Электронный регулятор частоты вращения для управления подачей топлива топливным насосом высокого давления

 

Использование: двигателестроение, конструкция электронных регуляторов топливных насосов высокого давления дизельных двигателей. Сущность изобретения: электронный регулятор содержит электронный исполнительный механизм 1, трансформаторный датчик 2 положения рейки, расположенные по разные стороны топливного насоса высокого давления 3, причем сердечник 4 датчика положения, выполненный за одно целое с рейкой 5, имеет короткозамкнутую однослойную обмотку, шириной определяемой рабочим диапазоном хода рейки. Кроме того, трансфоpматорный датчик имеет две многослойные обмотки-катушки: одна - короткая измерительная обмотка 7 шириной 5 мм; а другая - длинная возбуждающая обмотка 8, шириной в зависимости от хода рейки. На возбуждающую обмотку 8 подается синусоидальное напряжение. В зависимости от положения короткозамкнутого сердечника 4 в длинной обмотке 8, в сердечнике 4 будут наводиться токи разной величины, которые вызовут разные напряжения на измерительной обмотке 7. С измерительной обмотки 7 датчика сигнал, пропорциональный перемещению рейки 5 топливного насоса высокого давления 3, подается на электронную часть регулятора. Таким образом, расширяется область применения электронного оборудования регулятора частоты вращения на дизелях различного назначения, повышается точность, надежность регулирования и его удешевление. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции электронных регуляторов топливных насосов высокого давления (ТНВД) дизельных двигателей.

Регулятор является одним из основных узлов топливного насоса высокого давления дизеля. Он поддерживает постоянство режима работы дизеля, задаваемого с пульта управления, ограничивает максимальную и минимальную частоту вращения коленчатого вала. Известна конструкция электронного регулятора фирмы Bosch (В. К. Горбаченко и др. Электронные системы управления подачей топлива в дизелях. Москва: ЦНИИТЭИавтопром. 1989, с. 15 21), которая расширяет функции регулятора, а именно позволяет регулировать подачу топлива в зависимости от температуры, давления на входе воздуха в цилиндр, температуры охлаждающей жидкости, дымности отработавших газов и т. д.

Конструкция электронного регулятора включает в себя такие неотъемлемые элементы как исполнительный механизм, датчики перемещения рейки и частоты вращения, задатчик нагрузки, электронный блок, кабельная сеть и другие датчики, необходимые для учета влияния и повышения эффективности работы дизелей (датчики давления атмосферного и наддувочного воздуха, температуры охлаждающей жидкости, воздуха, топлива и т. д.).

Недостатком известной конструкции электронного регулятора является использование в качестве датчика перемещения рейки переменной индуктивной катушки, которая расположена на Ш-образном сердечнике, питается переменным током, а перемещение закрепленного на рейке ТНВД магнитного шунта изменяет ее индуктивность. Датчики такого типа хоть и отличаются конструктивной простотой и высокой надежностью, но имеют следующие недостатки: 1) большая нелинейность выходных характеристик (теряются точностные показатели, особенно при больших перемещениях рейки топливного насоса, как это имеет место на тракторных, судовых, тепловозных дизелях); 2) при нулевом входном сигнале выходной сигнал не равен нулю, т. е. требуются дополнительные схемы компенсации, что усложняет конструкцию электронной части регулятора; 3) индуктивные датчики, как правило, применяются при небольших перемещениях рейки топливного насоса, характерных для малогабаритных дизелей.

Кроме того, расположение датчика положения рейки в известной конструкции в одном узле с исполнительным механизмом, представляющим собой линейный электромагнит, может вызвать в нем электропомехи, приводящие к искажению измерений. Требуется создавать специальный экран. Все это усложняет в целом общую конструкцию электронного регулятора и делает ее неприменимой для широкого класса дизелей.

