Устройство управления впрыском топлива в дизель-генератор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (1 1) 885588

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 28.03.80 (2)) 2899730/25-06 (51)M. Кл.

F 02 М 51/02 с присоединением заявки J%—

Гвеударотвеииый комитет

СССР (23) Приоритет ло делом изобретеиий и открытий

Опубликовано 30.11.81. Бюллетень 44

Дата опубликования описания 30 (53) УЙК 621.436. .038.5(088.8) (72) Автор изобретения

А.Н ° Борисенко

Харьковский ордена Ленина политехничес им.В.И.Ленина (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА

В ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам электронного управления топливоподачи в дизель- генераторы.

Известны устройства управления впрыском топлива в дизель- генерато5 ры, содержащие датчик угловой скорости с первой и второй катушками, первый и второй формирователи, первый

10 и второй триггеры, реверсивный счетчик, первую схему И, высокочастотный .генератор, сумматор и схему выхода, выполненную в виде одновибратора, усилителя и электромагнитного клапана, включенных последовательно на выходе первой схемы И, входы которой связаны с прямыми выходами двоичных ячеек реверсивного счетчика, шины сложения и вычитания которого связаны соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера, вход установки в нулевое состояние которого свя" зан через второй формирователь со второй катушкой, а вход установки в единичное состояние через первый формирователь - с первой катушкой, причем инверсный выход первого формирователя связан с шиной сброса реверсивного счетчика, а выход высокочастотного -генератора подключен ко входу реверсивного счетчика 1 ).

Наряду с высокими быстродействием и надежностью работы, такие устройства имеют недостаток, состоящий в том, что угол опережения впрыска зависит только от угловой скорости и эта линейная зависимость часто не позволяет получить на каждом скоростном режиме при заданных значениях продолжительности впрыска максимальную мощность дизеля, а следовательно, минимальный удельный эффективный расход топлива, так как максимумы кривых зависимости эффективной мощности от угла опереже" ния впрыска при фиксированных значениях скорости в большинстве случаев лежат не на прямой линии, а на кри5588 4 ного магнита 5, размещенного на валу 2. Катушка 3 подключена ко входу вой. Этот недостаток связан с постоянством длительности выходного импульса формирователя, соединенного со входом триггеоа для установки его в единичное состояние, которая является заданием времени опережения

:спрыска, а также отсутствием обратной связи по сигналам мощности или нагрузки дизеля, что не позволяет отыскивать и устанавливать такие значения времени и угла опережения впрыска, при которых удельный эффективный расход топлива минимален.

Цель изобретения - повышение топливной экономичности дизель-генератора.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит емкостной интегратор с конденсатором, первый и второй ключи, вторую и третью схемы И, низкочастотный генератор импульсов, источник опорного напряжения, датчик мощности, дифференцирующую цепочку и однополупериодный выпрямитель, причем первый формирователь выполнен управляемым, датчик мощности, дифференцирующая цепочка и выпрямитель включены последовательно на счетном входе второго триггера, прямой и инверсный 3 выходы которого связаны с первыми входами второй и третьей схем И соответственно, вторые входы которых подключены к низкочастотному генератору импульсов, а выходы - ко входам ключей, так что первый выход первого и второй выход второго ключа соединены с первым и вторым входами сумматора, подключенного к управляемому формирователю, второй выход первого ключа связан с первым зажимом конденсатора емкостного интегратора, второй зажим которого соединен с первым входом сумматора, первый выход второго ключа связан со входом емкостного интегратора, а источник опорного напряжения связан со вторым входом сумматора. щ 8 подключены ко входам схемы И 11.

Выход схемы И 11 подключен ко входу

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2зависимость эффективной мощности дизеля от угла опережения впрыска топлива и временные диаграммы управляющего и выходного сигналов.

Устройство содержит датчик 1 угловой скорости вала 2, выполненный в виде двух катушек 3 и 4, установленных у вала 2, и постоянуправляемого формирователя 6 импульсов, прямой выход которого связан со входом триггера 7 для установки его в единичное состояние, а инверсный - с шиной сброса в нулевое состояние реверсивного счетчика 8.

Прямой и инверсный выходы триггера 7 соединены соответственно с шинами сложения и вычитания реверсивного счетчика 8. Катушка 4 через неуправляемый формирователь 9 импульсов связана со входом триггера 7 для установки его в нулевое состояние. Вы" ход высокочастотного генератора 10 импульсов подключен ко входу реверсивного счетчика 8. Прямые выходы двоичных ячеек реверсивного счетчика одновибратора 12, выход которого через усилитель 13 связан с электромагнитным клапаном 14 дизель-генератора 1> Выход датчика 16 мощности дизель-генератора 19 через дифференцирующую цепочку 17 связан со входом однополупериодного выпрямителя 18.

Выход однополупериодного выпрямителя 18 соединен со счетным входом триг- гера 19. Прямой и инверсный выходы триггера 19 соединены с первыми входами соответственно схем И 20 и 21.

