Система управления двигателем внутреннего сгорания

(19) 11) 3 " г. ч г Гг,.. Ь 5,К ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исслеконструкторский итут комплектного эл(56) Заявка Великкл. б 3 Р, опублик.32до в ател ьс технолог ектроприов, А. П.Косяев и8) обритани 1976. ии, проектно ческий инсти одаТесленок,. К. Вершинин и142930 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ И ГКНТ СССР(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕ= ЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение позволяет расширить функциональные возможности путем перенастройки системы управления на формирование различных внешних характеристик. Система управления двигателем внутреннего сгорания содержит последовательно соединенные между собой источниксигнала задания скорости, схему управления с обратной связью, состоящую из первого 2 и второго 4 узлов сравнения, первый 3 и второй 5 усилители, исполнительный орган 6, топливный насос 7 1)5 Е 02 Р 4/14, 6 05 Р 13 высокого давления, двигатель 8 внутреннего сгорания, датчик 9 частоты вращения, первый преобразователь 10 напряжения, датчик 11 положения, второй преобразователь 12 напряжения, датчик 13 температуры воздуха, датчик 14 температуры топлива, датчик 5 давления наддува воздуха, первый 16 и второй 17 функциональные преобразователи, генератор 28 опорных частот и последова. тельно соединенные между собой узел 24 сравнения, формирователь 25 импульсов напряжения, ключ 26 и узел 27 памяти, выход которого соединен с усилителем 3, а выходы преобразователей 16 и 17 соединены соответственно с узлом 24 сравнения и ключом 26, причем преобразователь 16 выполнен в виде последовательно соединенных между собой первого формирователя 18 сигналов задания, первых управляемых ключей 19 и первого интегратора 20, а преобразователь 17 - в виде последовательно соединенных между собой второго формирователя 21 сигналов задания, вторых управляемых ключей 22 и второго интегратора 23. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к системам автоматического управления двигателями внутреннего сгорания.Цель изобретения - расширение функциЬнальных возможностей путем обеспечения возможности перенастройки системы на формирование различных внешних характеристик.На фиг. 1 представлена система управления двигателем; на фиг. 2 - формируемые скоростные характеристики двигателя; на фиг. 3 - внешняя характеристика (а) и промежуточные характеристики: изменение о времени частоты вращения двигателя (б), изменения по времени положения рейки топливного насоса (в); на фиг, 4 - графиКи, иллюстрирующие последовательность формирования внешней характеристики (зависимость напряжения от времени (а, б), зависимость напряжения от частоты вращения двигателя (в),.Система управления двигателем внутреннего сгорания содержит последовательно соединенные между собой источник 1 сигна,па задания скорости, схему управления с обратной связью, включающую первый узел 2 сравнения, первый усилитель 3, второй узел 4 сравнения, второй усилитель 5, исполнительный орган 6, выполненный в виде поворотного электромагнита с ротором, топливный насос 7 высокого давления, двигатель 8 внутреннего сгорания, датчик 9 частоты вращения и первый преобразователь О напряжения, выход которого подсоединен к соответствующему входу первого узла 2 сравнения, кроме того, последовательно соединенные датчик 11 положения и второй преобразователь2 напряжения, выход которого соединен с соответствующим входом второго узла 4 сравнения, а вход датчика 11 положения соединен с ротором поворотного электромагнита исполнительного органа 6. Система управления содержит также датчик 13 температуры воздуха, датчик 14 температуры топлива, датчик 15 давления наддува воздуха, первый функциональный преобразователь 16, второй функциональный преобразователь 17.Первый функциональный преобразователь6 содержит последовательно соединенные первый формирователь 18 сигналов задания, первые управляемые ключи 19, первый интегратор 20.Второй функциональный преобразователь 17 содержит последовательно соединенные второй формирователь 21 сигналов задания, вторые управляемые ключи 22, второй .