Устройство управления зажиганием двигателя внутреннего сгорания

), Д ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ е устроиств упранленеимущественно в автом ель изобретения и установки моме або зажиильныхповы ганием п двигаТелях. Ц шение точност та за С.И. Пусто)- достивведе нцилиндра, овочным ра во жигания .цля каждого цилинд гается тем, что в устройст датчик 18 импульса первого выход которого связан с ус входом счетчика 14 по моду выходы счетчика 14 дополни ключены к адресным входам 5 сдвига с регулируемой дл обеспечивает уменьшение о ьство СССР/145, 1987. Я ЗАЖИГАНСГОРАНИЯя к двига строистания за счет жесткои привязки м для многонутреннего дов команд к порядку работы цилиндров. 1 ил. ьзовано при ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ,ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕН ЕМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО (57) Изобретение относит лестроению, в частности вам управления зажигание цилиндровых двигателей в сгорания,и может быть исп лю М, ательно подрегистраиной,что шибки зажи20 Изобретение относится к двигателестроению, В частности к устройствамуправления зажиганием для многоцилиндровых двигателей внутреннего сго 5рания (ДВС), может быть использовано при разработке устройств управления зажиганием, преимущественно вавтомобильных двигателях, и является усовершенствованием устройствапо авт.св. У 1302007.Цель изобретения - повышение точности установки момента зажиганиядля каждого цилиндра, т.е. с учетоминдивидуальных особенностей каждогоцилиндра,На чертеже изображена блок-схемаустройства.Устройство содержит датчик 1 начала отсчета с основным выходом,умножитель 2 частоты, счетчик 3 углового положения коленчатого валас первым и вторым входами, дешифратор 4 с первым, вторым и третьим выходами, регистр 5 сдвига с регулируемой длиной, счетчик 6 номера зоны,буферный регистр 7, датчик 8 вибраций, экстрематор 9, регистр 10 сдвига, функциональный преобразовагель11 код - код с первым и вторым вхо 30цами, сумматор 12, запоминающее устройство 13 на Б ячеек, счетчик 14по модулю И, счетчик 15 времени за -держки, схему 16 формирования импуЛьсон зажигания, распределитель 17зажигания и датчик 18 импульса первого цилиндра.Основной выход датчика 1 началаотсчета соединен с вторым входомсчетчика 3 углового положения коленчатого вала, первым входом счетчика14 по модулю И, вторым входом счетчика 15 времени задержки и входомумножителя 2 частоты, а выход умножителя 2 частоты подсоединен к перво-му входу счетчика 3 углового положения коленчатого вала, второму входурегистра 5 сдвига с регулируемойдлиной и третьему входу счетчика 15времени задержки. Выход счетчика 3углового положения коленчатого вала50подключен к входу дешифратора 4, первый вход экстрематора 9 соединен свыходом датчика 8 вибраций, а вы"ход - с тактовым входом буферногорегистра 7. Информационный вход буферного регистра 7 соединен с вьмодом счетчика 6 номера зоны, первыйвход которого соединен с выходом регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, а второй вход - с вторым входом экстрематора 9 и вторым выходом дешифратора 4. Первый выход дешифратора 4 соединен с вторым входом регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, а третий выход дешифратора 4 с тактовым входом регистра 10 сдвига. Информационный вход последнего пад ключ ен к выходу буф ер ного ре гис тра 7, а промежуточный выход и выход регистра 10 сдвига соединены с входами Функционального преобразователя 11 код - код. Первый и второй входы сумматора 12 соединены соответственно с выходами Функционального преобразователя 11 код - код и запоминающего устройства 13 на М ячеек, а вьмод - с входами запоминающего устройства 13 на И ячеек и счетчика 15 времени задержкиАдресный вход запоминающего устройства 13 на Б ячеек и адресный вход регистра 5 сдвига с регулируемой длиной соединены с выходом счетчика 14 по модулю М, вход схемы 16 формирования импульсов зажигания подключен к выходу счетчика 15 времени задержки, а выход - к входу распределителя 17 зажигания. Выход датчика 18 импульса первого цилиндра подключен к второму входу счетчика 14 по модулю И. Кроме того, датчик 1 начала отсчета может содержать дополнительный выход высокой частоты, который вместо основного выхода датчика подключен к входу умножителя 2 частоты (двойными стрелками показаны шины передачи кодов, одинарными - цепи временных и управляющих сигналов устройства).