Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам управления топливоподачей дизеля, предназначенным для автоматического поддержания заданной частоты вращения дизеля.

Известна электронная система управления топливоподачей дизеля, содержащая электронный блок управления, блок силовых ключей, преобразователь частоты вращения и датчики (патент РФ №2199676, F02D 41/30, опубл. 10.09.2002 г.) - прототип.

Известная электронная система управления топливоподачей дизеля снабжена двумя контурами регулирования - основным, содержащим электронный блок управления и дублирующим, содержащим электронный регулятор частоты вращения. Оба контура регулирования снабжены датчиками состояния дизеля.

Недостатком указанной системы является невысокая эффективность и надежность работы в условиях, когда дизель работает при предельных значениях рабочих параметров, близких к критическим, и при этом в работе основного контура не возникли перебои, вызванные выходом из строя какого-либо элемента контура.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности и надежности работы системы во всем диапазоне рабочих параметров дизеля.

Указанный технический результат достигается тем, что система электронного управления подачей топлива, содержащая электронный блок управления, блок силовых ключей, преобразователь частоты вращения и датчики, содержит преобразователь частоты вращения распределительного вала, выполненный с возможностью синхронизации работы системы с работой цилиндров двигателя, причем электронный блок управления содержит размещенные в едином корпусе и связанные между собой и с внешними цепями разъемами устройства усилителя мощности, защиты, контроллера, интерфейса и индикации, вход электронного блока управления соединен с выходом преобразователя частоты вращения, а выход - с входом блока силовых ключей, который содержит базу транзисторов и выполнен с возможностью выработки разностного сигнала, который распределяется по выходным силовым ключам в порядке очередности работы цилиндров, и выдачи сигнала на управляющие клапанами электромагниты, или с автоматизированной системой управления.

В системе разъемы для соединения устройств усилителя мощности, защиты и контроллера электронного блока управления с внешними цепями могут быть выполнены на одной стороне корпуса электронного блока управления, на которой размещены также три предохранителя.

В системе в качестве датчиков могут быть использованы датчики давления, температуры, а также датчики тока и напряжения тягового генератора.

Заявляемая система электронного управления подачей топлива предназначена для автоматического поддержания заданной частоты вращения дизеля и позволяет выполнять следующие функции:

- автоматическое снижение частоты вращения дизеля до заданной величины, например 850±5 мин^-1, при подаче сигнала на электронный блок управления;

- отключение подачи управляющих импульсов на клапаны; в случае достижения дизелем предельной частоты вращения или при снижении давления масла в главной магистрали работающего дизеля при заданной частоте вращения ниже требуемой величины, если снижение давления масла до значения срабатывания защиты длилось более установленного времени, или в случае достижения дизелем предельной частоты вращения или повышении температуры охлаждающей жидкости выше 105°С или при обесточивании регулятора, обрыве цепей преобразователя частоты вращения коленчатого вала дизеля;

- изменение темпа набора и снижения частоты вращения дизеля;

- ограничение длительности управляющих импульсов на клапаны в процессе пуска дизеля.

Сущность заявляемого изобретения приведена на фиг.1-4, где на фиг.1 представлена функциональная (принципиальная) схема заявляемой системы, на фиг.2 - конструкция электронного блока управления, на фиг.3 - вид А фиг.2, на фиг.4 - крепление электронного блока управления к дизелю.

Заявляемая система электронного управления подачей топлива содержит блок питания 1, закрепленный на дизеле 2 электронный блок управления 3 с дискретными входами, которые связаны с выходом преобразователя частоты вращения 4, а выход электронного блока управления 3 связан с входом блока силовых ключей 5, или с автоматизированной системой управления 6. Электронный блок управления 3 выполнен в виде отдельной конструкции, состоящей из корпуса 7 и крышки 8. Корпус 7 уплотняется резиновым уплотнителем, вложенным в пазы крышки 8, которая закрывает корпус 7. В корпусе 7 размещены шесть самостоятельных устройств (электронных плат) 9, 10, 11, 12, 13 и 14, соединенных между собой и внешними цепями посредством разъемов. На нижней стороне корпуса 7 расположены штепсельные разъемы 15, предназначенные для внешнего подключения, и три предохранителя 16, 17 и 18 соответственно на 10А, 1А и 5А.