интегратор 23.Выход первого интегратора 20 подключен к входу первых управляемых ключей 19, а выход второго интегратора 23 - к входу вторых управляемых ключей 22. Последовательно соединены третий узел 24 сравнения, формирователь 25 импульсов напряжения, ключ 26, узел 27 памяти, выход 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 которого подключен к входу первого усилителя 3, первый вход третьего узла 24 сравнения соединен с выходом первого интегратора 20, а второй вход - с выходом первого преобразователя0 напряжения. Второй вход ключа 26 соединен с выходом второго интегратора 23. Выходы генератора 28 опорной частоты подсоединены к соответствующим входам первых управляемых ключей 19, вторых управляемых ключей 22, датчика 11 положения, второго усилителя 5, первого преобразователя 10 напряжения. Выходы датчика 13 температуры воздуха, датчика 14 температуры топлива, датчика 5 давления наддува воздуха подсоединены к соответствующим входам второго формирователя 21 сигналов задания.Система управления двигателем внутреннего сгорания работает следующим образом.После запуска и прогрева двигателя 8 частота вращения .коленчатого вала устанавливается величиной источника 1 сигнала задания скорости (фиг. 1). Первый узел 2 сравнения осуществляет сравнение сигналов с выхода источника 1 сигнала задания скорости с сигналом обратной связи по частоте вращения двигателя 8, поступающим с выхода первого преобразователя 10 напряжения. Результирующий сигнал сравнения усиливается первым усилителем 3, осуществляющим функцию пропорционального закона управления, и с его выхода поступает на вход второго узла 4 сравнения, где сравнивается с сигналом обратной связи по положению исполнительного органа 6 топливной рейки топливного насоса 7 высокого давления, поступающим от датчика 11 положения через второй преобразователь 12 напряжения на второй вход второго узла 4 сравнения. Результирующий сигнал сравнения усиливается вторым усилителем 5, осуществляющим функцию пропорционально-интегрального закона управления. От генератора 28 опорных частот на второй вход второго усилителя 5 поступает сигнал тактовой частоты для формирователя широтно-импульсных сигналов, поступающих с второго усилителя 5 и воздействующих через исполнительный орган 6 на рейку топливного насоса 7 высокого давления (ТНВД), регулирующую поступление топлива в двигатель 8 и, следовательно, частоту вращения коленчатоговала двигателя.При изменении (например, увеличение) нагрузки на двигатель 8 частота вращения его изменяется (уменьшается), С выхода датчика 9 частоты вращения сигнал поступает на вход первого преобразователя 10 напряженйя, на второй вход которого поступает сигнал тактовой частоты от генератора 28 опорных частот, Уменьшение сигнала, пропорционального частоте вращения, на втором входе первого узла 2 сравне 1588889ния приводит к увеличению результирующего Сигнала на входе первого усилителя 3, в конечном итоге, к изменению полржения рейки ТНВД и к увеличению подачИ топлива в двигатель 8. На частичнойхарактеристике двигателя (фиг. 2) происходит перемещение рейки в новое установившееся состояние (из точки А в точку Б).При максимальной нагрузке на двигатель 8топливная рейка переходит в точку 6 навнешней характеристике 27. Таким образомпроисходит управление двигателем 8 в области, ограниченной внешней характеристикой 27.Дальнейшее управление двигателем 8,при изменении частоты вращения (при егомаксимальной мощности), происходит повнешней характеристике 27 (фиг. 2).Требуемая внешняя характеристикай=(л) (фиг. За) формируется отрезкамипрямых линий по участкам, которые описываются следующим уравнением:6= 6 о+ о П,где и - частота вра щения дв игател я, минЬ - текущее положение топливной рейки, мм;Ь - исходное положение топливной рейки, мм;Й - коэффициент наклона прямой отрезка,при изменении л от и; до и;. , т, е. каждомуЛп;=и; - л; соответствует изменение координаты Й, а именно: Лп - ЛЙ и т. д.