Устройство работает следующим образом.При вращении коленчатого вала датчик 1 начала отсчета вырабатывает на основном и дополнительном выходах импульсы, соответствующие определенным положениям коленчатого вала,причем за один цикл работы И-цилиндрового ДВС датчик 1 начала отсчета на выходе (основном) вырабатывает Х импульсов, каждый иэ которых устанавливает в исходное состояние счетчик 3 углового положения коленчатого вала, изменяет на единицу состояние счетчика 14 по модулю М, загружает в счетчик 15 времени задержки число из сумматора 12, Эти импульсы492076 6 вала, при котором давление в камересгорания цилиндра должно достигатьмаксимального значения. Пирица этой 40 зоны в углах ПКВ задается исходя иэнеобходимой точности регулирования.Достижение максимума давления в зоне 11 свидетельствует о точцой установке угла опережения зажигания 45 1(УОЗ), в зоне 1 - о раннем УОЗ, в зоне 111 - о позднем УОЗ.Регистр 5 сдвига с регулируемойдлиной позволяет смещать одновременно начала этих зон по отношению кимпульсам с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета, Смещение зонпроисходит эа счет задержки в регистре на требуемую величину углаПКВ импульсов, поступающих с первоговыхода дешифратора 4. Величина задержки устанавливается дискретно путем изменения длины регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, цацримсрс помощью коммутации выходов регист 5 1независимо от типа двигателя вырабатываются, например в верхней мерт -вой точке (ВГ 1 Т) поршня каждого цилиндра При изменении скорости вращения вала двигателя период следования указанных импульсов изменяется,цо величина периодов в градусах углаПКВ (угловой интервал) остается неизменной, например для четырехтактного 4-цилиндрового ДВС угловой интервал импульсов - 180 градусов угла ПКВ,На дополнительном выходе датчика1 начала отсчета в каждом цикле работы К-цилиндрового ДВС вырабатывается ш Г импульсов, где ш = 2,3,4,следующих с угловым интервалом в в раэ меньшим, чем угловой интервал между импульсами на выходе(основном) датчика 1 начала отсчета.Такой датчик может быть выполнен сиспользованием профилированного вращающегося диска, например на коленчатом валу установлен диск, на диаметрально противоположных точках которого расположены два опорных зуба,взаимодействующих при вращении с датчиком, реагирующих на их прохождение(основной выход датчика 1 началаотсчета), и равномерно расположенныепо окружности диска (с угловым интервалом ч = 80/ш) дополнительныезубья, взаимодействующие при вращении с дополнительным датчиком (дополнительный выход датчика 1 началаотсчета). Импульсы с дополнительноговыхода датчика 1 начала отсчета поступают на вход умножителя 2 частоты.Умножитель 2 частоты увеличиваетв требуемое число раз частоту следования входных импульсов и формируетна своем выходе импульсы, следующиечерез заданный угол поворота коленчатого вала, Период следования импульсов с выхода умцожителя 2 частоты отличается от периодаследования импульсов с дополнительного выхода датчиканачала отсчета вчисло раэ, равное коэффициенту умножения в умножителе 2 частоты,Например в четырехцилиндровом ДВСпри ш = 30 и коэффициенте умножения,равном 16, период повторения импуль"сов на выходе умножителя 2 частотысоответствует О, 37 градуса угла поворота коленчатого вала. Импульсыс выхода умножителя 2 частоты являются счетными имдульсами как для 5 10 15 20 25 30 35 счетчика 3 углового положения коленчатого вала, так и для счетчика 15 времени задержки, работающего в режиме вычитания, и, кроме того, являются тактирующими сигналами для регистра 5 сдвига с регулируемой длиной.Счетчик 3 углового положения коленчатого вала подсчитывает импульсы с выхода умножителя 2 частоты. Обнуление счетчика производится каждым импульсом, следующим с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета, поэтому состояние счетчика в каждый иомент времени характеризует определенный угол ПКВ.Состояние счетчика 3 углового положения коленчатого вала анализируется дешифратором 4, имеющим три выхода. На первом выходе дешифратора 4 появляются импульсы в момент достижения счетчиком 3 углового положе - ния коленчатого вала некоторых состояний, соответствующих началам (концам) определенных зон углов поворота коленчатого вала. Эти зоны, минимальное число которых может быть равно трем (зона 1, эона 11, зона 111), граничат друг с другом, В момент перехода из одной зоны в другую на первом выходе дешифратора 4 формируется импульс, т.