Вторые входы схем И 20 и 21 подключены к низкочастотному генератору 22 импульсов. Выходы схем И 20 и 21 соединены со входами соответственно ключей 23 и 24. Первый выходной зажим ключа ?3 подключен к первому входу сумматора 25, выходу емкостного интегратора 26 и второму зажиму конденсатора 27 емкостного интегратора 26. Второй выходной зажим ключа 23 подключен к первому зажиму конденсатора 27. Первый выходной зажим ключа 24 соединен со входом емкостного интегратора 26. Второй выходной зажим ключа 24 соединен с источником 28 опорного напряжения и вторым входом сумматора 25.

Выход сумматора 25 подключен к управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим вначале случай, когда первый вход сумматора 25 отключают от емкостного интегратора 26.

Предположим, что при вращении вала 2 поршень дизеля проходит через верхнюю мертвую точку. В этом случае магнит 5 проходит вблизи катушки 3 и на ее зажимах вследствие изменения магнитного потока, пронизывающего ее витки, возникает импульс напряжения, поступающий на вход управляемого формирователя 6 импульсов.

На прямом выходе этого формирователя появляется единичный импульс, длительность которого является заданием времени опережения впрыска, определяет требуемое значение угла опережения впрыска и пропорциональна напря жению на его управляющей шине. Поскольку первый вход сумматора 25 в данном случае ни с чем не соединен, на выходе этого сумматора сигнал равен сигналу на его втором входе, т.е. выходному напряжению источника .28 опорного напряжения. При этом задание времени опережения впрыска постоянно и пропорционально выходному напряжению источника 28 опорного напряжения. Указанный единичный выходной.импульс управляемого формирователя 6 импульсов устанавливает триггер 7 в единичное состояние. Одновременно с этим нулевой сигнал с инверсного выхода этого формирователя сбрасывает реверСивный счетчик 8 .в нулевое состояние. После окончания действия этого нулевого сигнала, т.е после окончания единичного импульса на прямом выходе управляемого формирователя 6 импульсов, в реверсивный счетчик 8, который уже переведен в режим сложения единичным сигналом с прямого выхода триггера 7, начинается запись информации с высокочастотного генератора 10 импульсов. Запись информации в реверсивный счетчик 8 продолжается до момента прихода поршня дизеля в нижнюю мертвую точку.

Когда поршень проходит через эту точку, магнит 5 проходит вблизи катушки 4, так как вал поворачивается на полоборота. При этом вследствие изменения магнитного потока, пронизывающего витки катушки 4, на ее зажимах появляется импульс напряжения, поступающий на. вход неуправляемого формирователя 9 импульсов. Единичный выходной импульс этого формировате" ля устанавливает триггер 7 в нулевое состояние, а единичный сигнал с инверсного выхода триггера 7 переводит реверсивный счетчик 8 в режим

85588 -4 вычитания. При движении поршня дизеля из нижней мертвой точки в верх. нюю происходит считывание ранее за- писанной в реверсивный счетчик 8 информации импульсами той же частоты следования, что и запись. При полном считывании информации двоичные ячейки всех разрядов реверсивного счетчика 8 оказываются в нулевом состояje нии и на всех входах схемы И 11 по-, являются нулевые сигналы. На выходе этой схемы сохраняется нулевой сигнал, который присутствовал и ранее вследствие действия хотя бы на одном

" 1 входе этой схемы нулевого сигнала.

Выходные импульсы высокочастотного ге нератора 10 импульсов продолжают поступать на вход реверсивного счетчика 8 и далее, и первый из них, поступивший сразу же после полного считывания информации в счетчике, переводит все двоичные ячейки реверсивного счетчика 8 в единичное состояние.

В этом случае на всех входах схемы

И 11 одновременно появляются единичные сигналы, вследствие чего на выходе этой схемы также появляется единичный сигнал. С приходом следующего импульса на вход реверсивного счетчика 8 двоичная ячейка его младшего разряда переходит в нулевое состояние, на одном из входов схемы И 11 единичный сигнал исчезает, вследствие чего исчезает единичный сигнал и на выходе этой схемы. Возник" ший на выходе схемы И 11 единичный импульс передним фронтом переводит одновибратор 12 в состояние квазиравновесия. Последний формирует импульс, длительность которого определяет дли 9 тельнооть впрыска топлива. После уси" ления по мощности усилителем 13 импульс тока попадает на обмотку электромагнитного клапана 14, открывая

его. Происходит впрыск топлива в цилиндр дизель-генератора 15. При переходе одновибратора 12 из состояния квазиравновесия в состояние устойчивого равновесия импульс прекра- щается и впрыск топлива заканчивает ся.

Поскольку запись и считывание информации в реверсивный счетчик 8 осуществляется импульсами одной и той же частоты следования от высо .-кочастотного генератора 10 импульсов1, время записи некоторого числа равно времени его считывания. Так как единичный импульс на выходе схе"

885588 ф () = )но мы И 11 появляется (что соответствует началу впрыска топлива) не в момент полного считывания числа в реверсивном счетчике 8, а на величину периода следования импульсов высокочастотного генератора 1О импульсов позже, то интервал от момента окончания выходного импульса управляемого формирователя 6 импульсов до момента начала выходного импульса не- >q управляемого формирователя 9 импульсов (момента прихода поршня дизеля в нижнюю мертвую точку), равный времени записи, на величину периода следования импульсов высокочастотного генератора 10 импульсов меньше, чем интервал времени от момента прихода поршня в нижнюю мертвую точку до момента начала впрыска топлива.

