Система управления частотой вращения вентилятора двигателя внутреннего сгорания

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ с системой топливо подачи, содержащая вентилятор с приводом, включающим вариатор частоты вращения вентилятора с подвижным элементом, исполнительный элемент, преобразователь, датчик частоты вращения венмяятьра, первый и второй блоки сравнения , первый сумматор, датчик температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчик , причем вариатор связал с приводом и вентилятором, исполнительный элемент механически связан с подвижным элементом вентилятора, а последний - с преобразователем , первый блок сравнения электрически сблокирован с датчиком частоты вращения вентилятора и через преобразователь - с исполнительным элементом, первый сумматор соединен с вторым блоком сравнения, а последний - с датчиком температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчиком, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем стабилизации температуры двигателя, она дополнительна содержит датчик расхода топлива системы топливоподачи и датчик температуры потока охладителя, подаваемого вентилятором, а также второй сумматор , установленный между первым суммаi тором и первым блоком сравнения, причем датчик расхода топлива соединен с первым т сумматором, датчик температуры потока охладителя соединен с вторым сумматором, а исполнительный элемент выполнен в виде электродвигателя с червячно-реечным механизмом .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4ш F 01 Р 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3515007/25-06 (22) 26.! 1.82 (46) 07.01.85. Бюл. № 1 (72) А. Н. Носов и В. Г. Толкачев (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621.432-714 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ № 2728901, кл. F 01 P 11/16, опублик. 1982. (54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ с системой топливоподачи, содержащая вентилятор с приводом, включающим вариатор частоты вращения вентилятора с подвижным элементом, исполнительный элемент, преобразователь, датчик частоты вращения венаипятвра, первый и второй блоки сравнения, первый сумматор, датчик температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчик, причем вариатор связан с приводом и вентилятором, исполнительный элемент ме„.SU, 1133429 А ханически связан с подвижным элементом вентилятора, а последний — с преобразователем, первый блок сравнения электрически сблокирован с датчиком частоты вращения вентилятора и через преобразователь — с исполнительным элементом, первый сумматор соединен с вторым блоком сравнения, а последний — с датчиком температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчиком, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем стабилизации температуры двигателя, она дополнительно содержит датчик расхода топлива системы топливоподачи и датчик температуры потока охладителя, подаваемого вентилятором, а также второй сумматор, установленный между первым сумматором и первым блоком сравнения, причем датчик расхода топлива соединен с первым сумматором, датчик температуры потока охладителя соединен с вторым сумматором, а исполнительный элемент выполнен в виде электродвигателя с червячно-реечным механизмом.

1133429

50

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к системам регулирования частоты вращения вентилятора двигателя внутреннего сгорания (ДВС) .

Известна система управления частотой вращения вентилятора двигателя внутреннего сгорания с системой топливоподачи, содержащая вентилятор с приводом. включающим вариатор частоты вращения вентилятора с подвижным элементом, исполнительный элемент, преобразователь, датчик частоты вращения вентилятора, первый и второй блоки сравнения, первый сумматор, датчик температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчик, причем вариатор связан с приводом и вентилятором, исполнительный элемент механически связан с подвижным элементом вентилятора, а последний — с преобразователем, первый блок сравнения электрически сблокирован с датчиком частоты вращения вентилятора и через преобразователь — с исполнительным элементом, первый сумматор соединен с вторым блоком сравнения, а последний — с датчиком температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчиком (11.

В известной системе регулирование степени охлаждения двигателя осуществляется по данным датчиков частоты вращения вентилятора и температуры двигателя. Однако эффективность работы системы охлаждения недостаточно высока вследствие того, что при регулировании частоты вращения вентилятора не учитываются величина расхода топлива в данный момент и температура потока охладителя.

Цель изобретения — повышение эффек- тивности путем стабилизации температуры двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что система управления частотой вращения вентилятора двигателя внутреннего сгорания с системой топливоподачи, содержащая вентилятор с приводом, включающим вариатор частоты вращения вентилятора.с подвижным элементом, исполнительный элемент, преобразователь, датчик частоты вращения вентилятора, первый и второй блоки сравнения, первый сумматор, датчик температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчик, причем вариатор связан с приводом и вентилятором, исполнительный элемент механически связан с подвижным элементом вентилятора, а последний — с преобразователем, первый блок сравнения электрически сблокирован с датчиком частоты вращения вентилятора и через преобразователь — с исполнительным элементом, первый сумматор соединен с вторым блоком сравнения, а последний — с датчиком температуры двигателя внутреннего сгорания и задатчиком, дополнительно содержит датчик расхода топлива системы топливоподачи и датчик температуры потока охладителя, подаваемого вентилятором, а также второй сумматор, установленный между первым сумматором и первым блоком сравнения, причем датчик расхода топлива соединен с первым сумматором, датчик температуры потока охладителя соединен с вторым сумматором, а исполнительный элемент выполнен в виде электродвигателя с червячно-реечным механизмом.