е. для случая трех зон формируются два импульса. Центральная эона (зона 11) охватывает угол оптимального положения коленчатого45 50 ра переключателем, установки переключателем кодов управления длинойрегистра и т.д.По командам, поступающим в видекодов, соответствующих номеру цилиндра, на адресный вход регистра 5сдвига с регулируемой длиной, длинарегистра в каждом цикле работы Я-цилиндрового ДВС принимает И конкретных значений, каждое из которых выбрано йсходя их индивидуальных особенное"гей конкретного цилиндра, Установка эыбранных значений длины регистра производится с помощью И независимых устройств управления (например, Х переключателей), поочередно подключаемых в соответствии споступающими командами,Счетчик 6 номера зоны подсчитыва 20ет импульсы начала эон, поступающиес выхода регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, т.е. его состояниеопределяет номер эоны, Так как вданном случае число зон равно трем, 25счетчик 6 номера двухразрядный. Зоне 1 соответствует состояние 00счетчика, зоне 11 - состояние О 1,зоне П 1 - состояние 1 О,Датчик 8 вибраций (в качестве ко 0торого можно использовать пьезоэлектрический элемент) преобразовываетв электрические сигналы шумы двигателя, связанные как с механическими ударами деталей, так и с процессом сгорания смеси в цилиндрах.Пос 35ледние сигналы являются полезными,так как их амплитуда характеризуетдавление в камере сгорания цилиндра.Известно, что в процессе сгораниягорючей смеси возникает акустическая волна, интенсивность (огибающая)которой изменяется пропорциональнодавлению в камере сгорания цилиндраи, следовательно, максимум давленйя в цилиндре по времени совпадаетс максимумом интенсивности (огибающей) акустической волны. Акустическая волна, распространяясь по корпусу ДВС, воспринимается датчиком 8вибраций и преобразоэывается в элек"трические колебания (сигналы). Свыхода датчика 8 вибраций сигналыпоступают на вход экстрематора 9.Экстрематор 9 позволяет опреде 55лять косвенным методом момент времени, при котором давление в цилиндрепри сгорании горючей смеси достигаетмаксимального значения. Задача определения указанного момента временисводится к задаче определения момента времени, при котором огибающаяэлектрических колебаний достигаетмаксимума. Для решения этой задачина втором выходе дешифратора 4 формируется импульс, разрешающий работуэкстрематора 9 и счетчика 6 номеразоны и соответствующий тому диапазо.ну углов поворота коленчатого вала,где может наблюдаться максимум давления в камерах сгорания, например0-30 градусов после ВМТ,Экстрематор 9 последовательно"отслеживает амплитуду указанныхполуволн и в момент достижения максимума каждой полуволны вырабатываетимпульс, передний фронт индицируетмомент экстремума полуволны, причемпередний фронт последнего импульсаиндицирует момент достижения экстремума огибающей всего процесса. Передним фронтом импульсов экстрематора 9 в буферный регистр 7 последовательно записываются состояния счетчика 6 номера зоны, соответствующиекаждому экстремуму, а последним им-пульсным - то состояние счетчика 6номера зоны, которое соответствуетмоменту достижения максимума огибающей электрических колебаний, т.е,фиксируется номер зоны в момент времени, при котором давление в камересгорания цилиндра достигает максимального значения. Буферный регистр7 предназначен для записи и храненияномера этой зоны. Очевидно,что вслучае, если номер эоны, записанныйв буферном регистре 7, больше 1 меньше) номера центральной эоны(зоны оптимального угла), то момент воспламенения рабочей смеси установлен с запаздыванием (опережением) относительно оптимального значения, а в случаеих равенства - соответствует оптимальному.По окончании импульса на второмвыходе дешифратора 4 появляется импульс на третьем выходе дешифратора4, переписывающий информацию из буферного регистра 7 в регистр 10сдвига, который через каждые М ступеней имеет промежуточные выходы,как минимум один выход.