Система управления двигателем внутреннего сгорания

Система управления двигателем внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности путем перенастройки системы управления на формирование различных внешних характеристик. Система управления двигателем внутреннего сгорания содержит последовательно соединенные между собой источник 1 сигнала 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 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 15 давления наддува воздуха, первый 16 и второй 17 функциональные преобразователи, генератор 28 опорных частот и последовательно соединенные между собой узел 24 сравнения, формирователь 25 импульсов напряжения, ключ 26 и узео 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 - 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.

„.Я(,1„„1588889 д1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 F 02 D 41/14, G 05 D 13/62

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4294818/25-06 (22) 04.08.87 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) В. Л. Щербаков, А. П. Тесленок, Г. М. Аксенов, В. А. Косяев и Г. К. Вершинин (53) 621.43.032 (088.8) (56) Заявка Великобритании № 1429304, кл. G 3 Р, опублик. 1976. (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 источник сигнала 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

2 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 15 давления наддува воздуха, первый 16 и второй 17 функциональные преобразователи, генератор 28 опорных частот и последовательно 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, à 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.

1588889

Изобретение относится к системам автоматического управления двигателями внутреннего сгорания.

Цель изобретения — расширение функци-! ональных 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

По 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 преобразователь 2 напряжения, выход которого соединен с соответствующим входом второго узла 4 сравнения, а вход датчика 11 положения соединен с poi oðoì 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 преобразователь 6 содержит последовательно соединенные первый формирователь 18 сигналов задания, первые управляемые ключи 19, первый интегратор 20.

Второй функциональный преобразователь

l 7 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

55 которого подключен к входу первого усил ител я 3, перв ый вход третьего узла 24 сравнения соединен с выходом первого интегратора 20, а второй вход — с выходом первого преобразователя 10 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

l5 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 сигна-. ла 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 коленчатого вала 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 сравне1588889 ния приводит к увеличению результирующего Сигнала на входе первого усилителя 3, s кKоoнHеeч нHоoм M иHтTоoг еe, к изменению положения рейки ТНВД и к увеличению подачИ топлива в двигатель 8. На частичной характеристике двигателя (фиг. 2) происходит перемещение рейки в новое установившееся состояние (из точки А в точку Б).

При максимальной нагрузке на двигатель 8 топливная рейка переходит в точку 6 на внешней характеристике 27. Таким образом происходит управление двигателем 8 в области, ограниченной внешней характеристикой 27.

Дальнейшее управление двигателем 8, при изменении частоты вращения (при его максимальной мощности), происходит по внешней характеристике 27 (фиг. 2).

Требуемая внешняя характеристика

h=f(n) (фиг. За) формируется отрезками прямых линий по участкам, которые описываются следующим уравнением:

h=h„+kî.! ; n!, где и — частота вра щения дв игател я, мин

h — текущее положение топливной рейки, мм;

h„— исходное положение топливной рейки, мм;

kÄ вЂ” коэффициент наклона прямой отрезка, при изменении и от и; до n i, т. е. каждому

An;=n; — л; соответствует изменение координаты Й, а именно: Лп — Ah и т. д.

Вводится переменная t таким образом, чтобы на каждом участке An изменение

At было одинаковым An;=k; At (фиг. 36), тогда функция n=f(t) будет описываться отрезками прямых линий (фиг. 36)

n =n!!;+ k ); при изменении t от t; до t i и соответственно изменении и от и; до n;+ координата h на -м участке будет иметь следующее описание:

h=ho!+ о! n„+ kî! Й1 t, и соответственно: Ah=h;+ — h;=kÄ kn М.

Таким образом, характеристика h=f(n) представляется двумя графиками (фиг. 36, в) с одинаковым количеством участков. Для реализации указанных графиков координате приписывается размерность времени а каждый участок формируется с помощью интеграла:

У = Aug dt, ! где Ug, С вЂ” параметры первого и второго интеграторов 20, 23;

AU, @ — параметры первого и второго формирователя 18, 21 сигналов задания.

