Способ автоматического регулирования рабочего процесса дизеля и устройство для его осуществления

,80121 2 2 А ь 1)Г 02 О 35/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУа, 7/(56) Патент франции У 2466623,кл. Р 02 0 35/00, опублик, 1980,(54) СПОСОБ АВТОИАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1,Способ автоматического регулирования рабочего процесса дизеля путем определения верхней мертвой точки (в.м,т.), непрерывного измерения давления в цилиндрах, дифференцирования сигнала давления в цилиндре по углу поворота. коленчатого вала, измерения текущего угла сдвига максимального давления относительно в,м,т сравнения текущего угла сдвига максимального давления с уставкой этого угла и регулирования по результату сравнения угла опережения впрыска топлива, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности, дополнительно измеряют текущий угол сдвига максимума первой производной давления по углу поворота коленчатого вала относительно в.м,т задают первую дополнительную уставку угла сдвига максимума первой производной давления по углу поворота коленчатого вала относительно в,м,т., сравниваюттекущий угол сдвига максимума первой производной давления с первой дополЬнительной уставкой, по результату сравнения корректируют уставку угла сдвига максимального давления в цилиндре, после чего регулирую; цикловую подачу топлива, в связи с чем задают вторую дополнительную уставку угла сдвига минимума первой производной давления по углу поворота коленчатого вала, измеряют текущий угол сдвига минимума первой производной давления, сравнивают текущий угол сдвига минимума первой производной давления с второй дополнительной уставкой и при значении текущего угла сдвига минимума первой производной меньше второй дополнительной уставки увеличивают цикловую подачу, а при значении текущего угла сдвига минимума первой производной давления больше этой уставки уменьшают цикловую подачу топлива.2, Устройство автоматического регулирования рабочего процесса дизеля, содержащее по меньшей мере один сдатчик давления в цилиндре, блок вычисления, нуль-орган, датчик угла поворота коленчатого вала, цифровой формирователь, блок коммутации, блок дифференцирования, блок уставки угла сдвига максимального давления, блок сравнения, регулятор и по меньшей мере один исполнительный орган, вход которого через регулятор соединен с выходом блока сравнения, который одним своим входом соединен с блоком уставки угла сдвига максимального давления, другим через блок вычисления соединен с выходом нуль-органа, который своим входом соединен с выходом блока дифференцирования, а вход последнего соединен с выходом блока коммутации, пер1213232 ства. ый вход которого соединен с выходом датчика давления, другой входблока коммут .ции соединен с выходомцифрового Формирователя, выход которого подключен к датчику угла поворота коленчатого вала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности, оно дополнительносодержит блок уставок углов сдвигамаксимума и минимума первой производной давления, блок уставки углаопережения впрыска топлива, анализатор экстремумов, вход которогосоединен с выходом блока дифференцирования, а выход - с первым дополнительным входом блока вычислеИзобретение относится к двигателестроению, в частности к регулированию рабочего процесса электрическими средствами, преимущественнов дизелях с электрической системойуправления топливоподачей,Цель изобретения - повышениеэкономичности работы дизеля путемрегулирования угла опережениявпрыска топлива и цикловой подачитоплива в зависимости от параметровпроцесса сгорания топлива,На фиг. 1 изображены завнсимостьдавления Р в цилиндре от угла Ы5поворота коленчатого вала;индикаторная диаграмма (кривая 1) и перваяпроизводная давления ЙРЙ ю в цилиндре по углу поворота коленчатоговала (кривая 2), где с ф 1, еР эг - характерные точки индикаторной диаграммы, которым соответствуют углы 9- угол опережения впрыска, 6 9 - угол опережения воспламенения топлива и углы М е, ми М , соответствует точкам а, Е, Ь на кривой 2, отражающей установившуюся скорость сгорания топлива в цилиндре, ш Р соответствует ш;Е, отражающая максимальное давление Р, ш х соответствует точке 1 на кривой 2, от ражающая конец сгорания на линии расширения, в. а, Г, Ь на кривой 2 соответствуют углы Кки ния, второй и третий дополнительныевходы которого соединены соответственно с выходом блока уставок угловсдвига максимума и минимума первойпроизводной давления и первым дополнительным выходом цифрового формирователя, второй дополнительный выход, которого соединен с первым до-.