Система регулирования угла опережения впрыска топлива в дизель с наддувом

 

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ С НАДДУВОМ и топливоподающей системой , включающей топпивовпрыскивающую форсунку и иасос высокого давления, состоящий из плунжерного аккумулятора , топливоподкачивающего насоса и регулятора частоты вращения, содержащая акселерометр, дифференциатор, сервомотор, формирующий распределитель и блок управления, включающий источник опорного напряжения, сумматор и преобразователь напряжение-интервал времени, связанные последовательно , причем акселерометр связан с валом дизеля и подключей к первому входу сумматора через дифференциатор, а к второму входу непосредственно , выход преобразователя напряжение-интервал времени связан с форсункой последовательно через сервомотор и формирующий распределитель , подключенш 1й к регулятору частоты и плунжерному аккумулятору, отличающаяся тем, что, с целью повыщения надежности работы дизеля с наддувом на близких к номинальному и номинальном режимах, в систему дополнительно включены датчики максимального давления сгорания в цилиндре , пороговый элемент, схема И н первый и второй элементы сравнения причем выход датчика максимального 3 давления подключен параллельно к суммирующему входу первого элемен-, та сравнения и входу порогового элемента , выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами cxei И, выход которой связан с вычитающим входом второго элемента сравнения, а третий вход - с выходом преобразователя напряжениеинтервал времени, связь которого с сервомотором выполнена через суммирующий вход второго элемента сравнения . со ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

INaNAlt

РЕСПУБЛИК аа (11}

315}} F 02 Р 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3582780/25-06 (22) 22.04.83 (46) 30.09.84. Бюл. У 36 (72) А.Н.Борисенко (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621.436.005.38(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 775363, кл. Р 02 9 5/02. 1979. (54) (57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА

ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ

С НАДДУВОМ и топливоподающей системой, включающей топпивовпрыскивающую форсунку и насос высокого давления, состоящий из плунжерного аккумулятора, топливоподкачивающего насоса и регулятора частоты вращения, содержащая акселерометр, дифференциатор, .сервомотор, формирующий распределитель и блок управления, включающий источник опорного напряжения, сумматор и преобразователь напряжение-интервал времени, связанные последовательно, причем акселерометр связан с валом дизеля и подклю-. чен к первому входу сумматора через дифференциатор, а к Втором} входу— непосредственно, выход преобразователя напряжение-интервал времени связан с форсункой последовательно через сервомотор и формирующий распределитель, подключенный к регулятору частоты вращения и плунжерному аккумулятору, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повыщения надежности работы дизеля с наддувом на близких к номинальному и номинальном режимах, в систему дополнительно включены датчики максимапьного давления сгорания в цилинд- ре, пороговый элемент, схема И и первый и второй элементы сравнения причем выход датчика максимального давления подключен параллельно к суммирующему входу первого элемен-. та сравнения и входу порогового элемента, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами схемы И, выход которой связан с вычитающим входом второго элемента сравнения, а третий вход — с выходом преобразователя напряжениеинтервап времени, связь которого с сервомотором выполнена через суммирующий вход второго элемента сравнения.

1 ) 1161

Изобретение относится к двигателе. строению, преимущественно к системам регулирования топливоподачи дизелей.

Известны системы регулирования угла опережения впрыска топлива в дизель с наддувом и топливоподающей системой, включающей топливовпрыскивающую форсунку и насос высокого давления, состоящий из плунжерного акку- 10 мулятора, топливоподкачивающего насоса и регулятора частоты враще ния, содержащие акселерометр, "дифференциатор, сервомотор, формирующий распределитель и блок управления, включающий источник опорного напряжения, сумматор и преобразователь напряжение-интервал времени, связанные последовательно, причем акселерометр связан с валом дизеля и подключен к первому входу сумматора через дИфференциатор, а к второму входу — непосредственно, выход преобразователя напряжение-интервал времени связан с форсункой последова-. тельно через сервомотор и формирующий распределитель, подключенный к регулятору частоты вращения и плун-, жерному аккумулятору. Известная система обеспечивает поиск и поддержание близких к оптимальным по мощнбсти двигателя углов опережения впрыска топлива и обладает высокими точностью и быстродействием Cfl .

Однако если двигателем внутреннего сгорания является дизель с

35 надцувом, то оптимизация угла опережения, с целью получения максимальной мощности, допустима не на всех режимах работы агрегата. На близких

40 к номинальному и номинальном режимах такое регулирование приводит к повышению максимального давления сгорания сверх допустимого уровня, что непозволительно из соображений теп-. ломеханической напряженности дета45 лей цилиндропоршневой- группы и снижает надежность его работы.