Вводится переменная / таким образом,чтобы на каждом участке Лп изменениеЛ 1 было одинаковым Лп;=И; Ж (фиг. Зб),тогда функция л= будет описываться отрезками прямых линий (фиг, Зб)П =По+/при изменении / от /; до 1,и соответственно изменении и от и; до и;+ координата Ь на -м участке будет иметь следующее описание:6 - о+/оо+ о /пи соответственно: ЛЬ=Ь;.- И=ИЙп М.Таким образом, характеристика й=(л)представляется двумя графиками (фиг. Зб,в) с одинаковым количеством участков, Дляреализации указанных графиков координатеприписывается размерность времени акаждый участок формируется с помощью интеграла:У = ЛУ Ж,где У, С - параметры первого и второгоинтеграторов 20, 23;Л(/, В - параметры первого и второгоформирователя 18, 21 сигналов задания.В схеме формируются две зависимости напряжения с периодом Т; У=(1) (фиг. 4 а) - формируется первым функциональным преобразователем 16 (фиг. 1) и соответствует п=Я) (фиг. Зб); Ц=Д)(фиг. 4 б) - формируется вторым функциональным преобразователем 18 (фиг. 1)и соответствует й=ф) (фиг. Зв).Формирование (/=Д 1) и /г=(/) осуществляется синхронно по участкам длительностью Т/т (где т - требуемое количество участков (фиг. 4 а, б), задаваемым опорным генератором 28 путем подключения первыми и вторыми управляемыми кл 1 очами19, 22 первого и второго формирователей18, 21 сигналов задания к входам первого и второго интегратора 20, 23,С помощью обратной связи с выхода первого и второго интеграторов 20, 23 (фиг. 1)на третьи входы первых и вторых управ 15 ляемых ключей 19, 22 поступает сигнал,служащий для установки первого и второгбинтегратора 20, 23 в исходное состояние.На выходе первого и второго интегратора 20, 23 формируются характеристикиотрезков прямых (фиг. 4 а, б) в зависи мости от управляющих импульсов (кода),поступающих с генератора 28 опорных частот (фиг. 1), которые постоянно формируются заново через одинаковые промежутки времени. Опорные сигналы формирова телей 18, 21 сигналов задания формируютсяв виде Л(/ /Я. Для каждого участка ха- .рактеристик сопротивление резистора Р и значение Л(/ имеют определенную величину,которая задает наклон отрезков прямых(фиг, 4 а, б). При Р=оо формируемый от резок прямой параллелен оси времени(фиг. 4 б). Каждый отрезок прямой (фиг. 4 а, б), которому соответствует свой управляющий код, формируется за одно и то же время.На входы третьего узла 24 сравнения ЗБ поступают сигналы У=Д 1) (фиг. 4 а) с выхода первого функционального преобразователя 16 и Из=(п) (фиг, 4 в) с выхода первого преобразователя 1 О напряжения. При сигнале (/)(/, на вход формирователя 25 импульсов напряжения поступает сигнал логического нуля и ключ 26 закрыт. На выходе узла 27 памяти (фиг, 1) присутствует сигнал, запомненный от предыдущего цикла формирования характеристики (фиг. 4 а). Прн сигнале С)=Уз на выходе 45 третьего узла 24 сравнения формируетсясигнал логической единицы, а на выходе формирователя 25 импульс напряжения малой длительности. открывающий ключ 26.Ключом 26 с выхода второго функционального преобразователя 17 на вход узла БО 27 памяти передается сигнал 1/г=/(1)(фиг. 4 б), величина которого соответствует отрезку, на котором произошло сравнение сигналов Ь и (/з (фиг. 4 а, в).Таким образом, величина сигнала, запомненного узлом 27 памяти (фиг. 1), подтверждается прн установившемся состоянии сигнала (/ (частоты вращения двигателя) и изменяется при изменении частоты вращения двигателя.7Сформированный таким образом сигнал управления У 4 на выходе узла 27 памяти поступает на второй вход первого усилителя 3 (фиг. 1), сравнивается с сигналом, поступающим на первый вход, и момент их равенства определяет разрешенное положение топливной рейки ТНВД 7 и разрешенную подачу топлива в двигатель.При изменении частоты вращения двигателя 8 разрешенное положение топливной рейки ТНВД 7 изменяется (фиг, 4 а, б, в). 10Последовательность формирования внешней характеристики по фиг. За показана Стрелкой, начало которой представлено на фиг. 4 в, прохождение через фиг. 4 а, б.