Поэтому если в пределах одного оборота угловая скорость вала 2 постоянна, что соответствует равенству интервалов времени движения поршня из верхней мертвой точки в нижнюю и обратно, то фактическое время опе. режения впрыска, равное разности интервалов времени движения поршня из-нижней мертвой точки в верхнюю и промежутка времени от момента прихода поршня в нижнюю мертвую точку до момента начала впрыска, на величину периода следования импульсов высокочастотного генератора 10 импульсов меньше заданного времени опережения, равного длительности выходного импуль35 са управляемого формирователя 6 импульсов. Поскольку указанная длительность постоянна в силу постоянства выходного сигнала сумматора 25 и период следования импульсов высокочас40 тотного генератора 10 импульсов также постоянен, то фактическое время опережения впрыска .топлива постоянно.

Фактический же угол опережения впрыска равный произведению фактического

Э

4$ времени опережения на угловую скорость, изменяется по линейному закону в функции угловой скорости вала 2 . Таким образом, когда первый вход сумматора 25 отключен от емкостного интегратора 26, время опережения

50 впрыска постоянно и угол опережения изменяется по линейному закону в функции угловой скорости вала 2 дизель-генератора 15.

Рассмотрим теперь работу устройства, когда сумматор 25 и емкостной интегратор 26 связаны в соответствии с фиг.1.

Предположим, что установился некоторый скоростной режим дизель-генератора 15, триггер 19 находится в единичном состоянии, а начальное значение выходного напряжения U емкости ного интегратора 26 таково," что выходное напряжение сумматора 25 задает время опережения впрыска, при котором угол опережения впрыска топлива равен 6 . Этому случаю соответствует кривая ABC с рабочей точкой а (фиг,2)

При этом эффективная мощность дизеля равна N . Поскольку триггер 19 находится в единичном состоянии, на первом входе схемы И 20 действует единичный сигнал, в результате чего она открыта и единичный импульс низкочастотного генератора 22 импульсов проходит на вход ключа 23.

B этом случае ключ 23 открывается и конденсатор 27 разряжается через внутреннее сопротивление ключа 23, существующее между его выходными зажимами, По окончании укаэанного первого импульса ключ 23 закрывается, цепь между его выходными зажимами размыкается и разряд конденсатора 27 прекращается, Напряжение на конденсаторе 27 в процессе его разряда описывается уравнением

--| Т

Uc(4) 0 0 > где U - начальное значение напряСо женил на конденсаторе 27; время, постоянная времени разряда конденсатора 27.

После окончания разряда конденсаторов 27 напряжение между его зажимами определяется следующим образом

- иФ

U(<)=Uq е где д — длительность импульса низкочастотного генератора

22 импульсов.

Так как в состав емкостного интегратора 26 входит усилитель с большим коэффициентом усиления, напряжение на его входе, соединенном с первым зажимом конденсатора 27, близко к нулю, вследствие чего выходное напряжение интегратора близко к напряжению между первым и вторым зажимами конденсатора 27. Поэтому закон изменения во времени выходного сигнала интегратора 26 следующий

88

Этот сигнал, попадая на первый вход сумматора 25, суммируется с сигналомОоп источника 28 опорного напряжения, поступающим на второй вход сумматора 25. Выходной сигнал последнего в этом случае равен и,()=во. оное

- 1

Как видно из полученного выражения, выходной сигнал сумматора 25, являющийся управляющим сигналом для управляемого формирователя 6 импульсов, с течением времени уменьшается, вследствие чего уменьшается длительность выходного импульса указанного формирователя,являющаяся заданием времени опережения впрыска. Фактическое время опережения впрыска, отличающееся от заданного только на величину периода следования импульсов высокочастотного генератора 10 импульсов, и фактический угол опережения впрыска также уменьшаются. При окончании первого импульса низкочастотного генератора 22 импульсов выходной сигнал сумматора 25 определяется следующим выражением

- фактический угол опережения впрыска топлива в этом случае уменьшается до величины G g, рабочая точка дизеля перемещается в точку о, а эффективная мощность дизеля уменьшается до величины Hg . При этом мощность дизель-генератора 15 также уменьшается, вызывая уменьшение выходного электрического сигнала датчика 16 мощности. Отрицательное приращение входного сигнала дифференцирующей цепочки 17 вызывает появление на ее выходе отрицательного импульса напряжения, поступающего на вход однополупериодного выпрямителя 18. На выходе последнего возникает единичный импульс, переводящий триггер 19 из единичного состояния в нулевое, При этом схема И 20 закрывается, так как на ее первом входе устанавливается нулевой сигнал, в результате чего поступление единичных импульсов низкочастотного генератора 22 импульсов на вход ключа 23 невозможно. На первом входе схемы И 21 устанавливается единичный сигнал и единичный импульс с выхода низкочастотного генератора 22 импульсов прохо5588 10 дит на вход ключа 24. Ключ 24 срабатывает, его выходные зажимы замыкаются и на вход емкостного интегратора