Цель изобретения — повышение надежности работы дизеля с наддувом на близких к номинальному и номи.нальном режимах.

Указанная цель достигается тем, что система регулирования угла опережения впрыска топлива в дизель с 55 наддувом и топливоподающей системой, включающей топливовпрыскиватощую форсунку и насос высокого давлетщя, со99 стоящий из плунжерного аккумулятора, топливоподкачивающего насоса и регулятора частоты вращения, содержащая акселерометр, дифференциатор, сервомотор, формирующий распределитель и блок управления, включающий источник опорного напряжения, сумматор и преобразователь напряжение-интервал времени, связанные последовательно, причем акселерометр связан с валом дизеля и подключен к первому входу сумматора через дифференциатор, а к второму входу — непосредственно, выход преобразователя напряжение-интервал времени связан с форсункой последовательно через . сервомотор и формирующий распределитель, подключенный к регулятору частоты вращения и ттлунжерному аккумулятору, в систему дополнительно включены датчик максимального давления сгорания в цилиндре, пороговый элемент, схема И и первый и второй элементы сравнения, причем выход датчика максимального давления подключен параллельно к суммирующему входу первого элемента сравнения и входу порогового элемента, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами схемы И, выход которой связан с вычитающим входом второго элемента сравнения, а третий вход — с выходом преобразова-. теля напряжение-интервал времени, связь которого с сервомотором выпоттнена через суммирующий вход второго элемента сравнения.

На фиг. l приведена блок-схема системы автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива в дизель; на фиг. 2 — графики изменения угла опережения 0 g от угловой частоты вращения вала Cd, где кривой А показана исходная характеристика, а кривой Ь вЂ” оптимальная, получаемая данной системой.

Система содержит акселерометр 1, выход которого через дифференциатор 2 связан с первым входом блока 3 управления и непосредственно подключен к второму входу этого блока, причем указанные входы размещены в сумматоре 4, выход которого соединен с входом преобразователя 5 напряжение-интервал времени. Третий вход сумматора 4 подключен к источнику 6 опорного напряжения блока 3 управления и вычитающему входу перl l 16 ) 99 вого элемента 7 сравнения, суммирукщий вход которого соединен с датчиком 8 максимального давления сгорания в цилиндре и входом порогового элемента 9. Выходы первого элемента 7 сравнения и порогового элемента 9 подключены соответственно к первому и второму входам схемы И 10, а выход преобразователя 5 напряжениеинтервал времени, являющийся выходом 1р блока 3 управлениями соединен с третьим входом схемы И 10 и суммирующим входом второго элемента 1! сравнения. Вычнтающий вход последнего подключен к выходу схемы И 10, а выход через сервомотор 12 связан с первым входом формирующего распределителя 13, подключенного к топливовпрыскивающей форсунке 14. Входа формирующего распределителя 13 связаны 20 также с топливным насосом 15 высоко- го давления, который включает в себя топпивоподающий насос 16, вход кото" рого соединен с входом акселерометра 1 и коленчатым валом 17 дизеля, 25 регулятор 18 частоты вращения, связанный с насосом 16 и выходом подключенный к второму входу формирующего распределителя 13, и плунжерный аккумулятор 19, связанный с топливо- ЗО подающим насосом 16 и третьим входом формирующего распределителя 13.

Акселерометр 1, последовательно соединенный с дифференциаторои 2, блоком 3 управления, вторым элементом 11 сравнения, сервомотором 12, первым входом формирующего распределителя 13 и топливовпрыскивающей форсункой 14 образуют контур оптимизации угла опережения впрыска по мощности на тех режимах работы дизеля, где максимальное давление cropaws много ниже допустимого уровня. На остальных режимах, где максимальное давление сгорания близко

45 к допустимой еепичиие (Ре = Р . 1 кроме вышеуказанных элементов, в контур оптимизации угла опережения с учетом Ру входят датчик 8, первый элемент 7 сравнения, пороговый элемент 9 и схема И 10.

Топливоподающий насос 16 обеспечивает дозирование и нагнетание топлива в плунжерный аккумулятор 19. у

Плуижерный аккумулятор 19 аккумулирует цикловую подачу топлива и при открывании отверстия формирующего распределителя 13 выталкивает ее через форсунку 14 в цилиндр дизеля.

