SU1213232A1 - Способ автоматического регулировани рабочего процесса дизел и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1.Способ автоматического регулировани  рабочего процесса дизел  путем определени  верхней мертвой точки (в.м.т.), непрерывного измерени  давлени  в цилиндрах, дифференцировани  сигнала давлени  в цилиндре по углу поворота коленчатого вала, измерени  текущего угла сдвига максимального давлени  относительно в.м.т., сравнени  текущего угла сдвига максимального давлени  с ус- тавко й этого угла и регулировани  по результату сравнени  угла опережени  впрыска топлива, отличающийс  тем, что, с целью повышени  экономичности, дополнительно измер ют текущий угол сдвига максимума первой производной давлени  по углу поворота коленчатого вала относительно в.м.т., задают первую дополнительную уставку угла сдвига максимума первой производной давле ни  по углу поворота коленчатого вала относительно в.м.т., сравнивают текущий угол сдвига максимума первой производной давлени  с первой дополнительной уставкой, по результату сравнени  корректируют уставку угла сдвига максимального давлени  в цилиндре, после чего регулируюу цикловую подачу топлива, в св зи с чем задают вторую дополнительную уставку угла сдвига минимума первой производной давлени  по углу поворота коленчатого вала, измер ют текущий угол сдвига минимума первой производной давлени , сравнивают текущий угол сдвига минимума первой производной давлени  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 давлени  больше этой уставки уменьшают цикловую подачу топлива. 2, Устройство автоматического регулировани  рабочего процесса дизел , содержащее по меньшей мере один датчик давлени  в цилиндре, блок вычислени  . нуль-орган. датчик угла поворота коленчатого вала, цифровой формирователь, блок коммутации, блок дифференцировани , блок уставки угла сдвига максимального давлени , блок сравнени , регул тор и по меньшей мере один исполнительный орган, вход которого через регул тор соединен с вькодом блока сравнени , который одним своим входом соединен с блоком уставки угла сдвига максимального давлени , другим через блок вычислени  соединен с выходом нуль-органа, который своим входом соединен с выходом бЛока дифференцировани  , а вход последнего соединен с выходом блока коммутации, перСП

Description

выП рход которого соединен с выходам датчика давлени , другой вход блока коммут .ции соединен с выходом гщфрового формировател , выход которого подключен к датчику ух ла поворота коленчатого вала, отличающеес  тем, что, с цепью повьше- ни  экономичности, оно дополнительно содержит блок уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давлени , блок уставки угла опережени  впрыска топлива, анализатор экстремумов , вход которого соединен с выходом блока дифференцировани , а выход - с первым дополнительным входом блока вычислеИзобретение относитс  к двигате- лестроению, в частности к регулированию рабочего процесса электрическими средствами, преимущественно в дизел х с электрической системой управлени  топливоподачей.

Цель изобретени  - повьшение экономичности работы дизел  путем регулировани  угла опережени : впрыска топлива и цикловой подачи топлива в зависимости от параметров процесса сгорани  топлива.

На фиг, 1 изображены зависимость давлени  Р в цилиндре от угла с/ поворота коленчатого вала;индикатор на  диаграмма (крива  1) и перва  производна  давлени  dP/doi в цилиндре по углу поворота коленчатого вала (крива  2), где с, d, е, Р, Z - характерные точки индикаторной диаграммы, которым соответствуют углы 9 в„р - угол опережени  впрыс- УГ ол опережени  воспламенени  топлива и углы oi g , о . и i , соответствует точкам а, f, b на кр вой 2, отражающей установившуюс  скрость сгорани  топлива в цилиндре, т-Р соответствует ra;f, отражающа  максимальное давление Р, m-z соответствует точке Ь на кривой 2, от ражающа  конец сгорани  на линии расширени , т, а, f, b на кривой 2 соответствуют углы ; „ , ос и с ,

ни  , второй и третий дополнительные входы которого соединены соответственно с выходом блока уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давлени  и первым дополнительным выходом цифрового формировател  , второй дополнительный выход которого соединен с первым дополнительным входом регул тора, второй , третий и четвертый дополнительные входы регул тора соединены соответственно с выходами блока уставки угла опережени  впрыска топлива, дополнительным выходом блока вычислени  и входом устройства .

На фиг, 2 приведена схема устройства; на фиг, 3 - функциональна  схема блока вычислени ; на фиг, 4 - функциональна  схема регул тора; на фиг. 5 - схема измерени  углов сдвига максимального давлени  относительно ВМТ по времени.