Электронный блок управления 3 крепится к дизелю 2 в вертикальном положении разъемами. Крепление электронного блока управления 3 осуществляется через резиновые шайбы 20 и втулку 19. Питание подводится к электронному блоку управления 3 от блока питания 1, на который подается напряжение постоянного тока.

Преобразователь частоты вращения 4 предназначен для получения информации о текущей частоте вращения дизеля в виде частоты переменного тока и представляет собой генератор переменного тока с постоянным магнитом, в корпусе которого размещается обмотка с магнитным сердечником. Выводы обмотки соединены с контактами блочной части штепсельного разъема. Преобразователь частоты вращения имеет неразборную конструкцию, т.к. после сборки внутренние полости датчика заливаются эпоксидным компаундом.

Работа преобразователя частоты вращения 4 основана на известном принципе электромагнитной индукции. При приближении ферромагнитного зуба к торцу магнитного сердечника происходит нарастание магнитного потока, протекающего через сердечник в осевом направлении. Нарастание магнитного потока индуцирует увеличение тока прямого направления в обмотке. При удалении ферромагнитного зуба от торца магнитного сердечника происходит спад магнитного потока в сердечнике, индуцирующее увеличение тока обратного направления в обмотке. При последовательном прохождении ферромагнитных зубьев около торца магнитного сердечника в обмотке индуцируется ток с частотой, равной частоте следования зубьев. Величина тока, индуцируемого в катушке, прямо пропорционально возрастает с увеличением частоты следования зубьев (увеличение скорости изменения магнитного потока). Коэффициент пропорциональности при этом зависит от величины минимального зазора между сердечником и вершиной зуба. Чем меньше зазор, тем больше величина тока при фиксированной частоте следования зубьев, и в большей степени нарастает величина выходного сигнала преобразователя частоты вращения 4 с увеличением частоты следования зубьев.

Преобразователь частоты вращения 4 устанавливается в резьбовое посадочное отверстие, выполненное в кожухе маховика дизеля в радиальном направлении к оси вращения маховика, например напротив середины ширины зубьев его зубчатого венца. После регулировки зазора необходимо зафиксировать положение преобразователя частоты вращения 4, например с помощью контргайки.

Блок силовых ключей 5 предназначен для приема сигнала управления с электронного блока управления 3, распределения его по выходным силовым ключам в порядке очередности работы двигателя совместно с преобразователем фазовой отметки распределительного вала 21 и выдачи сигнала на электромагниты, управляющие клапанами дизеля.

Блок силовых ключей 5 также выполнен отдельной конструкцией, состоящей из корпуса и крышки. Внутри корпуса расположены две платы с транзисторными ключами и контроллер, обеспечивающий реализацию программы управления (не показано).

Датчики давления предназначены для измерения давления наддува, масла, охлаждающей жидкости.

Заявляемая система работает следующим образом.

Работа электронного блока управления 3: Дискретные сигналы управления с уровнем напряжения, например, 110 В, поступающие на плату защиты 8, на резисторном делителе преобразуются в сигналы уровнем напряжения порядка 15 В, которые затем поступают на входные цепи платы интерфейса. 10. С выхода интерфейса сигналы поступают на плату контроллера 11, где в соответствии с поступившими сигналами вырабатывается алгоритм, который обеспечивает или поддержание частоты вращения дизеля, или автоматическое снижение частоты вращения холостого хода, или формирует команду на работу дизеля и дизель может быть запущен или, если данный сигнал не поступил, пуск дизеля не происходит (система блокирует его).

На плату контроллера 11 также поступает сигнал от преобразователя частоты вращения 4 дизеля в виде частотного сигнала, который после соответствующей обработки поступает на входные цепи контроллера 11, который производит его дальнейшую обработку и вырабатывает управляющий сигнал регулирования частоты вращения дизеля в виде широтно-импульсной модуляции (ШИМ), например, со следующими параметрами: с частотой 300-1500 Гц и амплитудой 2 В, который поступает на блок силовых ключей 5.