полнительным входом регулятора, второй, третий и четвертый дополнительные входы регулятора соединены соответственно с выходами блока уставки угла опережения впрыска топлива,дополнительным выходом блокавычисления и входом устройНа фиг. 2 приведена схема устройства, на фиг. 3 - функционапьная схема блока вычислениями на фиг4 функциональная схема регулятора; на Фиг. 5 - схема измерения углов сдвига максимального давления относительно ВМТ по времени. Устройство для реализации способа автоматического регулирования рабочего процесса дизеля (фиг. 2) содержит по меньшей мере один датчик 3 давления в цилиндре, блок 4 коммутации, датчик 5 угла поворота коленчатого вала, цифровой Формирователь 6, блок 1 дифференцирования, нуль-орган 8, анализатор 9 экстремумов, блок 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной, блок 11 уставки угла сдвига максимального давления, блок 12 вычисления, блок 13 уставки угла опережения впрыска топлива, блок 14 сравнения, регулятор 15, исполнительный орган 16, вход 17 управления цикловой подачей топлива, причем входы исполнительного органа 16 соединены с выходами регулятора 15, вход которого соединен с выходом блока 14 сравнения, а его первый вход соединен с блоком 11 уставки угла сдвига максимального давления, второй вход - с бпоком 12 вычисления, дополнительный вход которого соединен с первым дополнитель 1213232 4ным входом регулятора 15, Вход и первый дополнительный вход блока 12 вычисления соединены соответственно через нуль-орган 8 и анализатор 9 экстремумов с выходом блока 7 дифференцирования, вход которого соединен с блоком 4 коммутации, вход которого соединен с входом датчика 3 давления, еще один вход блока 4 коммутации соединен с выходом цифрового формирователя 6, вход которого соединен с выходом датчика 5 угла поворота коленчатого вала. Второй и третий дополнительные входы блока 12 вычисления соединены соответственно с выходом блока 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной давления и первым дополнительным выходом цифрового формирователя 6. Второй, третий и четвертый дополнительные входы регулятора 15 соединены соответственно с выходом блока 13 уставки угла опережения впрыска топлива, вторым дополнительным выходом цифрового формирователя 6 и входом 17 устройства..Исполнительный орган 16 содержит в своем составе усилитель, исполнительный механизм. исполнительный орган, обеспечивающие цикловую подачу топлива в выбранный распределителем импульсов цилиндр. Блок 12 вычисления (фиг, 3) содержит входы 18 и 19, соединенные с первым дополнительным выходом цифрового формирователя 6, входы 20 и . 21, соединенные с выходом анализатора экстремумов, вход 22, соединенный с выходом нуль-органа 8, входы 23- 26, соединенные с выходом блока 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной, триггеры 27 и 28, схемы 29-31 совпадения, реверсивный счетчик 32, сумматор 33, задатчики 34 и 35 коэффициентов, масштабирующие множители 36 и 37, выход 38, соединенный с входом блока 14 сравнения, ключ 39, сумматор 40, триггеры 41 и 42, схемы 43 и 44 совпадения, счетчики 45 и 46, сумматоры 47-50, схему ИЛИ 51, выходы 52 и 53, соединенные с первым дополнительным входом регулятора 15, блок 54 усреднения и выход 55, также соединенный с входом регулятора 15.