Устройство дл  реализации способа автоматического регулировани  рабочего процесса дизел  (фиг, 2) содержит по меньшей мере один датчик 3 давлени  в цилиндре, блок 4 коммутации , датчик 5 угла поворота коленчатого вала, цифровой формирователь 6, блок 7 дифференцировани , нуль-орган 8, анализатор 9 экстремумов, блок 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной, блок 11 уставки угла сдвига макси- мальног о давлени , блок 12 вычислени блок 13 уставки угла опережени  впрыска топлива, блок 14 сравнени , регул тор 15, исполнительный орган 16 вход 17 управлени  цикловой подачей топлива, причем входы исполнительного органа 16 соединены с выходами регул тора 15, вход которого соедине с выходом блока 14 сравнени , а его первый вход соединен с блоком 11 уставки угла сдвиг-а максимального давлени , второй вход - с блоком 12 вычислени , дополнительный вход которого соединен с первым дополнительным входом регул тора 15. Вход и первый дополнительный вход блока 12 вычислени  соединены соответственно через нуль-орган 8 и анализатор 9 экстремумов с выходом блока 7 дифференцировани , вход которого соединен с блоком 4 коммутации, вход которого соединен с входом датчика 3 давлени , еще один вход блока 4 коммутации соединен с выходом цифрового формировател  6, вход которого соединен с выходом датчика 5 угла поворота коленчатого вала. Второй и третий дополнительные входы блока 12 вычислени  соединены соответственно с выходом блока 10 уставок углов сдвигов максимума и минимума первой производной давлени  и первым допол- нительньм выходом цифрового формировател  6. Второй, третий и четвертый дополнительные входы регул тора 15 соединены соответственно с выходом блока 1-3 уставки угла опережени  впрыска топлива, вторым дополнительным выходом цифрового формировател  6 и входом 17 устройства.

.Ис:полнительный орган 16 содержит в своем составе усилитель, исполни- тельньй механизм, исполнительный орган, обеспечивающие цикловую подачу топлива в выбранный распределителем импульсов цилиндр.

Блок 12 вычислени  (фиг. 3) содержит входы 18 и 19, соединенные с первым дополнительным выходом цифрового формировател  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 совпадени , реверсивный счетчик 32, сумматор 33, задатчики 34 и 35 коэффициентов , масштабирующие множители 36 и 37, выход 38, соединенный с входом блока 14 сравнени , ключ 39 сумматор 40, триггеры 41 и 42, схемы 43 и 44 совпадени , счетчики 45 и 46, сумматоры 47-50, схему ИЛИ 51, выходы 52 и 53, соединенные с первым дополнительным входом регул тора 15, блок 54 усреднени  и выход .55, также соединенный с входом регул тора 15.

Регул тор 15 содержит вход 56, соединенный с вторым дополнительньп

2132324

выходом цифрового формировател  6, вход 19,  вл ющийс  входом и выходом блока 12 вычислени , входы 52 и 53 регулировани  цикловой пода- 5 чей топлива,  вл ющиес  выходами блока 12 вычислерш , вход 17,  вл ющийс  входом устройства управлени  цикловой подачей топлива, вход 57, соединенный с выходом бло-

10 ка 13 уставки угла опережени  впрыска топлива, вход 58, соединенный с выходом блока 14 сравнени , счетчик 59, схему 60 сравнени , сумматор 61, формирователь 62, схеt5 му ИЛИ 63, триггер 64, распределитель 65 импульсов, выход регул тора 66, Генератор 67 импульсов, счетчик 68, сумматор 69 и дешифратор 70. На фиг. 5 обозначены А, п 20 соответственно импульсные сигналы по углу Д ос, и по частоте вращени  п коленчатого вала, ВМТ 1,6-, flMT 1,6; ВМТ 2,5; НМТ 2,5,- ВМТ 3,4{ НМТ 3,4 соответственно отметки верхних и

25 нижних мертвых TO4ek в 1, 6, 2, 5 цилиндрах, о(. ипр управл ющий импульс по углу поворота коленчатого вала, сигналы 71-73 соответствуют

углам Di-a , f в Фиг. 1, Зд сигналы 74-76 от счетчиков 32,45

и 46,

Способ реализуетс  следующим образом .

Электрические выходные сигналы датчика 3 давлени  в цилиндре подают на вход блока 4 коммутации. Двигатель работает согласно схеме, например, с пор дком работы цилиндров 1-5-3- -6-2-4. Верхние и нижние мертвые точки (ЗМТ и НМТ) каждого поршн  дизел , объединенные в три группы, сдвинуты одна относительно другой на 120 по углу поворота коленчатого вала.

