Устройство управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания

СОНИ СОВЕТСКИХОСЕцМдЕСНипРЕСПУБЛИК 350 Р 02 М 51 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ н двторСиоММ свидЕТЯЛьСТВ ЕН стой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 3216608/25- 06,кл. Г 02 М 51/02, 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОЫ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ, содержащее датчик угловойскорости, выполненный в виде постоянного магнита, размещенного на валупервой и второй катушек, неподвижно установленных вблизи вала, управляющий счетный блок, выполненный ввиде первого и второго формирователей импульсов, триггера, первой,.второй и третьей схем ИЛИ и реверсивного счетчика, схему выхода, выполненную в виде одновибратора, усилителя и электромагнитного клапана,соединенных между собой последова.тельно, первую и вторую схемы И,четвертую и пятую схемы ИЛИ, первоереле частоты и управляемый и неуправляеыяй генераторы импульсов, при-.чем катушки датчика подключены квходам соответственно первого и второго формирователей импульсов, пря"мой выход первого из которых соединен с входом триггера для установкиего в единичное состояние, выходвторого к нулевому входу триггера,а инверсный выход первого - к первому входу первой схемы ИЛИ, выходкоторой связан с шиной сброса в нулевое состояние реверсивного счетчика, связанного через шину сложения с прямым выходом триггера ивторым входом первой схемы И, выходкоторой через первый вход второйсхемы ИЛИ соединен с,входом ревер,80.2 А сивного счетчика, шина вычитания которого подключена к инверсному выходу триггера, а выходы - к входам,третьей схемы ИЛИ, инверсный выход которой соединен с схемой выхода, а прямой - с третьим входом второй схемы И,с первым входом которой соединен выход управляемого генератора импульсов, выход неуправляемого генератора связан с первым входом первой схемы И, а выходы первой и торой схем И подключены соответственно к первому и второму входам второй схемы ИЛИ, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расши.;рения функциональных возможностей и повышения экономичности двигателя, щ в него введены второе реле частоты, первый, второй, третий, четвертый и пятый источники опорного напряжения и третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая схемы И, причем первый формирователь импульсов выполнен управляемым, входы первОго и второго реле частоты подключены к второй катушке датчика угловой скорости, второй вход второй схемы И соединен с инверсным выходом триггера, вход управляемого генератора импульсов соединен с выходом четвертой схемы ИЛИ, первый источник опорного напряжения подключен к первому входу третьей схемы И, второй вход которой связан с инверсным выходом первого реле частоты, а выход . с пером входом четвертой схемы ИЛИ, прямой выход первого реле частоты соединен с первым входом четвертой ехемы И, второй вход которой подкл чен к инверсному выходу второго реле частоты и первому входу ше схемы И, третий вход .к второму ис точнику опорного напряжения, а выход - к вторым входам четвертой и первой схем ИЛИ, первый выход пято схемы И подключен к первому входу1064026 седьмой схемы И и прямому выходувторого реле частоты третий, четвертый и пятый источники опорного напряжения соединены с вторыми входамисоответственно пятой, шестой и седьмой схем И, выходы которых соответ Изобретение относится к двигателестроению и может быть исполЬзовано в системах управления топливоподачи двигателей внутреннего сгорания,Известны устройотва управлениявпрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащие датчикугловой скорости, выполненный в виде постоянного магнита, размещенного на валу, и двух катушек, неподвижно установленных вблизи вала,управляющий счетный блок, выполненный в виде первого н второго формирователя импульсов, триггера, первой,второй и третьей схем ИЛИ, и реверсивного счетчика, схему выхода, вы"полненную в виде одновибратора,усилителя и электромагнитного клапана, соединенных между собой последовательно первую и вторуюсхемыИ, четвертую и пятую схемы ИЛИ, пер,вое реле частоты и управляемый и неуправляемый генераторы импульсов,причем, катушки датчика подключенык входам соответственно первого ивторого формирователей импульсов,прямой выход первого из которых соединен с входом триггера для установ-ки его в единичное состояние, выход второго к нулевому входу триггера, а инверсный выход первого - к 30первому входу первой схемы ИЛИ, выход которой связан с шиной сбросав нулевое