Регулятор 15 содержит вход 56, соединенный с вторым дополнительным 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 выходом цифрового формировател я 6,вход 19, являющийся входом и выходам блока 12 вычисления, входы 52и 53 регулирования цикловой подачей топлива, явпяющиеся выходамиблока 12 вычисления, вход 17, являющийся входом устройства управления цикловой подачей топлива,вход 57, соединенный с выходом блока 13 уставки угла опережения впрыска топлива, вход 58, соединенный свыходом блока 14 сравнения, счетчик 59, схему 60 сравнения, сумматор 61, формирователь 62, схему ИЛИ 63, триггер 64, распределитель 65 импульсов, выход регулятора 66, генератор 67 импульсов, счетчик 68, сумматор 69 и дешифратор 70.На фиг, 5 обозначены Ь; п,соответственно импульсные сигналы поуглу Ь к и по частоте вращения иколенчатого вала, ВМТ 1,6, НМТ 1,6,ВМТ 2,5, НМТ 2,5; ВМТ 3,4 НМТ 3,4соответственно отметки верхних инижних мертвых точеК в 1, 6, 2, 5цилиндрах, ы- управляющий импульс по углу поворота коленчатоговала, сигналы 71-73 соответствуютуглам м, , к и м на фиг. 1,сигналы 74-76 от счетчиков 32,45и 46.Способ реализуется следующим образом,Электрические выходные сигналыдатчика 3 давления в цилиндре подаютна вход блока 4 коммутации, Двигательработает согласно схеме, например,с порядком работы цилиндров 1-5-3-6-2-4, Верхние и нижние мертвыеточки (ЗМТ и НМТ) каждого поршнядизеля, обьединенные в три группы,сдвинуты одна относительно другойна 120 по углу поворота коленчатоьго вала,Датчик 5 угла поворота коленчатого вала используется для измеренияугловых положений ВМТ и НМТ относительно опорной метки, а также дляизмерения частоты вращения коленчатого вала, Датчик 5 угла поворотаколенчатого вала выдает импульсный ьЯ, сигнал через угол ЬМ поворота коленчатого вала и импульсныйосигнал и; через угол 360 поворотаколенчатого вала (фиг, 5). Такимобразом, на вход цифрового формирователя 6 подаются две серии импульсов: импульсы угла поворота Ьч"; иимпульсы меток оборотов п; .Выходной сигнал блока 4 коммутации поступает на вход блока 7 дифференцирования, Сигнал датчика 3 давления дифференцируется по углу поворота коленчатого вала в блоке 7 дифференцирования, на входе котор - го может быть установлен усилитель и фильтр высоких частот с целью уменьшения высокочастотных помех. 50 55 В качестве датчика 5 может бытьприменен датчик, который выдает навыход импульные сигналы числа обо -ротов с частотой, пропорциональнойчастоте вращения вала, например0 с и а 3000 в минуту и импульсы1угла поворота Ь р; с дискретомЬ а. = 36 (600 импульсов на 1 оборот вала) . 1 ОВ цифровом формирователе 6 формируют несколько серий импульсов,синхронизирующих работу блоков устройства, обеспечиВающих измерение,вычисление и регулирование, Из этого 15формирователя 6 на вход блока 4 ком -мутации подается импульс управленияв течение длительности этоЦ 11го импульса входные сигналы с вихо -да датчика 1 давления проходят че - 20Рез блок 4 коммУтаЦии. ИмпУльс Ы Чпрсинхронизирован с импульсами Н 1"П,которые также формируют в этом блоке. Импульсы НМТ подают на четвертыйдополнительный вход регулятора 15, 25В цифровом формирователе 6 формируют импульсы ВМТ для каждого цилиндра,относительно которых измеряются сигнал 72 угла м р сдвига максимальногодавления в цилйндре, сигнал 74 уг- З 0ла к сдвига максимума первой производной давления, сигнал 76 угла а; сдвига минимума первой произ -Вводной давления (фиг. 5) для .".аждого цилиндра отдельно, 35Импульсыдля всех трехЧ"ргрупп импульсов объединяют по схемеИЛИ и формируют три импульса заодин оборот коленчатого вала, Импульсы ВИТ формируют для каждого цилиндра и вместе с импульсами углаповорота Ь Ц; подают на третий дополнительный вход блока 12 вычислений.45Блок 4 коммутации, управляемыйимпульсом Ыи синхронизируемыйимпульсами 11 У 1, подключает к выходусигнал от датчика 3 давления. Сигнал первой производной давлейГнин -в цилиндре по углу поворо(тахта коленчатого вала поступает на входы нуль-органа Я и анализатора 9 экстремумов, В нуль-органе 8 определяется момент равенства первойдР производной давления нулю -= 0д 06 и формируется сигнал 72, соответствующий углу ы сдвига максимальноГго давления в цилиндре (фиг. 5). Сигнал 72 подается на вход блока 12вычисления с его помощью измеряется угол ; сдвига максимальногодавления РАнализатор 9 экстремумов предназначен для измерения максимума и минимума сигнала первой производнойдавления в цилиндре. Как сигнал мак 4 Рсимума первой производной -- высЪрабатывается сигнал 71, с помощьюкоторого измеряется угол ц ; сдвигамаксимума первой производной.