На чертеже приведена схема предлагаемой системы.

Система содержит датчик 1 расхода топлива, первый сумматор 2, второй блок

3 сравнения, датчик 4 температуры ДВС, задатчик 5, второй сумматор 6, датчик 7 температуры потока охладителя, первый блок 8 сравнения, датчик 9 частоты вращения вентилятора 10, преобразователь 11, исполнительный элемент 12 и вариатор 13 с подвижным элементом 14.

Датчик 1 связан с трубопроводом топлива и преобразовывает расход топлива в электрический сигнал. Выход датчика 1 расхода топлива электрически связан с первым входом сумматора 2, второй вход которого связан с выходом блока 3 сравнения.

Сумматор 2 обеспечивает суммирование электрических сигналов. Блок 3 также имеет два входа, один из которых связан с выходом датчика 4., а другой — с вь|ходом задатчика 5. Блок 3 сравнения служит для определения разности двух электрических сигналов, поступивших оТ датчика 4 и задатчика 5. Датчик 4 измеряет температуру

ДВС и преобразует ее в электрический сигнал. Задатчик 5 служит для задания в блок 3 сравнения электрического сигнала, пропорци он аль ного опти м альной те v пературе ДВС.

Выход сумматора 2 электрически связан с первым входом сумматора 6, второй вход которого связан с выходом датчика 7 температуры потока охладителя. При этом сумматор 6 выполнен аналогично сумматору 2. Аналогичны также конструкции датчиков 4 и 7.

Выход сумматора 6 электрически связан с первым входом блока 8 сравнения, второй вход которого связан с выходом датчика

9 частоты вращения вентилятора. Блоки 3 и 8 конструктивно выполнены одинаково.

Датчик 9 механически связан с валом вентилятора 10 и преобразует частоту его вращения в электрический сигнал.

Выход блока 8 сравнения электрически связан с входом преобразователя 11, выход которого электрически связан с исполнительпым элементом 12. В преобразователе 11 сигнал с блока 8 сравнения преобразуется для передачи его на исполнительныи элемент 12. Последний механически связан с подвижным элементом 14 и служит для перемещения элемента 14 Исполнение элемента 12 в виде электродвигателя с .ервячно1133429 реечным механизмом позволяет преобразовать электрический сигнал в поступательное движение элемента 14 с самоторможением в обратном направлении, что важно для работы вариатора 13 в условиях вибрации

ДВС. Вариатор 13 содержит подвижный элемент 14, при движении которого происходит изменение передаточного отношения вариатора. Ведущий вал вариатора 13 механически связан с валом двигателя, а ведомый — с вентилятором 10.

Система работает следующим образом.

Первый режим работы системы управления.

При запуске двигателя система работает в режиме прогрева. Датчик 1 расхода топлива выдает в сумматор 2 сигнал небольшой величины, так как расход топлива незначителен.

Датчик 4 температуры также выдает в блок 3 сравнения сигнал небольшой величины, так как температура двигателя значительно меньше оптимальной. Это приводит к тому, что на выходе блока 3 сравнения появляется отрицательный сигнал значительной величины, который поступает в сумматор 2. С выхода сумматора 2 на первый вход сумматора б поступает отрицательный сигнал. На второй вход сумматора б подан сигнал с датчика 7 температуры потока охлаждения. Так как величина его значительно меньше отрицательного сигнала с сумматора 2, на выходе сумматора б выдается сигнал отрицательной величины. Затем он во втором блоке 8 сравнения сопоставляется с сигналом от датчика 9, который равен нулю, так как вентилятор 10 не вращается. Отрицательный сигнал с выхода блока 8 сравнения через преобразователь 11 поступает в исполнительный элемент 12, который начинает работать в холостом режиме обратного хода, так как подвижный элемент 14 вариатора 13 находится в крайнем обратном положении. В таком положении подвижного элемента 14 вариатор 13 не вращает вентилятор 10, так как ведущие и ведомые валы вариатора 13 кинематически разъединены.

Такая работа системы управления продолжается до тех пор, пока двигатель не прогреется до оптимальной температуры.

Второй режим работы системы управления.