состояние реверсивногосчетчика, связанного через шинусложения с прямым выходом триггера 31и вторым входом первой схемы И,выход которой через первый входвторой схемы ИЛИ соединен с входомреверсивного счетчика, шина вычитания которого подключена к инверсному выходу триггера, а выходы - квходам третьей схемы ИЛИ, инверсныйвыход которой соединен с схемой выхода, а прямой - с третьим входомвторой схемы И, с первым входомкоторой соединен выход управляемогогенератора импульсов, выход неуправляемого генератора связан с первым входом первой схемы И, а выходыпервой и второй схем И подключенысоответственно к первому и второмувходам второй схемы ИЛИ 1 . ственно подключены к третьему входу четвертой схем ИЛИ, первому и второму входам пятой схемы ИЛИ, выход которой соединен с управляющей шиной управляемого формирователяимпульсов. В известном устройстве при формировании восходящего участка линейной зависимости угла опережения от угловой скорости Вэ(ы) наклон опреде-, ляется только заданием времени опережения впрыска, а сам этот участок выходит из начала координат. Поэтому получение параллельных восходящих участков, не лежащих иа одной прямой, и восходящих участков 9 э(ы) не проходящих через начало координат, а также участков постоянного угла опережения 9 в 4 0 и 6 в Фне представляется возможйым. Падающий линейный участок 6 8 (Ы), формируемый известным устройством, обеспечивает ограничение максимального давлениясгорания на близких к номинальному режимах работы двигателя. Оптимальный же по топливной экономичности угол опережения впрыска с ростом угловой скорости увеличивается в общем случае по нелинейному закону на режимах, где не требуется ограничение укаэанного давления), и замена такого закона линейным,обеспечиваемым известным устройством, не позволяет получиТь высокую топливную экономичность двигателя. Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устройства и повышение топливной экономичности двигателя.Указанная цель достигается тем, что в устройство управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее датчик угловой скорости, выполненный в виде постоянного магнита, размещенного . на валу, и первой и второй катушек, неподвижно установленных вблизи вала, управляющий счетный блок, выполненный в виде первого и второго формирователя импульсов, триггера, первой, второй и третьей схем ИЛИ, и реверсивного счетчика, схему выхода, выполненную в виде одновибратора, усилителя и электромагнитного клапана, соединенных между собой последовательно, первую и вторую схемы И, четвертую и пятую схемы ИЛИ, первое реле частоты,и управляемый и неуправляемюй генераторы импульсов,1064026 причем, катушки датчика подключенык входам соответственно первого ивторого формирователей импульсов, "прямой выход первого иэ которых сое.динен с входом триггера для установ-.ки его в единичное состояние, выходвторого к.нулевому входу триггера,а инверсный выход первого - к первому входу первой схемы ИЛИ, выход ко-.торой связан с шиной сброса в нулевое состояние реверсивного счетчика, 10связанного через шину сложения спрямым выходом триггера и вторым входом первой схемы И, выход которойчерез первый вход второй схемы ИЛИсоединен с входом реверсивного счетчика, шина, вычитания которого подключена к инверсному выходу триггера, а выходы - к входам третьей схемы ИЛИ, инверсный выход которойсоединен с схемой выхода, а прямой - 20с третьим входом втоРой схемы И, спервым входом которой соединен выход управляемого генератора импульсов, выход неуправляемого генератора связан с первым входом первойсхемы И, а выходы первой и второйсхем И подключены соответственно кпервому и второму входам второйсхевеа ИЛИ, введены второе реле частоты, первый, второй, третий, четвертый .и пятый источйики опорногонапряжения, третья, четвертая, пятая, шестая и. седьмая схемы И,причем, первый ,формирователь импульсоввыполнен управляемым, входы первогои второго реле частоты подключенык второй катушкедатчика угловой .,скорости, второй вход второй схежИ соединен инверсным выходом триггера, вход управляемого генератораимпульсов соединен с выходом четвертой схемы ИЛИ, первый источник опор.ного напряжения подключен к первомувходу третьей схемы И, второй входкоторой связан с инверсным выходомпервого.релечастоты, а выход - с 45первым входом четвертой схемы ИЛИ,прямой выход первого реле частотысоединен с первым входом четвертойсхемы И, второй вход которой подключен к инверсному. выходу второго реле частоты и первому входу шестой1схемы И, третий вход к второму источнику опорного напряжения, а выход - к вторым входам четвертой и.