26 в течение времени действия импул са низкочастотного генератора 22 импульсов поступает сигнал источника 28 опорного напряжения. При этом начальное напряжение на выходе емкостного интегратора 26 равноЦ„ g ™, 1в а мгновенное значение выходного напряжения емкостного интегратора 26 изменяется по закону

В этом случае напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов, являющееся выходным сигналом сумматора 25, on2 ределяется выражением

1II(и/ „(1)= Оиое + "оп 0on="èî + Ом (1 1)

Рост сигнала на управляющей ши25 не укаэанного формирователя приводит к увеличению заданного и фактического значений времени и угла опережения впрыска топлива. При скончании первого (после перехода тригзв гера 19 в.нулевое состояние в точке б) выходного импульса низкочастотного генератора 22 импульсов схема И 21 закрывается, на входе ключа 24 единичный сигнал исчезает, ключ 24 закрывается и на вход емкостного интегратора 26 сигнал с источника 28 опорного напряжения не поступает. В этом случае напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов определяется выражением

0 =u Е On(+ 1j>

- и/ а ио а фактический угол опережения впрыска принимает новое, большее чем прежде, значение. На фиг. 2 в качестве примера это значение выбрано равным

9а . Увеличение угла опережения впрыска топлива до такой величины вызывает смещение рабочей точки дизеля иэ точки Е в точку а и повышение его эффективной мощности до величины Иа. Это, в свою очередь, вызывает повышение мощности дизельгенератора 15 и повышение выходного электрического сигнала датчика 16 мощности. В результате этого на выходе дифференцирующей цепочки 17 воз88г (,88 никает положительный импульс напряжения, который не пропускается однополупериодным выпрямителем 18 на счетный вход триггера 19. Последний сохраняет свое прежнее нулевое сос- 5 тояние, схема И 20 остается закрытой вследствие действия на ее первом входе нулевого сигнала, а через открытую единичным сигналом на первом входе схему И 21 проходит вто- 10 рой импульс с выхода низкочастотного генератора 22 импульсов на вход ключа 24. Ключ 24 открывается и выходной сигнал источника 28 опорного напряжения поступает на вход емкостно- t5

ro интегратора 26. Выходное напряжение последнего увеличивается и при окончании второго импульса на входе ключа 24 достигает величины и! Ф

26 1и = 1иое "оп и™Оп и= 1иое Upw v

Напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов при этом определяется выражением

О - 0„,Е +>Uolte Uon=Uuo - Ц п(Ыи )

В течение времени действия второго импульса на входе ключа 24 длитель30 ность выходного импульса управляемого формирователя 6 импульсов и, следовательно, фактическое время и угол опережения впрыска топлива увеличиваются. По окончании указанного импульса фактический угол опережения впрыска достигает величины &В рабочая точка дизеля перемещается в точку Ь, а эффективная мощность дизеля ставится равной МВ . Во время паузы между выходными импульсами низкочастотного генератора 22 импульсов ключ 24 закрыт, напряжение на входе емкостного интегратора 26 равно нулю, а на выходе — неизменно.

Поэтому в промежутке между вторым и третьим после перехода триггера 19 в нулевое состояние в тОчке Г выходными импульсами низкочастотного генератора 22 импульсов фактический угол опережения впрыска равен 9y . С приходом третьего импульса через открытую схему И 21 на вход ключа 24 последний открывается, на вход емкостного интегратора 26 снова подается сигнал с источника 28 опорного напряжения. В течение времени действия этого импульса выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 растут соответ твенно по зако1Г"

U<>pg " igg t " y U j " + оп и ап о

Ооп(11, + t) иЙ ъ.

О Вф=О е 0 gq - ) Ц =,1 и . иО оп и оп ио 0„, ., < 6 + 3) вследствие чего заданное и фактическое значения времени и угла опережения впрыска топлива растут, По окончании указанного импульса сигналы.Оиру и 0 определяются соот ветс т венно выражейиями

"ив="ис > ++3uo„t„

- и l

//М

ЪЬ иo Urn (и )

При этом фактический угол опережения впрыска достигает величины 8g, рабочая точка дизеля занимает положение

Ъ, а эффективная мощность дизеля равна N . На фиг. 2 в качестве примера показан случай, когда при движении из точки 6 рабочая точка дизеля приближается к экстремальной точке В после окончания третьего импульса на входе ключа 24, Так как эффективная мощность hler меньше мощности, соответствующей экстремальной точке о, то при движении через последнюю мощность дизель-генератора

15 и выходной сигнал датчика 16 мощности уменьшаются. Предположим, что зоны нечувствительности дифференцирующей цепочки 17 и однополупериодного выпрямителя 18 таковы, что указанное уменьшение выходного сигнала датчика 16 мощности не вызывает появление на счетном входе триггера 19 единичного импульса, вследствие чего последний сохраняет прежнее, нулевое состояние. В течение паузы между третьим и четвертым импульсами ключ 24 закрыт, сигнал на вход емкостного интегратора 26 не поступает, вследствие чего его выходное напряжение неизменно и неизменен выходной сигнал сумматора 25. При этом длительность импульса угравляемого формирователя 6 импульсов постоянна, фактическое время опережения впрыска топлива постоянно и фактический угол опережения впрыска сохраняет величину 6z . При поступлении четвертого импульса с выхода генератора 22 импульсов через открытую схему И 21 на вход ключа 24 последний открывается, на вход емкостного интегратора 26 поступает сиг885588 14