В схеме формируются две зависимости напряжения с периодом Т: Ui=f(t) (фиг. 4а) — формируется первым функциональным преобразователем 16 (фиг. 1) и соответствует n=f(t) (фиг. Зб); U =f(t) (фиг. 46) — формируется вторым функциональным преобразователем 18 (фиг. 1) и соответствует h=f(t) (фиг. Зв).

Формирование Ui=f(t) и U =f(t) осуществляется синхронно по участкам длительностью Т)т (где m — требуемое количество участков (фиг. 4а, 6), задаваемым опорным генератором 28 путем подключения первыми и вторыми управляемыми кл1очами ! 9, 22 первого и второго формирователей

18, 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 управ15 ляемых ключей 19, 22 поступает сигнал, служащий для установки первого и второгб интегратора 20, 23 в исходное состояние.

На выходе первого и второго интегратора 20, 23 формируются характеристики отрезков прямых (фиг. 4а, 6) в зависи20 мости от управляющих импульсов (кода), поступающих с генератора 28 опорных частот (фиг. 1), которые постоянно формируются заново через одинаковые промежутки времени. Опорные сигналы формирова25 телей 18, 21 сигналов задания формируются в виде Aug„ /R. Для каждого участка ха- . рактеристик сопротивление резистора R и значение Aug имеют определенную величину, которая задает наклон отрезков прямых (фиг. 4а, 6). При R=oo формируемый от30 резок прямой параллелен оси времени (фиг. 46). Каждый отрезок прямой (фиг. 4а, б), которому соответствует свой управляющий код, формируется за одно и то же врем я.

На входы третьего узла 24 сравнения

35 поступают сигналы U =f(t) (фиг. 4а) с выхода первого функционального преобразователя 16 и V =f(n) (фиг. 4в) с выхода первого преобразователя 10 напряжения. При сигнале Vi)U> 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. 4а). Прн сигнале Ui=u на выходе

45 третьего узла 24 сравнения формируется сигнал 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

50 27 памяти передается сигнал u =f(t) (фиг. 46), величина которого соответствует отрезку, на котором произошло сравнение сигналов ui u Uz (фиг. 4а, в).

Таким образом, величина сигнала, запомненного узлом 27 памяти (фиг. 1), подтверждается прн установившемся состоянии сигнала Uz (частоты вращения двигателя) и изменяется при изменении частоты вращения двигателя.

1588889

Сформированный таким образом сигнал управления U4 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. 4а, б, в). 10

Последовательность формирования внешней характеристики по фиг. За показана

Стрелкой, начало которой представлено на фиг. 4в, прохождение через фиг. 4а, б.

Для лучшей стабильности режимов рабоTbl двигателя 8 (максимально развиваемой мощности и максимального крутящего момента) изменение координаты f от 0 до

f соответствует изменению частоты вра.— щения двигателя 8 от и до 0 (фиг. 4а, в).

Изменением величины переменных резис- 20 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. 30

Сигналами 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 Л0 /R за счет изменения ЛУу„на участке 1, характеристика (фиг. 46) вся перемещается вверх или вниз и, следовательно, внешняя характеристика (фиг. За) смещается вверх или вниз, тем самым происходит более оптимальный режим работы двигателя 8. 40

Система управления двигателем внутреннего сгорания позволяет дистанционно, с помощbe переменных резисторов второго формирователя сигналов задания, встроен- 45 ных в пульт управления, осуществлять перенастройку с одной внешней характеристики на другую, быстро подбирая оптимальный режим.

Формула изобретения

1. 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, подсмдиненный 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, и ри 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. I, отличающаяся тем, что второй формирователь сигналов задания выполнен в виде постоянных и переменных резисторов, последовательно подключенных к источнику опорного напряжения.

1588889

1588889 иг, Составитель В. Забегалин

Редактор М. Бандура Техред А. Кравчук Корректор С. Черни

Заказ 2522 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, !01