первой схем ИЛИ, первый вход пятойсхемы И подключен к первому входуседьмой схема И и прямому выходувторого, реле частоты, третий,.четвертый и пятый источники опорногонапряжения соединены с вторыми вхо-, 60дами соответственно пятой, шестой,и седьмой схем И, выходы которыхсоответственно подключены к третьемувходу четвертой схемы ИЛИ, первОмуи второму входам пятой схема ИЛИ,вы-. 65 ход которой соединен с управляющейшиной управляемого форкирователяимпульсов,На фиг.1 показаны зависимостичастоты считывания , записи 1 ээ.импульсов и длительности импульса,формируемого управляемым формиро-вателем.при прохождении поршнячерез верхнюю мертвую. точку 1,в функции угловой скорости И валана фиг. 2 представлены временныедиаграммы низкочастотной и высокочастотной импульсных последовательностей (верхней мертвой точке соответствует точка А, а нижней - точка8); на фиг. 3 - зависимость углаопережения впрыска от угловой скорости вала, обеспечиваемая предпагаеьам устройтвом; на фиг; 4 - блоксхема устройства; на фиг. 5 - зависимость угла опережения от скоростиДизеля 2 70.Устройство содержит датчик 1фиг. 4) угловой скорости, выполненный в.виде размещенного на валу 2постоянного магнита 3 и двух неподвижно установленных вблизи вала 2катушек 4 и 5, Перваякатушка 4 ивторая катушка 5 подключены соответственно к входам управляемогоформирователя 6 импульсов и неуправляемого формирователя 7 импульсовуправляющего счетного блока 8, выходи которых соединены с входамитриггера 9 для установки его соответственно в единичное и нулевоесостояние. Прямой и инверсный выходы триггера 9 управляющего счетногоблока подключены соответственно кшинам сложения и вычитания реверсивного счетчика 10 управляющегосчетного блока. Инверсный выходуправляемого формирователя 6 импульсов соединен. с первым входомпервой схемы ИЛИ 11 управляющегосчетного блока, выход которой подключен к шине сброса в нулевоесостояние реверсивного счетчика 10.Вход реверсивного счетчика 10 соединен с выходом второй схемы ИЛИ 12управляющего счетного блока. Пря,вые выходы двоичных ячеек реверсив-.ного счетчика 10 соединены с входами третьей схемы ИЛИ 13 управляющего счетного блока. Инверсный выходтретьей схемы ИЛИ 13 подключен квходу схемы 14 выхода, выполненнойв виде последовательно соединенныходновибратора 15, усилителя 16 иэлектромагнитного .клапана 17. Первыйи втОрой входы второй схемы ИЛИ 12подключены к выходам соответственнопервой схемы И 18 и второй схемыИ 19. Первые входы первой И 18 ивтррой И .19 схем соединены с выходами соответственно неуправляемого20 и, управляемого 21 генераторовимпульсов. Вторые входы первоЮ схемы И 18 и второй схемы И 19 подключены.соответственно к прямому и ин=. версному выходам триггера 9 управляющего счетного блока, Третий вход второй схемы И, 19 соединенс прямаю выходом третьей схемы ИЛИ 13 управляющего счетного блока. Первый источник 22 опорного напряжения подключен к первому входу третьей схемы И 23,второй вход третьей схе мы И 23 соединен с инверсным выходом первого реле 24 частоты, а выход - с первым входом четвертой схемы ИЛИ 25. Прямой выход первого реле 24 частоты подключен к перво му входу четвертой схемы И,26 второй вход четвертой, схемы И 26 соединен с инверсным выходом второго реле 27 частоты и йервым входом шестой схемы И 28, третий вход чет вертой схемы И 26 подключен к второму источнику 29 опорного напряжения, а выход - к второму вхсщу четвертой схемы ИЛИ 25 и второму входу перйой схемы ИЛИ 11 управляющего счет ного блока. Прямой выход второго реле 27 частоты соединен с первыми входами пятой схемы И 30 и седьмой схемы И 31, второй вход пятой схемы И 30 подключен к третьему источнику ,32 опорного напряжения. Вторые входы шестой схемы И 28 и седьмой схемы И 31 соединены соответственно с четвертым источником 33 опорного напряжения и пятым источником 34 опорного напряжения, выхбды шестой схемы И 28 и седьмой схемы И 31 подключе- ны соответственно к первому н второму входам пятой схемы ИЛИ 35, выход которой подключен к управляющей шине управляемого формирователя б импуль , сов . Выход четвертой схемы ИЛИ 25 соединен с входом управляемого генератора 21 импульсов.Устройство работает следующим образом. 45 50 55 где (эк - время движения поршня изверхней мертвой точки в 65нижнююф Рассмотрим случай, когда угловая скорость И двигателя .ниже наименьшего порога срабатывания реле частоты Я, й ИЯ ( И), но отлична от нуля.