При нагреве двигателя до температуры, равной оптимальной, система управления работает в режиме поддержания этой температуры. В таком состоянии двигателя сигнал, поступающий с выхода датчика 4 в блок 3 сравнения, равен сигналу с задатчика

5. В результате этого на выходе блока 3 сравнения сигнала нет. Сигнал с выхода датчика 1 расхода топлива проходит через сумматор 2 в сумматор 6 без изменения. В сумматоре 6 этот сигнал корректируется, сигналом от датчика 7 температуры потока охладителя и поступает в блок 8 сравнения, где он сопоставляется с сигналом от датчика

9 частоты вращения вентилятора, сигнал с которого равен нулю. Это приводит к появлению положительного сигнала на выходе блока 8 сравнения, который через преобразователь 11 поступает в исполнительный эле. мент 12, который под действием этого сигнала перемешает вперед подвижный элемент

14 вариатора 13. Это вызывает вращение

10 вентилятора 10 с непрерывным увеличением частоты вращения, а следовательно, осуществляется преобразование сигнала на выходе датчика 9. Изменение частоты вращения вентилятора 10 продолжается до тех

15 пор, пока сигнал на выходе датчика 9 не становится равным сигналу, поступившему от сумматора б. В результате этого образуется нулевой сигнал на выходе блока 8 сравнения, который останавливает подвижный элемент 14 вариатора 13. В таком поло20 жении вариатора 13 вентилятор 10 вращается с постоянной угловой скоростью, которая обеспечивает стабилизацию температуры

ДВС на оптимальном уровне.

В данном положении система управления

25 обеспечивает вращение вентилятора 10 с определенной угловой скоростью независимо от частоты вращения вала ДВС до тех пор, пока не изменится расход топлива.

Третий режим работы системы.

С увеличением расхода топлива ДВС

gg выделяет большее количество тепла, но температура его не повышается, так как одновременно с увеличением расхода топлива датчик 1 вырабатывает сигнал большей величины, который, проходя сумматоры 2 и 6, поступает на вход блока 8 срав35 нения.

На выходе блока 8 сравнения образуется положительный сигнал, равный разности сигналов с выхода сумматора б и датчика 9. Это приводит к перемещению подвиж40 ного элемента 14 и к вращению вентиля- тора 10 с возрастающей угловой скоростью.

Частота вращения вентилятора 10 возрастает до тех пор, пока температура ДВС не достигнет оптимальной величины.

Изменение режима работы ДВС в про45 тивоположном направлении ведет к работе системы управления частотой вращения вентилятора ДВС в обратном порядке.

Оценка работы ДВС по большему числу параметров в предлагаемой системе по сравнению с известной позволяет оценить

50 тепловой режим ДВС не только на данныи момент, но и направление его изменения.

Температура ДВС является характеристикой его теплового режима только гри сохранении неизменных условий его работы.

Поэтому. системы, регулирующие работу вентилятора по температуре ДВС, действуют в режиме запаздывания, а следовательно, ведут к отклонениям температуры от

1133429

Составитель A. Сайкин

Редактор А. Козориз Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 95?2/32 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 оптимальной величины. Наличие в предлагаемой системе управления датчика расхода топлива позволяет опретелить момент начала изменения теплового режима ДВС, так как ему предшествует изменение расхода топлива. Это позволяет изменять режим работы вентилятора синхронно с изменениями тепловых режимов работы ДВС, а следовательно, ста билиз иров ать тем пературу ДВС в оптимальном режиме.

Сравнение показаний датчика температуры ДВС с заданной величиной, выдаваемой задатчиком, заставляет предложенную систему работать в установившемся режиме только при оптимальной температуре ДВС.

Выполнение системы на электрических блоках обеспечивает быстродействие при изменении режима работы ДВС по сравнению с механическими элементами базового объекта. Использование в системе управления дат ка температуры потока охладителя позваляет получить постоянную интенсивность охлаждения ДВС независимо от температуры окружающей среды.

Таким образом, коррекция режима работы вентилятора позволяет получить равенство между необходимой и фактической интенсивностями охлаждения ДВС, а включение вариатора в привод вентилятора обеспечивает достижение необходимых скоростей его вращения, при различных частотах вращения вала ДВС.

Стабилизация температуры ДВС в оптимальном режиме позволяет улучшить качество сгорания топлива и обеспечить минимальный механический износ деталей в процессе его работы, а сокращение времени запуска ДВС, достигаемое за счет нахождения вентилятора в неподвижном положении, ведет к значительному снижению механического износа ДВС, а следовательно, увеличивает его ресурс.