Регистр 10 сдвига предназначендля задержки, хранения и выдачи информации о положении максимума давления в цилиндрах в нескольких сосед 1492076них циклах работы ДВС для последующего прогнозирования и расчета величины поправки к УОЗ предыдущего цикла.5Регистр, соответственно, имеет несколько промежуточных выходов. На всех выходах одновремеццо появляется информация о номерах зоц, в ко - торых имеет место максимум давления в данном цилиндре, причем на первом (основном) выходе - информация предыдущего цикла, а на последующих (промежуточных) выходах - информация о более ранних циклах работы. Следовательно, чем больше промежуточных выходов, тем более точно можно прогнозировать зону, в которую может попасть максимум давления в следующем цикле работы, а значит и более точно ввести соответствующую поправку. От числа выходов зависит общее число ступеней задержки регистра (длина регистра). Расположение выходов по длине регистра выбирается исходя из 25 алгоритма работы устройства управления зажиганием, количества цилиндров в ДВС и порядка их работы. Так, для 4-цилиндрового ДВС с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 в момент когда с1 30 выхода (основного) датчика 1 начала отсчета поступает импульс, соответствующий, например, ВМТ поршня третьего цилиндра, производится загрузка в счетчик 15 времени задержки информации, соответствующей УОЗ четвертого цилиндра, и подготовка в регистре 10 сдвига и функциональном преобразователе 11 код - код информации, соответствующей УОЗ второго цилиндра.40Это приводит к тому, что первый (основной) выход регистра 10 сдвига должен быть через (Х) ступени (в данном случае через две ступени),остальные выходы - через каждые М сту 45 пеней после основного (в данном случае через четыре).1Информация с выходов регистра 10 сдвига поступает ца входы функционального преобразователя 11 код код.функциональный преобразователь 1 код - код вырабатывает сигнал ошибки регулирования в соответствии с предысторией попадания импульсов с выхода экстрематора 9 в определенные зоны углов поворота коленчатого вала, а именно в соответствии с предысторией попадания в определенные зоцы углов ПКВ максимума давления вданном цилиндре в нескольких сосед 1 них циклах работы ДВС. Если номерзоны, записанный в буферном регистре 7, больше (меньше) цо ра центральной зоны (эоны оптимального угла), сигнал ошибки регулированиядолжен соответствовать введению опережения (запаздывания) УОЗ, а в случае их равенства - быть равным нулю.Сигналом к выработке функциональнымпреобразователем 11 код - код ошиб- ,ки регулирования является появлениеинформации о номере этой зоны на основном выходе регистра 10 сдвига, асигналом к изменению величины ошибки регулирования служит одновременная информация о номере зоны на каждом выходе регистра (исключая случай,когда эта информация соответствует номеру центральной зоны и величина ошибки регулирования равнанулю). Так, например, в установившемся режиме на всех выходах регистра 10 сдвига присутствует информация,соответствующая номеру центральнойзоны 11 (в данном случае 01). Есливследствие каких-либо причин УОЗоказался, например, недостаточным,т.е. максимум давления попадает в зону 111, на основном (первом) выхо" де регистра 10 сдвига появляется номер зоны 111 (в данном случае 10), на остальных выходах по-прежнему присутствует 01.В этом случае функциональный преобразователь 11 код - код вырабатывает сигнал ошибки, увеличивающий УОЗ на требуемую величину. При работе ДВС в режимах разгона (торможения), когда скорость вращения вала изменяется достаточно быстро, возможна ситуация, когда на основном выходе регистра 10 сдвига опять появляется информация, соответствующая номеру эоны 11 Т, т.е.такая информация присутствует на двух соседних выходах регистра 10 сдвига. В этом случае функциональный преобразователь 11 код - код выработает сигнал ошибки больше, например, 1в два раза, и т.д. Этот сигнал ошибки регулирования, например, для четвертого цилиндра складывается в сумматоре 12 с сигналом регулирования предыдущего цикла для этого цилиндра,извлеченным из запоминающего устройства 13 на И ячеек.О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Очередным импульсом с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета результат сложения загружается в память запоминающего устройства 13 на М ячеек и одновременно в счетчик 15 времени задержки, т.е. состояние счетчика соответствует угловому положению коленчатого вала, в момент ростижения которого производится воспламенение горючей смеси.