Известны конструкции датчиков линейных перемещений трансформаторного типа (Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, М. Л. Нечаевский. Электромагнитные датчики механических величин. М. Машиностроение. 1987, с. 44 46), обладающие наилучшими точностными свойствами и возможностью измерения больших рабочих диапазонов перемещений (до 100 мм), чем индуктивные датчики. Для этих конструкций характерно постоянство магнитной проводимости для различных положений чувствительного элемента, вследствие чего не искажается характер потокораспределения в рабочем диапазоне. Однако наличие подвижных выводов от перемещаемой обмотки существенно снижает надежность датчика и ограничивает область его применения. От указанного недостатка можно избавится в определенной степени подвеской катушки с помощью плоских пружинных подвесов, используемых в таком случае в качестве токоподводов. При этом диапазон измеряемых перемещений будет ограничен значениями 0,1 0,5 мм при сравнительно больших поперечных размерах датчика. Высокую надежность имеют датчики с подвижным экраном и сердечником. Однако их точностные показатели вследствие изменения проводимости рабочего зазора при перемещении чувствительного элемента ниже, чем у датчиков с подвижной обмоткой. Такие датчики целесообразно использовать для динамических измерений с диапазоном преобразования до 10 мм.

Обострение проблем двигателестроения (экологии, экономии топлива, масла) требует применения все более совершенных систем регулирования топливоподачей в дизелях.

Изобретение решает задачу расширения области применения электронных регуляторов на дизелях (не только легковых автомобилей, но и грузовых машин, тракторов, судов, тепловозов, стационарных установок, дизель-генераторов, газодизелей, имеющих большой ход рейки ТНВД от 20 30 мм и выше) и при этом повышения точности и надежности регулирования и его удешевления.

Это достигается выполнением электронного регулятора частоты вращения для управления подачи топлива топливным насосом высокого давления, содержащим электронный блок, исполнительный механизм, датчик положения трансформаторного типа, причем два последних расположены по разные стороны рейки топливного насоса, а сердечник датчика положения имеет короткозамкнутую обмотку шириной, определяемой рабочим диапазоном хода рейки. В результате не требуются экранизация датчика, дополнительные схемы компенсации в электронной части регулятора, съем сигнала с подвижного элемента (повышается надежность регулирования) и так как датчик положения имеет постоянство магнитной проводимости и линейную характеристику, то расширяется рабочий диапазон (область применения дизелей) и точность измерения положения рейки по сравнению с прототипом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструкция датчика положения рейки и его расположение на топливном насосе высокого давления.

Электронный регулятор содержит электромагнитный исполнительный механизм 1, трансформаторный датчик 2 положения рейки, расположенные по разные стороны ТНВД 3. Сердечник 4 датчика положения, выполненный за одно целое с рейкой 5, имеет короткозамкнутую однослойную обмотку 6. Ширина слоя обмотки может быть разной и определяется рабочим диапазоном хода рейки. Кроме того, датчик имеет две многослойны обмотки катушки: одна короткая измерительная обмотка 7 шириной 5 мм; другая длинная возбуждающая обмотка 8 шириной в зависимости от хода рейки.

Устройство работает следующим образом.

На возбуждающую обмотку 8 подается напряжение. В зависимости от положения короткозамкнутого сердечника 4 в длинной обмотке 8 в сердечнике 4 будут наводиться токи разной величины, которые вызовут разное напряжение на измерительной обмотке 7. С измерительной обмотки 7 датчика сигнал, пропорциональный перемещению рейки 5 топливного насоса 3, подается на электронную часть регулятора, а именно на активный однополупериодный выпрямитель, выполненный на операционных усилителях, а затем на пассивный фильтр нижних частот. После сглаживания сигнал поступает на усилитель, обеспечивающий требуемый диапазон и изменения сигнала датчика. Датчик положения имеет линейную характеристику в широком диапазоне измерения положения рейки. Таким образом, происходит бесконтактный съем сигнала с подвижного элемента по перемещению рейки в трансформаторном датчике.

Формула изобретения

Электронный регулятор частоты вращения для управления подачей топлива топливным насосом высокого давления, содержащий электронный блок, исполнительный механизм, датчик положения рейки, отличающийся тем, что исполнительный механизм и датчик положения рейки расположены по разные стороны рейки топливного насоса, причем датчик положения рейки выполнен трансформаторным с сердечником, имеющим короткозамкнутую обмотку шириной, определяемой рабочим диапазоном хода рейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1