Регулятор 18, частоты вращения автоматически стабилизирует заданную частоту вращения коленчатого вала 17 дизеля. Акселерометр 1 безынерционного типа измеряет величину и знак углового ускорения коленчатого вала.

Блок 3 управления — устройство, позволяющее с помощью сумматора 4 суммировать и усиливать входящие в него сигналы, а с помощью преобразователя 5 — преобразовывать сигнал в импульс постоянной амплитудЫ, длительность которого пропорцио- нальна величине входного сигнала.

Источник 6 опорного напряжения вырабатывает постоянный по знаку сигнал, величина которого также постоянна и пропорциональна значению давления Р, несколько меньшего до0 пустимого уровня Р

Сервомотор 12 интегрирует и усиливает выходной сигнал второго элемента 11 сравнения. Формируккций распределитель 13 — устройство, позволяющее совместно с плунжерным акку,мулятором 19 формировать закон цикло. вой подачи и угол опережения впрыска топлива, а также направлять топливо

-к форсунке 14 (гидромеханического типа с пружинным запиранием иглы распылителя).

Система работает следующим образом.

Когда дизель работает на неноминальных режимах, при которых Р с Р топливо из бака подводится к топли. воподающему насосу 16 ° Насос 16 .отмеряет цикловую подачу топлива, величина которой устанавливается регулятором IS частоты вращения в соответствии с режимом работы дизеля и нагнетает ее в плунжерный аккумулятор 19 под высоким давлением. Далее цикловая подача топлива подводится к форьырующему распределителю 13, ко" торый в соответствии с выходным сигналом регулятора 18 формирует закон впрыска, устанавливает угол опережения и направляет топливо к форсунке 14.

Акселерометр I подает сигнал углового ускорения одновременно на вход сумматора 4 и на вход дифференциатора 2, с выхода которого напряжение поступает на первый вход суммато.1116199 ра 4. На третий вход последнего и на вычитающий вход первого элемента 7 сравнения подается сигнал U< от источника б опорного напряжения, величина которого пропорциональна давле- 5 нию сгорания, несколько меньшему допустимого уровня

U =KgPg о где К вЂ” коэффициент пропорциональ6

НОСТИ.

Выходной сигнал сумматора 4 (U„) подается на вход преобразователя 5, который формирует прямоугольный импульс постоянной амплитуды длительностью С, пропорциональной величине выходного напряжения сумматора

20 где К вЂ” коэффициент пропорциональ5 ности.

Указанный импульс подается на третий вход схемы И 10 и. суммирующий вход второго элемента 11 сравнения.

Поскольку пороговый элемент 9 срабатывает при максимальном давлении сгорания, равном Р, то в рассматриваемо мом диапазоне режимов работы дизеля на выходе этого элемента действует 30 нулевой сигнал, вследствие чего схема И 10 закрыта и на ее выходе при-. сутствует также нулевой сигнал. Благодаря этому выходной импульс преобразователя 5 проходит на вход сервомотора 12 без всяких изменений, где он интегрируется, усиливается и подается на вход формирующего распределителя !3.

Предположим, что эти импульсы положительные. Сервомотор 12 интегрирует положительные импульсы и воздействует на формирующий распределитель 13„ который обеспечивает увели45 чение угла опережения впрыска. Если такое изменение угла приближает его к оптимальному по мощности значению, то при каждом цикле изменения этого угла мощность дизеля получает положительные приращения, вследствие чего ускорение вапа 17 также положительно. Благодаря этому на первый и второй входы сумматора 4 подаются положительные сигналы. По мере приближения к оптимапьному углу опереже-,5З ния впрыска приращения этого угла вызывают все меньшие положительные приращения мощности дизеля и все меньшие ускорения вала, в результате чего амплитуда положительных сигналов на первом и втором входах сумматора 4 уменьшается, вызывая умень,шение длительности выходных импульсов преобразователя 5. Последнее, в свою очередь, приводит к уменьшению

1 угла опережения впрыска, приближая

его к оптимальному значению. Как только угол опережения превысит оптимальную величину, мощность дизеля уменьшается, вращение вала замедляется, на выходах акселерометра 1 и дифференциатора 2 возникают отрицательные сигналы, вызывающие появление на выходе преобразователя 5 отрицательных прямоугольных импульсов. Последние поступают на сервомотор 12, который интегрирует эти отрицательные импульсы. Выходное воздействие сервомотора 12 подается на формирующий распределитель 13, который обеспечивает уменьшение угла опережения впрыска, который станет меньше оптимального, мощность дизеля станет меньше максимальной, что приведет к замедлению вала 17„

