностей и высокую ремонтопригодность. Линейный шаговый двигатель, электронный блок управления, датчики имеют малые габаритные размеры и массу, чем обеспечивают улучшение компоновки и уменьшение массогабаритных параметров топливоподающей аппаратуры дизеля в целом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дана функциональная схема электронного регулятора, на фиг.2 - принципиальная схема управления электронного регулятора.
Электронный регулятор содержит линейный шаговый двигатель 1 позиционирования рейки 2 топливного насоса высокого давления 3, электронный блок управления 4, датчики частоты импульсов вращения 5 кулачкового вала насоса 6 и положения управляющего органа 7, связанный с тягой рычага управления 8, а также датчики температурного режима двигателя, аварийного давления масла в системе смазки двигателя. На пульт операционного управления (условно не показан) выведены органы контроля и управления двигателем, в том числе клавиша 9 "Старт/Стоп" и контрольная лампа 10 "НЕИСПРАВНОСТЬ".
Линейный шаговый двигатель смонтирован в блоке с датчиком положения управляющего органа (ДПУ) с торца корпуса топливного насоса. На противоположном торце топливного насоса смонтирован датчик частоты импульсов вращения кулачкового вала насоса (ДИКВ).
Датчик положения управляющего органа выполнен резистором потенциометрического типа. Принцип действия датчика частоты импульсов вращения кулачкового вала насоса основан на модуляционном изменении магнитного потока в магнитопроводе датчика при вращении кулачкового вала насоса с размещенными на нем двумя профильными выступами (т.к. кулачковый вал топливного насоса высокого давления четырехтактного дизеля вращается с частотой в два раза меньшей коленчатого вала двигателя, то прохождение каждым выступом на кулачковом валу зоны поля индукционного датчика соответствует одному обороту коленчатого вала двигателя). Дополнительно блок управления контролирует датчики температурного режима двигателя (ДТР) и аварийного давления масла в системе смазки (ДДММ). Датчик температурного режима выполнен сопротивлением термисторного типа с отрицательным температурным коэффициентом, датчик аварийного давления масла в системе смазки двигателя выполнен элементом тензометрического типа в виде интегрального полупроводникового пьезоэлектрического модуля.
Штекерные разъемы коммутируют посредством жгута соединительных проводов электронный блок управления с датчиками, линейным шаговым двигателем позиционирования рейки и другими элементами электрической цепи, блок управления имеет независимые каналы силового и логического заземления. Соединительный провод от датчика частоты импульсов вращения кулачкового вала насоса защищен от электромагнитных помех экраном, замкнутым на массу.
Электронный регулятор управляет линейным шаговым двигателем, также включением и отключением главного реле. При нажатии клавиши 9 "Старт/Стоп" контроллер электронного блока управления 4 включает главное реле, через которое питание поступает на остальные элементы системы, производится самодиагностика систем контроллера электронного блока управления 4 и внешней периферии (датчиков, шагового двигателя), сбор информации о параметрах запуска двигателя (температурный режим двигателя, положение рычага управления) и, согласно тарировочному значению с датчика температурного режима, позиционируется в положение пуска дозирующая рейка 2, после чего двигатель, при условии его исправности, находится в состоянии пусковой готовности. В случае неисправности какого-либо электрического узла регулятора выдается сигнал неисправности зажиганием лампы 10 "НЕИСПРАВНОСТЬ". Запуск двигателя осуществляется прокруткой коленчатого вала стартером при нажатии клавиши "Стартер" (клавиша и цепь стартера не показаны). При вторичном нажатии (отжиме) клавиши 9 "Старт/Стоп" контроллер подает управляющий сигнал на линейный шаговый двигатель 1 о позиционировании рейки 2 в положение полного прекращения подачи топлива и после останова двигателя выключает главное реле.
При работе двигателя по сигналам датчика положения управляющего органа 7 задаются желаемые режимы работы двигателя на внешнюю нагрузку, они являются первичными. Для определения действительного режима двигателя, следовательно, цикловой подачи топлива данные датчика положения управляющего органа 7 логически суммируются с текущим значением показателя датчика частоты импульсов вращения 5 кулачкового вала насоса 6 и вычисляется степень управляющего воздействия на шаговый двигатель 1. По датчику температурного режима формируется коррекция топливоподачи для режимов пуска и прогрева до установленной рабочей температуры согласно текущему температурному режиму двигателя, также осуществляется функционирование аварийной сигнализации перегрева двигателя. Сигнал датчика аварийного давления масла в системе смазки двигателя определяет функционирование аварийной защиты двигателя при падении давления масла в системе смазки двигателя, сигнал с датчика носит релейный характер. По сигналам с перечисленных датчиков блок управления вычисляет интегральное управляющее воздействие на линейный шаговый двигатель.
Линейный шаговый двигатель 1 при любом перемещении якоря-толкателя под управляющим воздействием в конце каждого шага возвращает сигнал со встроенного датчика положения якоря-толкателя, этот сигнал прямо не используется контроллером. Управление линейным шаговым двигателем 1 осуществляется через микросхему драйвера шагового двигателя, контроллер электронного блока управления 4 формирует бинарное слово, которое определяет только конечную координату перемещения якоря-толкателя. Конечная координата перемещения сравнивается с исходной (начальной), содержащейся в памяти, по их разностному значению определяется направление смещения якоря-толкателя и величина смещения в шагах. Линейный шаговый двигатель функционирует в старт-стопном режиме. В начале движения якорь-толкатель разгоняется электромагнитным полем и кинетическая энергия системы якорь-толкатель-рейка увеличивается до определенного значения и его величину необходимо гасить в конце перемещения. Торможение якоря-толкателя выполняется компенсированием энергии согласно ее расчетному значению путем смещения поля на каждом дискретном шаге после начала торможения на определенную величину, при этом разностная энергия определяет отрицательное ускорение якоря-толкателя в любой момент его движения до останова, после чего производится удержание положения рейки до новой команды от контроллера электронного блока управления.
Электронный регулятор управления подачей топлива в дизеле реализует схему автоматического регулирования топливоподачи по сигналам рассмотренных датчиков. Управляемый им якорь-толкатель линейного шагового двигателя позиционирования рейки топливного насоса смещает дозирующую рейку, тем самым изменяет величину подачи топлива, чем увеличивает или уменьшает частоту вращения коленчатого вала дизеля.
Электронный регулятор управления подачей топлива в дизеле, содержащий исполнительный механизм, якорь-толкатель которого соединен жесткой связью с рейкой топливного насоса, электронный блок управления, датчик положения управляющего органа, отличающийся тем, что в качестве исполнительного механизма установлен линейный шаговый двигатель безредукторного типа, причем линейный шаговый двигатель смонтирован в блоке с датчиком положения управляющего органа с торца корпуса топливного насоса, а на противоположном торце топливного насоса смонтирован датчик частоты импульсов вращения кулачкового вала насоса, также электронный регулятор содержит датчики температурного режима двигателя и аварийного давления масла в системе смазки двигателя.