Одновременно этот же импульс датчика 1 начала отсчета изменяет состояние счетчика 14 по модулю М на единицу, при этом его состояние со - ответствует номеру цилиндра, в котором в данный момент времени происходит сгорание горючей смеси (в, данном случае при порядке работы цилиндров 1-3-4-2 - третьему цилиндру). Код, соответствующий номеру этого цилиндра, поступает с выхода счетчика 14 по модулю М на адресные входы регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и запоминающего устройства 13 на М ячеек, тем самым устанавливается требуемая для данного цилиндра длина регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и извлекается из запоминающего устройства 13 на М ячеек значение сигнала регулирования прошлого цикла, относящееся к следующему цилиндру (в данном случае второму цилиндру). В это же время на счетный вход счетчика 15 времени задержки с выхода умножителя 2 частоты поступают импульсы, следующие через заданный угол поворота коленчатого вала. Счетчик 15 времени задержки, работающий в режиме вычитания, отсчитывает загруженное в него число импульсов и выдает сигнал на схему 16 формирования импульсов зажигания, выходной сигнал которой через распределитель 17 зажигания поступает на свечу зажигания для воспламенения горючей смеси н камере сгорания цилиндра (в данном случае четвертого цилиндра). При поступлении следующего импульса с выхода (основного) датчиканачала отсчета процессы обработки информации повторяются со сдвигом номера цилиндра в соответствии с порядком их работы,Датчик 18 импульса первого цилиндра обеспечивает жесткую привязку работы регистра 5 сдвига с регули руемой длиной и запоминающего устройства 13 на М ячеек к порядку работы цилиндров ДВС. В каждом циклеработы М-цилиндроного ДВС датчик 18импульса первого цилиндра вырабатывает один импульс, например, в зоне поджига горючей смеси цилиндра, условно ныбранного эа опорный (перный).Этот импульс устанавливает в исходное состояние счетчик 14 по.модулюМ, обеспечивая тем самым привязкусостояний счетчика (характеризующихномер цилиндра) к порядку работыцилиндрон.Коды, соответствующие состояниям счетчика 14 по модулю М,поступают с его выхода на адресныенходы регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и запоминающего устройства 13 на М ячеек и управляют ихработой,К датчику 8 импульса первого цилиндра никаких понышенных точностныхтребований не предъявляется, он может быть выполнен .с использонаниемвращающегося нала типа распределительный вал двигателя, например нараспределительном валу установлендиск с опорным зубом (ныступ), который взаимодействует с датчиком,реагирующим .на его прохождение.Таким образом, несмотря на конструкторские, технологические идругие отличия цилиндров и комплектующих поршневой группы друг от друга, устройство управления зажиганием оптимальным образом устананлинает УОЗ для каждого цилиндра ДВС, нэтом числе и при работе днигателя врежимах разгона и торможения, унеличивая тем самым его мощностные показатели,При запуске двигателя формирование высоковольтных импульсов для воспламенения смеси осуществляется путем непосредственной подачи импульсов с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета на вход схемы 1 б формирования импульсов зажигания (не показано). При этом импульсами с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета в счетчик 15 времени задержки и ячейки запоминающего устройства 13 на М ячеек записывается число, равное емкости счетчика 15 времени задержки, буферный регистр и регистр 10 сдвига устанавливаются н нулевое состояние,3 1492076 4 формула изобретения Составитель В. ПоповРедактор И, Дербак Техред Л.Олийнык Корректор С. Шекмар Заказ 3850/37 Тираж 482 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 Переход на режим автоматического управления зажиганием осуществляется с момента времени, при котором частота выходных сигналов умножите 5 ля 2 частоты входит в его частотный диапазон, например, когда частота вращения коленчатого вала превышает половину от значения частоты вращения коленчатого вала на режиме холос О того хода. С этого момента за два цикла работы ДВС устройство управления зажиганием вырабатывает сигнал ошибки регулирования и производит корректировку момента воспламенения 15 смеси, как описано. 4Устройство управления зажиганием двигателя внутреннего сгорания по авт.св. У 1302007, о т л и ч а щ е е с я тем, что, с целью повышения точности установки момента зажигания для каждого цилиндра, оно дополнительно содержит датчик импульса первого цилиндра, выход которого соединен с вторым входом счетчика по модулю Я,а выход счетчика соединен с адресным входом регистра сдвига с регулируемой длиной.