Датчик 5 угла поворота коленчатого вала используетс  дл  измерени  угловых положений ВМТ и НМТ относительно опорной метки, а также дл  измерени  частоты вращени  коленчатого вала. Датчик 5 угла поворота коленчатого вала выдает импульсный дц;; сигнал через угол &об поворота коленчатого вала и импульсный сигнал nj через угол 360° поворота коленчатого вала (фиг. 5). Таким 55 образом, на вход цифрового формировател  6 подаютс  две серии импульсов: импульсы угла поворота Acf; и импульсы меток оборотов п-.

35

40

45

50

В качестве датчика 5 может быть npHMeHefi датчик, который выдает на выход импуль-.ные сигналы числа оборотов с частотой, пропорциональной частоте вращени  вала, например О п- 3000 в минуту и импульсы угла поворота &(.Р; с дискретом

а об 36 (600 импульсов на 1 оборот вала) .

В цифровом формирователе 6 формируют несколько серий импульсов, синхронизирующих работу блоков устройства , обеспечивающих измерение, вычисление и регулирование. Яз этого формировател  6 на вход блока 4 ком мутации подаетс  импульс управлени  ot, .„р , в течение длительности этого импульса входные сигналы с выхода датчика 1 давлени  проход т че- рез блок 4 коммутации. Импульс oi цпр синхронизирован с импульсами НМТ, которые также формируют в этом блоке . Импульсы НМТ подают на четвертый дополнительный вход регул тора 15, В цифровом формирователе 6 формируют импульсы ВМТ дл  каждого п линдpa относительно которых измер ютс  сигнал 72 угла с«: п сдвига максимального давлени  в цилиндре, сигнал 74 уг- ла Лд сдвига максимума первой производной давлени , сигнал 76 угла лg сдвига минимума первой производной давлени  (фиг. 5) дл  паждо- го цилиндра отдельно.

Импульсы об ЦП- дл  всех трех групп импульсов объедин ют по схеме ИЛИ и формируют три импульса за один оборот коленчатого вала. Импульсы ВМТ формируют дл  каждого ци- линдра и вместе с импульсами угла поворота Л -Р; подают на третий дополнительный вход блока 12 вычислений .

Блок 4 коммутации, управл емый импульсом об unp и синхронизируемый импульсами MM, подключает к выходу сигнал от датчика 3 давлени .

Выходной сигнал блока 4 коммутации поступает на вход блока 7 дифференцировани . Сигнал датчика 3 давлени  дифференцируетс  по углу поворота коленчатого вала в блоке 7 дифференцировани , на входе которо- го может быть установлен усилитель и фильтр высоких частот с целью уменьшени  высокочастотных помех.

5

0

5 0 5 о 5

Q

5

0

Сигнал перрон производной давлеdP

ни  -7- В цилиндре по углу поворо - doC

та коленчатого вала поступает на входы нуль-органа 8 и анализатора 9 экстремумов. В нуль-органе 8 определ етс  момент равенства первой

dP

производной давлени  нулю -- О

«об

и формируетс  сигнал 72, соответствующий углу ui п сдвига максимального давлени  в цилиндре (фиг, 5), Сигнал 72 подаетс  на вход блока 12 вычислени , с его помощью измер етс  угол tf р; сдвига максимального давлени  Р .

Анализатор 9 экстремумов предназначен дл  измерени  максимума и минимума сигнала первой производной давлени  в цилирщре. Как сигнал мак dP

симума первой производной -- выuft

рабатываетс  сигнал 71, с помощью которого измер етс  угол сдвига максимума первой производной.

Как сигнал минимума первой производной вырабатываетс  сигнал 76, с помощью которого измер етс  угол С| . сдвига минимума первой производной,

Сигналы 71 и 76 поступают на первый дополнительный вход блока 12 вычислени ,

С помощью блока 10 уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давлени  задают первый и второй дополнительные уставки углов (У jj и ы jjjj сдвигов, а также пороговые величины h , и h j Указанные дополнительные уставки подают на второй дополнительный вход блока 12 вычислени .

Выходной сигнал - уставки угла к РР сдвига максимального давлени  - подают на первый вход блока 14 сравнени , на другой его вход подают текущий угол срр; сдвига максимального давлени  из блока 21 вычислений .