Как сигнал минимума первой производной вырабатывается сигнал 76,с помощью которого измеряетсяуголсдвига минимума первойпроизводной,Сигналы 71 и 76 поступают на первый дополнительный вход блока 12вычисления,С помощью блока 10 уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давления задают первый и второй дополнительные уставки углов М и мсдвигов, а такжеаопороговые величины и, и ЬУкаэанные дополнительные уставки подают на второй дополнительный вход блока 12 вычисления.Выходной сигнал - уставки угла а р, сдвига максимального давления - подают на первый вход блока 14 сравнения, на другой его вход подают текущий угол (р, сдвига максимального давления из блока 21 вычислений.Рассогласование, определенное фор- мулой ф ро Рр, ) - ф ЬЦр,подают на вход ре улятора 15,С помощью блока 12 задают уголопережения впрыска топлива.1 гот угол в процессе работы дизеляррктируют в регуляторе 15, онлявляется текущим рабочим углом Ьопережения впрыска топлива.Сигнал уставки 6подант навторой дополнительный вход регуля -тора 15,Для мпогоциликдрового дизеляпри регулировании угла опережениявпрыска топлина в каждый цилиндртекУЩий Уголв опеРежениЯ впРыс Ока топлива имеет свое значение, таккак корректирующая неличина углаопределения впрыска для каждого цилиндра различна, Такое различие определяется конструктивными различиями форсунок, камер сгорания, смесеобразованием в разных камерах.На входы 18 и 19 блока 12 подаютимпульсы ВИТ и угла поворота коленчатого вала, а на входы 20-22 - сигналы 71, 76 и 72 (фиг. 5). На входы 23,24 и 25, 26 подают соответственноуставки углов сдвига максимума, минимума первой производной давления кпороги Ь 1 и Ь25Сигнал 71, поступая через вход 20,переключает триггер 27, а импульсВМТ через вход 18 переключает триггер 28 в единичное состояние,В зависимости от того, сигнал 71или импульс ВМТ поступает первым,счетчик 32 переключается в режим суммирования или вычитания. Этот режимустанавливается дешифратором, состоящим из схем 29-31 совпадения, Еслипервым поступает импульс ВИТ, тосчетчик 32 переключается в режим суммирования, если первым поступаетсигнал 71, то счетчик 32 работаетв режиме вычитания. Когда оба триггера 27 и 28 переключаются в единичное состояние после поступления импульсов ВМТ и сигнала 71, схема 30совпадения запрещает счет импульсови содержимое счетчика 32 сравнивает 45ся с уставкой угла ксдвига максимума первой производной давленияи вычисляется рассогласование(ф ао Ча 1"-ф А чдС помощью задатчика 34 коэффициента К 1 и масштабирующего множителя 36 получают на выходе 38 блока 12вычисления корректирующий сигналф К/ А(д, . Этот сигнал поступаетна коррекцию уставки й на входблока 14 сравнения,С помощью задатчика 35 коэффициента КЗ и масштабирующего множителя 37 формпрунт второй корректирующий сигналА,Эт г спгннндоступает па коррекпин уставкпка вход сумматора 40, Ключом 39 управ -ляет выходной сигнал схемы ШП 1 51. Триггеры 41 к 42 устанавливаютв единичное состояние импульсом ВИТ,а сбрасывают соответствекко сигналом 72 максимального давления нцилиндре и сигналом 76 минимума первой производной давления. Счетчики 45 и 46 измерянт углы ср, смещения максимального давления Рминимума первой производной давления Ч относительно БИТ.