26 и сумматора 25 описываются соответственно уравнением

13 нал с источника 2Ь опорного напряжения, вследствие чего выходной сигнал интегратора изменяется по закону (м

"иъ(Ф)=Оио е " +ЗЧоп и+ оп =уиое и/ "оп(и+ )

Напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов в этом случае определяется выражением

- и!

yy(<)=(иое ()опР+и t)iso ="иое

-+И/С у -Ц „(3q<+ +1)

Ilo окончании четвертого после перехода в нулевое состояние триггера 19 в тачке б импульса на входе ключа 2ч выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 определяются соответственно выражениями -и/ L

Оиъ= иое 4 оп

- и / gz ="иое оп(«и+ ) фактический угол опережения топлива впрыска при этом увеличивается до значения 8, рабочая точка дизеля занимает точку о, а эффективная мощность дизеля принимает значение Йд

Поскольку указанное значение мощности меньше значения эффективной мощнос ти в предыдущей точке ., т.е. Ng (g> мощность дизель-генератора 15 и выходной сигнал датчика 16 мощности уменьшаются, вследствие чего на выходе дифференцирующей цепочки 1.7 возникает отрицатель« ный импульс напряжения. Этот импульс через выпрямитель 18 поступает на счетный вход триггера 19, переводя его в другое, единичное, состояние. . При этом на первом входе схемы И 20 устанавливается единичный сигнал с прямого выхода триггера 19, а на первом входе схемы И 21 - нулевой с инверсного выхода этого триггера.

8 результате этого импульс низкочастотного генератора 22 импульсов поступает на вход ключа 23, на вход же ключа 24 этот импульс не поступает, так как схема И 21 закрыта.

8 течение времени действия этого импульса ключ 23 открыт и конденсатор 27 разряжается через внутреннее сопротивление ключа, существующее между первым и вторым его выходными зажимами. Процесс изменения выходных сигналов емкостного интегратора

z(<) = (0 e " 4о ид ио оп и)е

М=(„е "" " и„(а«1>1 "

После окончания укаэанного, пятого, считая с момента перехода триггера

to 19 в нулевое состояние в точке Е

) импульса выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 определяются соответственно выраженияи и/ь иа= 1(иое «4 о„ и)е

U « е и! -tel а= ио о„)4 и+ l(e

При этом фактический угол опережения . впрыска топлива уменьшается по сравнению с предыдущим значением, так как уменьшилось напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов и длительность его выходного импульса, являющаяся заданием времени опережения впрыска и определяющая фактический угол опережения впрыска топлива. Предположим, что угол опережения стал равным 0, .

При этом точка дизеля занимает положение ъ, а его эффективная мощнбсть возрастает до значения К, . Благодаря этому возрастает мощность дизельгенератора 15, выходной сигнал датчика 16 мощности также возрастает, а на выходе дифференцирующей цепоч35 ки 17 возникает положительный импульс, который не пропускается однополупериодным выпрямителем 18 на счетный вход триггера 19. Последний о сохраняет свое прежнее, единичное, состояние, схема И 21 остается закрытой. Во время паузы между пятым выходным импульсом низкочастотного генератора 22 и следующим импульсом рабочая точка дизеля остается непод45 вижной. Затем через открытую схему И 20 прэходит следующий, шестой, единичный импульс на вход ключа 23 с выхода низкочастотного генератора

22 импульсов. Ключ 23 открывается и конденсатор 27 снова разряжается, в результате чего выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 уменьшаются. По окончании шестого импульса на входе 23 последний закрывается. При этом выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 определяются соответственно выражениями

15 88

Оп и

ЗЕ= (ИО е + Ооп и+ J e е

=(О„,е "!",î (а,„, ))p 1 ./;

Вследствие уменьшения напряжения на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов длительность его выходного импульса уменьшается и уменьшаются фактические время и угол опережения впрыска топлива.

Предположим, что угол опережения принял значение g, рабочая точка дизеля заняла точку Ь, а эффективная мощность дизеля стала равной М

Поскольку при своем движении из точки . в точку ь рабочая точка дизеля прошла через экстремальную точку B соответствующую максимальной (при данной продолжительности впрыска) мощности дизеля, то приращения эффективной мощности дизеля и, следовательно, мощности дизель-генератора 15 являются отрицательными. Возникающий при этом на входе дифференцирующей цепочки 17 отрицательный перепад напряжения вызывает появление на ее выходе отрицательного импульса, поступающего на вход однополупериодного выпрямителя 18. На выходе последнего возникает единичный импульс, переводящий триггер 19 в противоположное (в данном случае нулевое) состояние. Благодаря появлению на первом входе схемы И 20 нулевого сигнала, эта схема закрывается и импульсы не проходят через нее на вход ключа 23 с выхода низкочастотного генератора 22 импульсов, На первом входе схемы И 21 устанавливается единичный сигнал, поступающий с инверсного выхдда триггера 19. На вход ключа 24 через открытую схему И 21 проходит единичный импульс с выхода низкочастотного генератора 22 импульсов, ключ 24 открывается и на вход емкостного интегратора 26 поступает сигнал с источника 28 опорного напряжения.