При этом на входах сумматора действуют сигналы с выходов акселерометра 1 и дифференциатора 2, в соответствии с которыми преобразователь 5 вырабатывает прямоугольные импульсы, поступающие через второй элемент 11 сравнения на сервомотор

12. Последний усиливает и интегрирует эти импульсы. Под воздействием выходного сигнала сервомотора 12 формирующий распределитель 13 обеспечивает увеличение угла опережения впрыска. По мере роста последнего мощность дизеля растет и работа системы продолжается аналогично вышеизложенному. Таким образом, за несколько циклов колебаний система устанавливает оптимальный угол опережения впрыска топлива, оценивая свои действия на дизель по изменению его мощности на основании контроля углового ускорения (замедления) вала 17.

При достижении оптимального значения фазы начала топливоподачи устанавливаются симметричные колебания угла опережения впрыска относительно оптимума.

При изменении скоростного или нагрузочного режимов работы дизеля регулятор 18 обеспечивает основную установку угла опережения впрыска

1! 16199 топлива. Для нахождения оптимального значения угла опережения впрыска топлива (для каждой основной установки ) блок 3 управления посылает поисковые сигналы через элемент 11 срав- 5 нения и сервомотор 12 на формирующий распределитель 13.

Таким образом, в режимах, при которых Р Р, работа предла- о гаемой системы не отличается от 1О работы прототипа.

Рассмотрим теперь работу системы, когда дизель работает на номинальном и близких к нему режимах, при которыхР аР Р о

Поскольку пороговый элемент 9 срабатывает при Р = Р, в рассматриваемом диапазоне режимов работы дизеля схема И 10 открыта и на вычитающий вход второго элемента 11 по- 2О ступает сигнал с выхода первого элемента 7 сравнения. На суммирующий вход последнего поступает сигнал, пропорциональный максимальному давлению сгорания в цилиндре, а на 25 вычитающий вход — сигнал с источника 6 опорного напряжения, пропорциональный величине максимального давления сгорания P . Следовательно, о на вычитающий вход элемента 11 срав- О нения проходит сигнал, пропорцио: нальный разности давлений Pz -Р причем этот сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, длительность и фаза которых совпадают с длительностью и фазой соответственно выходных импульсов преобразователя 5. В связи с этим на выходе второго элемента 11 сравнения появляют ся прямОугОльные 40 импульсы длительностью (. = К U4 и амплитудой о

Таким образом, входной сигнал сервомотора 12 зависит не только от приращений мощности дизеля, как в ранее рассмбтренном случае, но и от разности фактического и заданного давлений сгорания. При возрастании угла опережения впрыска величина

Р растет, вследствие чего амплитуда сигнала на входе сервомотора 12 уменьшается и указанное возрастание осЛабевает. Если для достижения оптимума по мощности угол опережения впрыска увеличивается благодаря работе контура оптимизации (акселерометр 1, дифференциатор 2, блок 3 управления, второй элемент 1.1 сравнения, сервомотор 12, первый вход формирующего распределителя 13 и топливовпрыскивающая форсунка 14), максимальное давление сгорания увеЬ личивается и далее, а амплитуда входного воздействия на сервомотор 12 уменьшается. Как только максимальное давление сгорания сравняется с допустимым уровнем (Р = Р „ ), ф ф\ амплитуда сигнала на выходе первого элемента 7 сравнения достигнет амплитуды выходных импульсов преобразо вателя 5, вследствие чего на сумми-! рующем и вычитающем входах. второго элемента 11 сравнения окажутся сигналы с одинаковыми параметрами.

Благодаря этому на вход сервомотора 12 сигналы не поступают и угол опережения впрыска остается неизменным несмотря на то, что с выхода преобразователя 5 поступают поисковые сигналы.

При изменении режима работы дизеля, приводящем к уменьшению Р в упомянутом выше диапазоне, амплитуда выходных, импульсов схемы И 10 уменьшается, сигнал на входе сервомотора 12 имеет уже ненулевое значение (как это было при P = P „д) и сис ои тема отыскивает оптимальный угол опережения благодаря работе контур а оптимиз ации в соответствии с вышеизложенным. В случае, если оптимальное по мощности значение угла опережения имеет место при Р < Р то по мере приближения фактического угла опережения к оптимуму уменьшаются и длительность, и амплитуда импульсов на входе сервомотора 12, причем амплитуда отлична от нуля, а длительность принимает нулевое значение при совпадении фактическо-го угла опережения с оптимальным..