вИзмеренный текущий угол 4 сраввнивают с порогами Н 1 к Ьв сумматорах 49 и 50, рассогласование через выходы 52 к 53 подают на входрегулятора 15 для регулирования цикловой подачи топлива,Таким образом, содержимое счетчика 32 определяет угол сдвига максимального давления Ц ка выходесумматора 33 масштабируюшего множителя 36, после чего формируют корректирующий сигнал, На выходе счетчика 45 формируют текущее значениеугла ( сдвига максимального давления относительно ВИТ. На счетчике 46 формируют текущий угол сдвига Ц в; минимума первой производной,а на выходе схемы 51 - логическийсигнал, указывающий на изменениепродолжительности сгорания топливаза пределы зоны, определенный уставкой а в порогами Ь, и ЬНа выходе ключа 39 формируют управляющий сигнал, разрешающий коррекцию уставки угла а 8 сдвига минимума первой производной ка величину -З А 9 а,Так блок 12 вычисления обеспечивает измерение текущих углов (1 чвчв, сдвигов максимума и минимума первой производной давления, максимального давления в цилиндре, вырабатываются регулирующие сигналы увеличения или уменьшения цикловой подачи топлива, сигналы коррекции уставок углов Ко к к в, максимального давления и минимума первой производной.Кроме того, на выходе блока 54 усреднения получают среднее арифметическое значение текущих угловр сдвига максимального давления в ,к 1213232линдре как по их количеству, таки во времени;с:-,-р-Г Я РЗначения р ииспользуются1для задания уставкиВ блоке 14 сравнения производятсравнение текущего угла сдвига максимального давления с уставкой угла М, В этом же блоке осуществляют коррекцию уставки углаКорректирующий сигнал + К 1 ь пода(1ется с выхода 38 блока 12 вычислений (фиг, 3) на вход блока 14 сравнения, На этот же вход поступаетсигнал текущего угла (,На вход 56 регулятора 15 поступают импульсы НМТ с второго дополнительного выхода цифрового формирователя 6, который разрешает суммирование импульсов Ьч, счетчиком 59 в течение времени поворотаколенчатого вала на угол 180й8относительно импульса НИТ, 2Оодержимое счетчика 59 сравнивает. ся с уставкой угла 6опережения впрыска топлива, поступающей изсумматора 61, Содержимое последнегокорректируется на величину ф 6;вырабатываемую в блоке 14 сравненияи зависящую от внутренних процессовсгорания топлива, При равенстве кодов счетчика 59 и сумматора 61 формирователь 62 вырабатывает импульс,35длительность которого пропорциональна массе топлива, подаваемого заодин цикл в одну камеру сгорания врежиме холостого хода. Этот импульсчерез схему ИЛИ 63, распределительимпульсов 65 и выход 66 регулятора 15 поступает на вход исполнительного органа 16 (фиг. 2),Одновременно сигнал с выхода формирователя 62 поступает на вход триггера 64, переключает его в единичное состояние. Триггер 64 формирует импульс, длительность которогопропорциональна цикловой подаче топлива в цилиндр, Сигнал с выхода триггера 64 разрешает счет импульсовс генератора 67 в счетчике 68,11 ри равенстве кода счетчика 68и кода 4, текущей цикловой поцачи топлива, поступающего на вход 17устройства, дешифратор 70 формирует импульс, который переключаеттриггер 64 в нулевое состояние.Код Ц, текущей цикловой подачи топлива изменяется на величину,пропорциональную отклонению текущего угла сдвига 1 Ь минимума первой производной давпения,Распределитель импульсов, работакоторого синхронизируется импульсами НМТ, выбирает порядковый номерцилиндра, в который необходимо произв сти впрыск топлива,Использование в способе дополнительных параметров дизеля, определяющих процессы сгорания топлива в цилиндре, позволяет оптимизировать угол опережения впрыска топлива и регулировать цикловой подачей топлива в каждый отдельный цилиндр дизеля, что повышает экономичность эксплуатации дизеля, увеличивает моторесурсы двигателяРегулировкой угла опережения впрыска топлива цикловой подачей топлива добиваются такого режима работы дизеля, чтобы минимум первой производной давления или точка к конца сгорания топлива на линии расширения находился в заданных предепах Тогда этим углам сдвига ц буЬдут соответствовать оптимальные углы Ропережения впрыска топлива.1213232 СТ 3 СТЧ Т Составитель В,ИщенкоРедактор А,Козориз Техред А.Бабинец Корректор Е,Сирохман ираж 5 Заказ Уб 45 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Моодписн та СССР арственного комизобретений и отва, Ж, Раушс я наб д,6 Ю 1,6 ЮЧХ 1,6 ЭГ 2,5 айаг,к УТ.ЛЧ Н,КТ, ЯЯ фарп иал ППП "Патент", г,ужгород, ул,Проектная, 4