При прохождении поршня двигателя через верхнюю мертвую точку магнит 3 проходит вблизи катушки 4, на зажимах которой вследствие изменения пронизывающего ее витки магнитного потока возникает импульс напряжения, начало которого совпадает с моментом пребывания поршня в верхней мертвой точке. Указанный импульс поступает на вход управляемого формирователя 6 импульсов управляющего счетного блока 8. На выходе указанного формирователя появляется единичный импульс длительностью 1 щ , начало которого совпадает с моментом пребывания поршня в верхней мертвой,точке, причем, длительность импульсь.пропорциональна напряжению на управляющей шине этого формирователя.При этом, триггер 9 управляющегосчетного блока 8 переходит в единичное состояние, устанавливая реверсивный счетчик 10 в режим сложения.Поскольку первое реле 24 частотысрабатывает при Ю Р, а второереле 27 частоты - при М = М, то врассматриваемом диапазоне угловыхскоростей они имеют на пряваях выхо-,дах нулевые сигналы, а на инверсномединичные. Вследствие этого, четвертая схема И 26 и пятая схема И 30закрыты нулевьвии сигналами с указанных выходов, а третья схема И 23открыта сигналом с инверсного выхода первого реле 24 частоты. Шес-.тая схема И 28 также открыта единичным сигналом с инверсного выхо- .да второго реле 27 частоты, благодаря чему на управляющей шине управляющего формирователя 6 импульсовприсутствует сигнал четвертого ис- .точника 33 опорного напряжения. Нулевой сигнал с инверсного выхода.указанного формирователя, проходячерез первую схему ИЛИ 11, сбрасывает реверсивный счетчик 10 в нуле-вое состояние и в течение временидействия этого сигнала запись информации в счетчик невозможна, Пос"кольку триггер 9 находится в единичномсостоянии, вторая схема И 19закрыта, первая схема И 18 открытаи выходные импульсы неуправляемогогенератора 20 импульсов проходятчерез схему И 18 и вторую схеМуИЛИ 12 на вход реверсивного счетчика 10 . По окончании упомянутого нулевого сигнала в счетчик 10 происходит с помощью высокочастотных импульсов частоты 1 п =1 записьдвоичного числа К . При прохождениипоршня через нижнюю мертвую. точкумагнит 3 проходит вблизи катушки 5,на ее зажимах возникает импульс,напряжения, а на выходе неуправляемого формирователя 7 импульсовединичный импульс, начало. которогосовпадает.с моментом пребыванияпоршня в нижней мертвой точке,Последний сбраоывает триггер 9 в нум.левое состояние, первая схема И 18закрывается и запись числа в реверсивный счетчик прекращается. Счетчикже переходит в режим вычитания.Время записи этого числа определяется выражениемжит на прямой, проходящей через начало координат. Данному случаю нафиг, 3 соответствует отрезок СД.Рассмотрим случай, когда угловаяскорость вала выше .порога срабатывания первого реле 24 частоты, но ниже порога срабатывания второго реле27 частоты (,(д с р с са.),При прохождении поршня через верх-.нюю мертвую точку управляеьий формирователь 6 импульсов вырабатываетединичный прямоугольный импульс,длительность которого пропорциональна напряжению на выходе пятой схемыИЛИ 35, Поскольку в данном диапазоне угловых скоростей второе реле 27частоты не .срабатывает, седьмаясхема И 31 остается закрытой, ашестая схема,И 28 - открытой, и науправляющей шине упомянутого формирователя действует сигнал четвертогоисточника 33 опорного напряжения.При появлении импульса на прямомвыходе управляемого формирователя6 импульсов триггер 9 переходит вединичное состояние и устанавливаетреверсивный счетчик 10 в режимсложения. В данном диапазоне скорос-тей на прямом выходе первого реле24 частоты присутствует единичныйсигнал, благодаря чему четвертаясхема Й 26 открыта, и на второй входпервой схемы ИЛИ 11 проходит сигнал второго источника 29 опорногонапряжения. В связи с этим на шинесброса в нулевое состояние реверсивного счетчика 10 действует единичный сигнал и счетчик готов к приемуинформации сразу же после переходатриггера 9 в единичное состояние,а не только после окончания выходного импульса формирователя 6, какв предыдущем диапазоне скоростей.Поскольку, как отмечалось ранее,после подачи топлива в предыдущемобороте вала реверсивный счетчик 10сброшен в ноль, запись числа в негоначинается с момента захода поршняв верхнюю мертвую точку импульсамичастоты 1 . При прохождении поршнячерез нижнюю мертвую точку неуправляемый формирователь 7 импульсов, вырабатывает единичный импульс, устанавливавзций триггер 9 в нулевоесостояние н переводящий реверсивныйсчетчик 10 в режим вычитания.