При этом выходной сигнал емкостного интегратора 26 растет, что в конечном счете приводит к увеличению фактического угла опережения впрыска топлива. Далее работа устройства происходит аналогично изложенному: фактический угол опережения впрыска топлива увеличивается шагами до

5588

16 тех пор, пока приращения мощности дизель-генератора положительны. Как только приращение мощности становится отрицательным, что соответствует переходу рабочей точки дизеля через экстремум, и большим зоны нечувствительности дифференцирующей цепочки 17 и однополупериодного выпрямителя 18, триггер 19 переходит в противоположное состояние, в результате чего вступает в работу другой ключ и знак приращения выходного сигнала емкостного интегратора 26 меняется на противоположный. При этом знак приращения выходного сигнала сумматора 25 также меняется, вследствие чего меняется знак приращения фактического угла опережения впрыска

15 топлива и рабочая точка дизеля совер шает движение в противоположную сторону. Движение рабочей точки дизеля к экстремуму теперь уже в новом направлении продолжается до тех пор, пока приращения его эффективной мощ15 ности положительны. Как только будет иметь место отрицательное приращение этой мощности, превышающее зону нечувствительности дифференцирующей цепочки 17 и однополупериодного выпря10 мителя 18, триггер 19 перейдет в другое состояние, вследствие чего рабочая точка дизеля начнет движение в другом направлении, приближаясь к эстремуму.

Таким образом, если в исходном состоянии рабочая точка дизеля занимает точку а и триггер 19 находится в единичном состоянии, то устройст" во управления впрыском топлива в

40 дизель-генератор осуществляет шаговое изменение фактического угла опережения впрыска топлива, обеспечивающее поиск экстремума, вокруг которого совершаются колебания рабочей точки.

Если в исходном состоянии рабочая точка дизеля занимает точку с1 и триггер 19 находится в нулевом состоянии, то работа устройства управления впрыском топлива происходит аналогично изложенному с той лишь разницей, что угол опережения впрыска не изменяется от величины 6 до Sg u обратно от 6 g до Q g 1 а изменяется от величины 9 до Qg от 6 до 6„, и т.д., а рабочая точка первый раз приближается к экстремуму (точка ъ) всегда лишь через два шага.

85588

5

1S

1 7

Рассмотрим теперь случай, когда в исходном состоянии рабочая точка дизеля занимает точку 8 и триггер

19 находится в нулевом состоянии.

При этом фактический угол опережения впрыска топлива равен 0, а эффективная мощность дизеля Ng

Благодаря действию нулевого сигнала на первом входе схемы И 20, поступающему с прямого выхода триггера 19, схема И 20 закрыта и выходные импульсы низкочастотного генератора 22 импульсов на вход ключа 23 не проходят. На первый вход схемы И 21 с инверсного выхода триггера 19 подается единичный сигнал, вследствие чего единичный импульс с выхода. низкочастотного генератора 22 импульсов проходит на вход ключа 24 Этот первый импульс открывает ключ 24, первый и второй выходные зажимы ключа замыкаются и на вход емкостного интегратора 26 поступает сигнал источника 28 опорного напряжения. В течение времени действия импульса ключ . 24 открыт и выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 растут. При окончании выходного единичного импульса низкочастотного генератора 22 импульсов импульс на входе ключа 24 также заканчивается и последний закрывается, отключая вход емкостного интегратора 26 от источника 28 опорного напряжения.

В этом случае входной сигнал емкостного интегратора 26 становится равным нулю, а его выходной сигнал перестает расти, благодаря чему выходной сигнал сумматора 25 также перестает расти. Во время нарастания сигнала на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов длительность его выходного импульса растет, вследствие чего растут фактические время и угол опережения впрыска топ" лива. Когда нарастание указанного. сигнала прекращается, фактический угол опережения впрыска топлива достигает величины 8g, рабочая точка дизеля занимает точку Ж, а его эффективная мощность уменьшается до величины К (wr. 21. Это приводит к уменьшению мощности дизельгенератора 15 и снижению выходного напряжения датчика 16 мощности, вследствие чего на выходе дифференцирующей цепочки 17 возникает отрицательный импульс напряжения, поступающий на вход однополупериодного выпрямите25

55 ля 18, На выходе последнего появляется единичный импульс, перев 1ящий триггер 19 в противоположное, единичное, состояние. При этом схема И 21 закрывается вследствие поступления на ее первый вход нулевого сигнала с инверсного триггера 19, через схему И

20 с низкочастотного генератора 22 импульсов проходит единичный импульс на вход ключа 23 вследствие действия на первом входе этой схемы единичного сигнала с прямого выхода триггера 19. Ключ 23 замыкается и остается в этом состоянии в течение времени действия указанного единичного, второй по счету, импульса. При этом выходной сигнал емкостного интегратора 26 и, следовательно, сигнал на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов уменьшается вследствие разряда конденсатора

27 через открытый ключ 23, заданное и фактическое время опережения впрыска уменьшаются, вызывая уменьшение фактического угла опережения впрыска топлива и смещение рабочей точки дизеля в направлении к экстремуму.