Для лучшей стабильности режимов работы двигателя 8 (максимально развиваемой мощности и максимального крутящего момента) изменение координаты 1 от О до 1 соответствует изменению частоты вращения двигателя 8 от л до О (фиг. 4 а, в),Изменением величины переменных резис торов во втором формирователе 21 сигналов задания (фиг. ) осуществляется подрегулировка участков внешней характеристики относительно друг друга, что позволяет расширить функциональные возможности схемы управления двигателем внутреннего сгорания путем формирования различных внешних характеристик и, следовательно, получить максимальную допустимую мощность и момент и минимальное значение дыма. 30Сигналами с датчиков (датчик 13 температуры воздуха, датчик 14 температуры топлива и датчик 15 давления наддува воздуха) осуществляется воздействие на второй формирователь 21 сигналов задания (фиг. 1). Изменяется опорный ток ЛО /Я за счет изменения ЛОуна участке 1, характеристика (фиг. 46) вся перемещается вверх или вниз и, следовательно, внешняя характеристика (фиг. За) смешается вверх или вниз, тем самым происходит более оп. тимальный режим работы двигателя 8. 40Система управления двигателем внутреннего сгорания позволяет дистанционно, с помощью переменных резисторов второго формирователя сигналов задания, встроен ных в пульт управления, осуществлять перенастройку с одной внешней характеристики на другую, быстро подбирая оптимальный режим.Формула изобретения501, Система управления двигателем внутреннего сгорания, содержащая последовательно соединенные между собой источник сигнала задания скорости, схему управления с обратной связью, первый и второй 55 усилители, испол нител ьный орган, датчик положения исполнительного органа, подсоединенный своим выходом к схеме управления, а также датчик частоты вращения дизеля с преобразователем напряжения, включенными в цепь обратной связи, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности перенастройки системы на формирование различных внешних характеристик, она снабжена датчиками давления наддува и температуры воздуха и топлива, первым и вторым функциональными преобразователями, генератором опорных частот с четырьмя выходами, последовательно соединенными между собой узлом сравнения с двумя входами, формирователем импульсов напряжения, ключом с дополнительным входом и узлом памяти, выход которого соединен с первым усилителем, второй, третий и четвертый выходы генератора опорных частот соединены соответственно с датчиком положения, вторым усилителем и преобразователем напряжения, выход первого функционального преобразователя соединен с первым входом узла сравнения, второй вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения, выход второго функционального преобразователя подключен к дополнительному входу ключа, а датчики давления наддува, температуры воздуха и топлива подключены к входу второго функционального преобразователя, причем первый функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных между собой первого формирователя сигналов задания, первых управляемых ключей с вторым и третьим дополнительными входами и первого интегратора, а второй функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных между собой второго формирователя сигналов задания, вторых управляемых ключей с вторыми и третьим дополнительным входами и второго интегратора, при этом выход первого интегратора, при этом выход первого интегратора подсоединен к третьему входу первых упра вляем ых ключей, а выход второго и нтегратора подсоединен к третьему входу вторых управляемых ключей и вторые входы обоих управляемых ключей соединены между собой и одновременно с первым выходом генератора опорных частот.2, Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый формирователь сигналов задания выполнен в виде постоянных резисторов, последовательно подключенных к источнику опорного напряжения.3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что второй формирователь сигналов задания выполнен в виде постоянных и переменных резисторов, последовательно подключенных к источнику опорного напряжения.Составитель В. ЗабеТехред А. КравчукТираж 443о комитета по изобретениямосква, Ж - 35, Раушскаяьский комбинат Патент, г. Редактор М. БандураЗаказ 2522НИИПИ Государственно113035, МПроизводственно-издател алинКорректор С. ЧерниПодписноеоткрытиям при ГКНТ СССаб., д. 4/5Ужгород, ул, Гагарина,01