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемая система обеспечивает ограничение максимального давления сгорания на требуемом уров-,, не и повышение надежности работы дизеля с наддувом на номинальном и близком к нему режимах благодаря регулированию угла опережения впрыска в зависимости не только от мощности дизеля, но и разности фактического и заданного давлений сгорания и его цилиндре.

l l 1 6 ) 99

I Таблица ). реднее арифметическое удельного эффективного расхода топпива

Q г/кВтч при угловых скоростях (рад

77,453 104,66

Действительный угол опережения впрыска

0 рад

64,37

91,06

1,866 55,473

217

233

О, 309

0,3!8

0,327

215,8

221

232,4

2)5

220,5

259

213

210,8

214,3

213,7

220,2

220

232,!

232,3

259,1

259,3

0,336

0,345

0,354

232,6, с

233

206

209

213,2

212,8

220, 1

220,3

259,6

208

205

0,363

260

207,2

206,5

204,5

204, 1

2)2,5

2!2,7

220, 6

22) 0,372

0,381

233,5

234, I

260,5

261,3

205,5

205

262,2

263,3

213

213,4

221,5

222,1

234,8

235,6

0,39

О, 399

2!3,9

214,5

222,8

223,6

224,5

236,5

237,5

264,5

266

0;408

0,417

L »

О 426

В качестве базового объекта вы" брана гидромеханическая система подачи топлива, которой оснащен тепловозный дизель типа Д 70. На фиг.2 кривой А представлена зависимость угла опережения впрыска топлива от угловой скорости вала, обеспечиваемая сисФемой топливоподачи указанного дизеля. Исследования показывают, что эта зависимость существенно отлича- 10 ется от оптимальной по топливной экономичности зависимости. Для получения близкой к оптимальной (квазиоптимальной! по топливной экономичности зависимости угла опережения от скорос- 1 ти используют приведенную в табп. 1 зависимость удельного эффективного расхода топлива G и приведенную в табл. 2 зависимость максимального давления сгорания Р> в функ- 2б ции угла опережения впрыска на различных режимах тепловозной характеристики. После численного дифференцирования функции 0 (Q) определяют значения углов опережения, при ко- 25 торых удельный расход топлива мини" малек с ограничителем Р . На основании этого получают квазиоптимальную по топливной экономичности зависимость угла опережения от скорости, представленную кривой ф (abñ3 e) на фнг. 2. Сравнение этой зависимости с серийной (график А на фиг.2.)

° с учетом данных табл.1 показывает, что за счет регулирования угла. опережения на частичных режимах можно повысить топпивную экономичность дизеля на 2-2,5Х. Предлагаемое же устройство как раз и обеспечивает на каждом режиме дизеля оптимальные углы опережения впрыска, т.е. по сравнению с базовым объектом заметно повышает топливную экономичность.

Следует отметить, что местоположение кривой А определяется угловым положением кулачка топливного насоса и выбирается таким, чтобы максимальное давление сгорания на номиналь- ном режиме работы не превышало допус" тимой величины. В то же время на режимах, близких к номинальному, Ру может превышать допустимый уровень.

В отличие от этого устройство обеспечивает условие Р ь Р на

Jll06oM режиме pHSeJIH °

1116199

Таблица 2

Действительный угол опережения впрыска

Ф рад

}00 104,66

77,453 91,06

64,37

55,473

41,366

95,25

92

)}3

)14

106 )08

109 110

l}1 112

112 . 112

l l3!

97

118

l 15

59

ll6

120

775 85 100

79 86

102 1.14 116

59,5

118

105 1 ) 6 118 120

80,3 89

80,5 90

60,5

0,39

106 )!7 119

107 1)8 120

0,399

0,408

0,4!7

0,426

6) 5 80,7 91

91,5 108

62

0,309

0,318

0,327

0.336

0.345

0,354

0, 363

О, 372

0,381

Среднее арифметическое максимального давления сгорания Р, 10 Н/м при угловых скоростях вала ьЗ, рад/с

78

73 80

74 81

75 82,5

76 84

80 88 104 115 117 )19

1 l l6 l 99

ЩИТ. 7

Уу д

ON

ЮЮЙИ Закав 6898/22 Тираа 523, Подписное

Фийыай ППП "Патаат" ° и .Уагоро, ул.Проектная, 4