При окончании второго выходного импульса низкочастотного генератора

22 импульсов фактический угол опережения впрыска достигает другого, меньшего величины О;», значения. Допустим, что значение равно ые

В этом случае рабочая точка дизеля занимает точку 8 и его эффективная мощность равна М . Поскольку при изменении фактического угла опережения впрыска от Q до Юв эффективная мощность дизеля увеличилась, то мощность дизель-генератора 15, и следовательно, выходной сигнал датчика 16 мощности также возросли.

Положительный перепад напряжения на входе дифференцирующей цепочки 17 вызывает появление на ее выходе положительного импульса, который не пропускается однополупериодным выпоямителем 18 на счетный вход триггера 19. В результате этого пос" ледний остается в прежнем, единичном, состоянии, а на первых входах схем И 20 и 21 остаются соответственно единичный и нулевой сигналы.

Во время паузы между вторым и третьим импульсами низкочастотного генератора 22 импульсов выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 остаются неизменными, ) вследствие чего длительность выход19 88 ного импульса управляемого формирователя 6 импульсов и фактический угол опережения впрыска топлива ос.таются неизменными. Третий единичный импульс низкочастотного генератора 22 импульсов проходит на вход ключа 23, на вход же ключа 2ч импульс не проходит, так как схема И 21 закрь.та нулевым сигналом на ее первом входе. Ключ 23 открывается и остается в таком состоянии в течение времени действия указанного единичного импульса. В течение этого промежутка в1>емени конденсатор 27 разряжается и выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 уменьшаются, что приводит .к уменьшению длительности выходного импульса управляемого формирователя 6 импульсов, уменьшению фактического времени и угла опережения впрыска топлива и смещению рабочей точки дизеля. По окончании третьего единичного импульса низкочастотного генератора 22,импульсов ключ 23 закрывается, разряд конденсатора 27 прекращается, выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 перестают уменьшаться, сохраняя свое значение во время паузы между третьим и четвертым единичным импульсами низкочастотного генератора 22 импульсов, а фактический угол опережения впрыска топлива принимает значение 6 . 8 этом случае рабочая точка дизеля занимает точку Ь, а его эффективная мощность достигает величины Йъ . Поскольку при изменении угла опережения от величины Gq до Gg эффективная мощность дизеля возрасла от Ne до Ng> мощнос,ть дизель"генератора 15 также возрасла и выходной сигнал датчика 16 мощности получил положительное приращение, на выходе дифференцирующей цепочки 17 возникает положительный импульс. Последний не проходит через однополупериодный выпрямитель 18 на счетный вход триггера 19 и триггер остается в прежнем, единичном, состоянии. При этом схема И 21 остается закрытой, так как на ее первом входе действует нулевой сигнал.На первом входе схемы И 20 действует единичный сигнал с инверсного выхода триггера 19 и четвертый единичный импульс низкочастотного генератора 22 импульсов проходит на вход ключа 23. Последний открывает

5588 20 ся, конденсатор 27 разряжается, выходной сигнал емкостного интегратора 26 уменьшается, напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов уменьшается, вследствие чего уменьшаются длительность его выходного импульса и фактический угол опережения впрыска топлива, вызывая соответствующее перемещение

to рабочей точки дизеля. При окончании четвертого импульса низкочастотного генератора 22 импульсов выходные сигналы емкостного интегратора 26 и сумматора 25 остаются неизменными, >s в результате чего длительность выходного импульса управляемого формирователя 6 импульсов и фактический угол опережения впрыска топлива также неизменны. Значение фактического го угла опережения в этом случае равно О к, рабочая точка дизеля занимает положение И, а его эффектив-ная мощность равна М> . При движении из точки Ь в точку v! рабочая точ2s ка дизеля проходит экстремальную точку 9, причем при движении иэ точки З в эту точку эффективная мощность дизеля возрастает, что1как было описано ранее, не вызывает изменения зо в работе устройства управления впрыском, и фактический угол опережения впрыска продолжает изменяться в ту же сторону. При перемещении рабочей точки дизеля через точку 1>> в точку и эффективная мощность дизеля получает отрицательное приращение, мощность дизель-генератора 15 уменьшается, вызывая уменьшение выходного сигнала датчика 16 мощности.

Предположим, что зоны нечувствительности дифференцирующей цепочки 17 и однополупериодного выпрямителя 18 таковы, что указанное отрицательное приращение выходного сигнала дат" чика 16 мощности в случае смещения ,ф1 рабочей точки дизеля в положении вызывает появление на выходе этого выпрямителя единичного импульса. Этот импульс, попадая на счетный вход триггера 19, переводит его в другое, нулевое, состояние. При этом схема И 20 закрывается, так как на ее первом входе действует нулевой сигнал с прямого выхода триггера 19. На первый вход схемы И 21 поступает единичный сигнал с инверсного выхода триггера 19, в результате чего следующий, пятый, импульс низкочастотного генератора 22 импуль21

885588

Формула изобретения сов проходит на вход ключа 24, Ключ

24 открывается, на вход емкостного интегратора 26 поступает сигнал с источника 28 опорного напряжения и выходной сигнал интегратора растет в течение времени открытого состояния ключа 24, которое равно длительности импульса низкочастотного генератора 22 импульсов. При этом напряжение на управляющей шине управляемого формирователя 6 импульсов, длительность его выходного импульса и фактический угол опережения впрыска топлива увеличиваются.