Рассогласова} ие, определенное формулой

( ро- f р; ) t UQ p; , подают на вход рех-ул тора 15,

С помощью блока 12 задают угол 1 д„р.,, опережени  впрыска топлива, Jri:)T уг ол в процессе работы дизел  корректируют в регул торе 15, он

 вл етс  текущим рабочим углом р; опережени  впрыска топлива.

Сигнал уставки 8 подают на второй дополнительный вход регул тора 15.

Дл  многоцилиндрового дизел  при регулировании уг;та опережени  впрыска топлива в каждый цилиндр

текущий угол

Q

ftnp

опережени  впрыс-

ка топлива имеет свое значение, так как корректирующа  неличина угла определени  впрыска дл  каждого цилиндра различна. Такое различие определ етс  конструктивными различи - ми форсунок, камер сгорани , смесеобразованием в разных камерах.

На входы 18 и 19 блока 12 подают импульсы ВМТ и угла поворота коленчатого вала, а на входы 20-22 - сигна- лы 71, 76 и 72 (фиг. 5). На входы 23 24 и 25, 26 подают соответственно уставки углов сдвига максимума, минимума первой производной давлени  и пороги h, и h 2 .

Сигнал 71, поступа  через вход 20 переключает триггер 27, а импульс ВМТ через вход 18 переключает триггер 28 в единичное состо ние.

В зависимости от того, сигнал 71 или и шyльc ВМТ поступает первым, счетчи;1 32 переключаетс  в режим суммировани  или вычитани . Этот режим устанавливаетс  дешифратором, состо щим из схем 29-31 совпадени . Если первым поступает импульс ВМТ, то счетчик 32 переключаетс  в режим суммировани , если первым поступает сигнал 71, то счетчик 32 работает в режиме вычитани . Когда оба триггера 27 и 28 переключаютс  в единичное состо ние после поступлени  км- пульсов ВМТ и сигнала 71 , схема 30 совпадени  запрещает счет импульсов и содержимое счетчика 32 сравнивает- с  с уставкой угла обдд сдвига максимума первой производной давлени  и вычисл етс  рассогласование

(«a,-4 a;) UQ ai - С помощью задатчика 34 коэффици-

ента К1 и масштабирующего множител  36 получают на выходе 38 блока 12 вычислени  корректирующий сигнал Этот сигнал поступает на коррекцию уставки л р,, на вход блока 14 сравнени .

С помощью задатчика 35 коэффициента КЗ и масштабирующего множите

ю

is

0 5

0

л  37 формирук т вторий ко1 ректпру|о- щий сигнал 1 1ч i ;р ..,; . Этот сигн.чл юступает на коррекци  устаики л на вход сумматора ч(1. Ключом 39 управл ет выходной гигнал схемы Ш1И 51.

Триггеры 41 и А2 устанавливают в единичное состо ние импульсом ВМТ, а сбрасывают соответственно сигналом 72 максимального давлени  в цилиндре и сигналом 76 минимума первой производной ;1авленн . Счетчики 45 и 46 измер ют Cfp; смещени  максимального давлени  Р минимума первой производной давлени  Ср ц. относительно .

Измеренный текущий угол сравнивают с порогаьш Ь и hg в сумматорах 49 и 50, рассогласование через выходы 52 н 53 подают на вход регул тора 15 дл  регулировани  цикловой подачи топлива.

Таким образом, содержимое счетчика 32 определ ет угол сдвига максимального давлени  ( на выходе сумматора 33 масштабирующего множител  36, после чего формируют корректирующий сигнал. На выходе счетчика 45 формируют текущее значение угла Cf д сдвига максимального давлени  относительно ВМТ. На счетчике 46 формируют текущий угол сдвига (-fg минимума первой производной, а на выходе схемы 51 - логический сигнал, указывающий на изменение продолжительности сгорани  топлива за пределы зоны, определенный уставкой ct gg порогами h , и h 2 . На выходе ключа 39 формируют управл ющий сигнал, разрещающпй коррекцию уставки угла сдвига минимума первой производной на величину ik iC/a; .

Так блок 12 вычислени  обеспечивает измерение текуищх углов . , tpgl , ср ц| сдвигов максимума и минимума первой производной давлени  , максимального давлени  в цилиндре , вырабатываютс  регулирующие сигналы увеличени  или уменьшени  цикловой подачи топлива, сигналы коррекции уставок углов и а; максимального давлени  и минимума первой производной.