В этом случае число, записанноер счетчик, определяется выражениемМ =31,/ыПоскольку, как отмечалось ранее,четвертая схема И 26 открыта, атретья схема И 23 и пятая схемаИ 30 закрыты, на входе Управляемогогенератора 21 импульсов действуетсигнал второго источника 29 опорного напряжения. Вследствие этого счи 29 " угол поворота вала заодин оборот;И -, угловая скорость нала, а величина записанного числа - следУющим образом:И = А =Р/о -о 1) . Поскольку к моменту захода поршняв нижнюю мертвую точку в счетчик 10записано .ненулевое число, хотя бына одном иэ входов третьей схемыИЛИ 13 присутствует единичный сигнал, проходящий на ее прямой выход.Следовательно, при переходе триггера 9,в нулевое состояние втораясхема И 19 открывается, так как на 15ее втором и третьем входах действуют единичные сигналы. Благодаряэтому на вход реверсивного счетчика10 проходят импульсы управляемогогенератора 21 импульсов, частота 70следования которых, пропорциональнаясигналу первого источника 22 опорного. напряжения, совпадает с частотойследования импульсов записи. Приполном считывании числа на всех входах третьей схемы ИЛИ 13 одновремен-.но появляются нулевые сигналы,вследствие чего на инверсном выходеэтой схемы возникает единичный сигнал, опрокидывающий одновибратор 15 30схеьаю 14 выхода, Одновременно с этимвторая схема И 19 запирается и поступление импульсов на вход реверсивного счетчика 10 прекращается, благодаря чему ой остается сброшенным в нулевое состояние до следующего оборота вала. Импульс тока одновибратора15 после усиления по мощности с помощью усилителя 16 поступает на обмотку электромагнитного клапана 17, 40открывая его. Длительность" выходногоиМпульса .одновибратора 15 определяет цикловую подачу топлива. Времясчитывания числа в реверсивном счетчике 10 выражается следующим образомгй/1, - ь/ы-о,а время опережения впрыска, отсчиты"ваемое от момента начала впрыскадо момента прихода поршня в верхнююмертвую точку, определяется выраже- .нием 50,св не г=к/о г=ос 55 где кв - время движения поршня изнижней мертвой точки в. верхнюю.При этом угол опережения впрыска равен 9 в = И в = Ио 1 60. Таким образом, в рассмотренном .диапазоне угловых скоростейИ,6 Исы угол опережения впрыска прямо пропорционален угловой скорости, а отре . ,зок граФика эв 1 и) в этом случае лемировать оптимальную по .топливнойэкономичности зависимость 9., (цТаким образом, функциональные возможностипредлагаемого устройствашире, чем известного устройства,поскольку оно , обеспечивает. получение более сложного закона В (ы)топливная же экономичность двигателя в этом случае увеличиватся,поскольку укаэанный закон болееблизок к оптимальному, чем зависимость угла опережения от скорости,обеспечиваемая устройством. На фиг. 5 кривой 1 представлена зависимость угла опережения от угловой скорости вала, обеспечиваемая системой топливоподачи дизеля типа "70. Эта характеристика может быть смещена только эквидистантно самой себе эа счет изменения углового положения кулачков на валу топливного насоса. Для изменения же характера этой зависимости необходимо в процессе работы дизеля изменять геометрические размеры кулачков топЛивного насоса и гидравлические ха- рактеристикИ топливопроводов, что невозможно. Функциональные возмож" " ности предлагаемого устройства значительно шире, так как оно позволяет формировать более сложные зависимости угла опережения от скорости,которые можно изменять.в процессеработы двигателя. Для получениюблизкой к оптимальной квазиоптималь"ной) по топливной экономичности зависимости угла опережения от скорос-ти следует воспользоваться зависимостью удельного эффективного расхода топлива О и зависимостью максимального давления сгорания Р в функцииугла опережения впрыска йа раэлич- О ных режимах тепловозной характеристики. после численного дифференцирования функции б (Вз) определяют значения углов опережения, при которыхудельный расход топлива минимален 15 с учетом ограничения Р . На основании этого получают квазиоптимальнуюпо топливной экономичности зависимость угла опережения от скорости,представленную кривой аЬсде фиг.5) .Сопоставление этой зависимости с серийной (кривая 1) показывает, чтоза счет регулирования угла опережения на частичных режимах можно повы".сить топливную экономичность дизеля 25 в пределах 1,5-2,5. Устройствопозволяет аппроксимировать кривую4аЬсде ломаной ас 3 е, прн этом отрезку 6 С соответствуют: о = 1 мс;сц ф 0,908, 410664 дс 64,37 рад/с,отрезку с д - 1 а = 5, 35 мк; 4/ =1; 64,37 с И с 70 рад/с; отрезкур,А. Ференц едактор М,Янович Эакаэ 10493/37 Тираа 550 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж"35, Р