При окончании пятого импульса фактический угол опережения впрыска принимает новое, большее чем прежнее, значение, например 6 . При движении рабочей точки дизеля иэ точки и в точку на участке траектории от точки и до точки 8 эффективная мощность дизеля возрас. тает и функциональные блоки устройствь управления впрыском топлива работают по прежнему. При движении рабочей точки иэ точки Ь в точку

9 эффективная мощность дизеля, мощность дизель-генератора 15 и выходной сигнал датчика 16 мощности получают отрицательные приращения.

Допустим, что эоны нечувствительности дифференцирующей цепочки 17 и однополупериодного выпрямителя 18 таковы, что указанное отрицательное приращение сигнала вызывает появление на счетном входе триггера 19 единичного импульса. Последний переходит в другое состояние, в данном случае единичное, что в конечном счете вызывает уменьшение фактического угла опережения впрыска топлива и смещение рабочей точки дизеля в другом направлении. Если по окончании шага движения рабочей точки в этом направлении эффективная мощность дизеля получила отрицательное приращение, вызывающее появление единичного импульса на выходе однополупериодного выпрямителя 18, триггер 19 снова меняет свое состояние и движение рабочей точки дизеля происходит в новом направлении и т.д., т.е. устройство управления впрыском топлива в дизель-генератор обеспечивает такие шаговые изменения угла опережения впрыска, при которых происходят колебания рабочей точки дизеля относительно оптимального угла опережения, соответствующего максимальной (при заданной продолжительности впрыска) эффективной мощности дизеля.

Если в исходном состоянии рабочая точка дизеля занимает положение,е а триггер 19 находится в единичном состоянии, то работа устройства отличается от изложенного только тем, что рабочая точка не совершает перемещения из точки е в точку Л и об10 ратно, а из точки а перемещается в точку

Из рассмотренных случаев следует, что независимо от исходного значения угла опережения впрыска топлива устройство управления впрыском топлива в дизель-генератор осуществляет шаговое изменение угла опережения впрыска, отыскивая его оптимальное значение, при котором эффективщ ная мощность дизеля максимальна при заданном значении продолжительности впрыска. Причем угол опережения впрыска непрерывно колеблется относительно оптимального значения, выл зывая соответствующие отклонения эффективной мощности дизеля относительно ее максимальной величины.

После перехода дизель-генератора 15 на другой скоростной установивзо шийся режим работа устройства управления впрыском топлива происходит аналогично изложенному. Например, в случае перехода на более низкий скоростной режим, при котором зависимость 1= 2 6) показана в виде кривой

Т)Е F (фиг.2) угол опережения впрыска ,шагами приближается к оптимальному значению, соответствующему точке E > относительно которого совершаются колебания рабочей точки дизеля.

Устройство управления впрыском

45 топлива в дизель-генератор, содержащее датчик угловой скорости с первой и второй катушками, первый и второй формирователи, первый и второй триггеры, реверсивный счетчик, первую схему И, высокочастотный генератор, сумматор и схему выхода, выполненную в виде одновибратора, усилителя и электромагнитного клапана, включенных последовательно на выходе первой схемы И, входы которой связаны с прямыми выходами двоичных ячеек реверсивного счетчика, шины сложения и вы23

885588 читания которого связаны соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера, вход установки в нулевое состояние которого связан через второй формирователь со второй катушкой, а вход установки в единичное состояние через первый формирователь - с первой катушкой, причем инверсный выход первого, формирователя связан с шиной сброса реверсивного счетчика, а выход высокочастотного генератора подключен ко входу реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности, устройство дополнительно содержит емкостной интегратор с конденсатором, первый и второй ключи, вторую и третью схемы И, низкочастотный генератор импульсов, источник опорного напряжения, датчик мощности, дифференцирующую цепочку и однополупериодный выпрямитель, причем первый формирователь выполнен управляемым, датчик мощности, дифференцирующая цепочка и выпрямитель включены последовательно на счетном входе второго триггера, прямой и инверсный выходы которого связаны с первыми входами второй и третьей схем И соответственно, вторые входы которых подключены к низкочастотному генератору импульсов, а выходы - ко входам ключей, так что первый выход первого и второй

to выход второго ключа соединены с первым и вторым входами сумматора, подключенного к управляемому формирователю, второй выход первого ключа связан с первым зажимом конденсаts тора емкостного интегратора, второй зажим которого соединен с первым входом сумматора, первый выход второго ключа связан со входом емкостного интегратора, а источник опорного рц напряжения связан со вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и по заявке N 28327884/25-06, кл. F 02 D 5/02, 1979.

885588

Вд Уа 8/Юи egad Уг Ее Уж (Pug.8

ВНИИПИ Заказ 104930 Тираж 584 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4