Кроме того, на выходе блока 54 усреднени  получают среднее арифметическое значение текущих углов с сдвига максимального давлени  в т илнндре как по их количеству, так и во времени:

1 ТР :

Значени  ( и tp р используют дл  задани  уставки ,

В блоке 14 сравнени  производ т сравнение тек гцего угла сдвига максимального давлени  с уставкой уг-

ла oi

ро

. В этом же блоке осуществл ют коррекцию уставки угла ei ро . Корректируюпщй сигнал tKliCp подаетс  с выход а блока 12 вычислений (фиг. .3) на вход блока 14 срав- нени . На этот же вход поступает сигнал текущего угла ср

На вход 56 регул тора 15 поступают импульсы НМТ с второго дополнительного выхода цифрового формирова тел  6, который разрешает суммирование импульсов 4с|, счетчиком 59 в течение времени поворота коленчатого вала на угол 180 - ® вир о относительно импульса НМТ.

Содержимое счетчика 59 сравниваес  с уставкой угла б Q опережени  впрыска топлива, поступающей из сумматора 61. Содержимое последнего корректируетс  на величину t uf п; , вырабатываемую в блоке 14 сравнени  и завис щую от внутренних процессов сгорани  топлива. При равенстве кодов счетчика 59 и сумматора 61 формирователь 62 вырабатывает импульс, дпительность которого пропорциональна массе топлива, подаваемого за один цикл в одну камеру сгорани  в режиме холостого хода. Этот импульс через схему ИЛИ 63, распределитель импульсов 65 и выход 66 регул тора 15 поступает на вход исполнительного органа 16 (фиг. 2).

Одновременно сигнал с выхода формировател  62 поступает на вход

5

O

5

0 5

g

триггера 64, переключает его к единичное состо ние. Триггер 64 формирует импульс, длительность которого пропордиональна цикловой подаче топлива в цилиндр. Сигнал с выхода триггера 64 разрешает счет импульсов с генератора 67 в счетчике 68.

При равенстве кода счетчика 68 и кода (5, текущей цикловой подачи топлива, поступающего на вход 17 устройства, дешифратор 70 формирует импульс, который переключает триггер 64 в нулевое состо ние.

Код Q; текущей цикловой подачи топлива измен етс  на величину, пропорциональную отклонению текущего угла сдвига минимума первой производной давлени .

Распределитель импульсов, работа которого синхронизируетс  импульсами НМТ, выбирает пор дковый номер дилиндра, в который необходимо произвести впрыск топлива.

Использование в способе дополнительных параметров дизел , определ ющих процессы сгорани  топлива в цилиндре, позвол ет оптимизировать угол опережени  впрыска топлива и регулировать цикловой подачей топлива в каждьш отдельный цилиндр дизел  , что повьииает экономичность эксплуатации дизел , увеличивает моторесурсы двигател .

Регулировкой угла опережени  впрыска топлива цикловой подачей топлива добиваютс  такого режима работы дизел , чтобы минимум первой производной давлени  или точка z конца сгорани  тогшива на линии расширени  находилс  в заданных пределах . Тогда этим углам сдвига qi ; будут соответствовать оптимальные углы 8 опережени  впрыска топлива.

JW д50в. Ю ZO 30 40 50 oi

Фи&М

Редактор А.Козориз

Заказ 765/45Тираж 524 Подписное

ВНИ11ПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

Фиг. 5

Составитель В.Иденко

Техред А.Бабинец Корректор Е.Сирохман

Claims (2)

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, отличающий 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., сравнивают текущий угол сдвига максимума первой производной давления с первой дополнительной уставкой, по результату сравнения корректируют уставку угла сдвига максимального давления в цилиндре, после чего регулируют 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 fдатчик 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, пер выи вход которого соединен с выходом датчика давления, другой вход блока коммут .ции соединен с выходом цифрового формирователя, выход которого подключен к датчику ух'ла поворота коленчатого вала, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности, оно дополнительно содержит блок уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давления, блок уставки угла опережения впрыска топлива, анализатор экстремумов’, вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход - с первым дополнительным входом блока вычисле ния , второй и третий дополнительные входы которого соединены соответственно с выходом блока уставок углов сдвига максимума и минимума первой производной давления и первым дополнительным выходом цифрового формирователя , второй дополнительный выход которого соединен с первым дополнительным входом регулятора, второй, третий и четвертый дополнительные входы регулятора соединены соответственно с выходами блока уставки угла опережения впрыска топлива, дополнительным выходом блока вычисления и входом устройства .