Поступивший на блок силовых ключей 5 управляющий сигнал регулирования частоты вращения дизеля обрабатывается, в результате чего вырабатывается разностный сигнал, который поступает на базу транзисторов блока силовых ключей 5, где он распределяется согласно порядку работы цилиндров дизеля и синхронизации преобразователя фазовой отметки распределительного вала.

Работа системы в составе дизеля при различных режимах его работы.

Работа системы при пуске дизеля. Для начала выполнения системой своих функций необходимо подать напряжение питания. Одновременно с этим на один из заданных дискретных входов электронного блока управления подается и фиксируется сигнал с заданным уровнем напряжения, например 110 В. Далее начинается штатный процесс подготовки дизеля к пуску.

В процессе подготовки дизеля 2 к пуску его коленчатый вал не вращается и от преобразователя частоты вращения 4 сигнал не поступает. Электронный блок управления 3 во внешнюю цепь управляющих сигналов не выдает. При начале вращения стартером коленчатого вала дизеля в электронный блок управления 3 начинает поступать сигнал от преобразователя частоты вращения 4. По достижении заданной частоты вращения, например 32 мин^-1, и при условии достижения в главной магистрали дизеля требуемого уровня давления масла, например более 1 кг/см, электронный блок управления 3 выдает команду на клапаны дизеля и фиксирует длительность управляющего сигнала, соответствующую пусковой подаче топлива, и в таком положении фиксирует его до достижения заданной частоты вращения коленчатого вала, например 260 мин^-1. При достижении дизелем частоты вращения, например, 165 мин^-1 электронный блок управления замыкает контакты и выдает во внешнюю цепь команду на отключение стартера. При достижении дизелем заданной частоты вращения 260±5 мин^-1 система начинает регулировать обороты и с заданным темпом выводит дизель на минимальную частоту вращения 350 мин^-1, по достижении которой начинает поддерживать ее на этом уровне. В случае, если в процессе пуска давление масла в главной магистрали дизеля не достигнет 1 кг/см², система не будет подавать управляющих сигналов на управляемые клапаны и дизель не запустится.

Работа системы на холостом ходу. На холостом ходу дизель не нагружен. От преобразователя частоты вращения 4 дизеля в электронный блок управления поступает информация о текущей частоте вращения, которая сравнивается с заданной органом управления дизелем. Если имеется рассогласование двух сигналов, то электронный блок управления 3 выдает соответствующий управляющий сигнал на клапаны и тем самым изменяет подачу топлива. Этот процесс происходит до тех пор, пока фактическая частота вращения не сравняется с заданной. Таким образом, происходит регулирование частоты вращения дизеля. Работа системы под нагрузкой аналогична его работе на холостом ходу.

Для штатной остановки дизеля необходимо снять сигнал, поступающий на один из дискретных входов электронного блока управления 3 и система снимет управляющий сигнал с электромагнитных клапанов. Топливо перестанет поступать в цилиндры дизеля и он остановится.

Работа системы электронного управления подачей топлива дизеля при достижении его предельных параметров.

Достижение дизелем предельной частоты вращения.

Независимо от штатного предельного выключателя, которым должен быть оснащен каждый двигатель, заявляемая система позволяет отключить топливо при достижении дизелем предельной частоты вращения (задаваемой изготовителем дизеля), которая ниже частоты вращения уставки предельного выключателя. При этом заявляемая система также выдает команду на автоматизированную систему управления в течение определенного времени, например 10 с, и коммутирует сигнал напряжением постоянного тока не более 110 В и током не более 1 А, длительностью не более 12 с. При остановке дизеля по предельной частоте вращения для перевода системы в рабочее состояние необходимо выключить питание системы, а затем включить. В противном случае система блокируется и запуск дизеля не возможен.

В случае падения давления масла в главной магистрали дизеля ниже предельной величины, например 3 кг/см², если частота вращения его будет выше 500 мин^-1, то по истечении 5 с, если давление масла не возрастет выше 3 кг/см², то система снимет управляющий сигнал с клапанов, топливо перестанет поступать в цилиндры дизеля и он остановится.

Достижение предельной температуры охлаждающей жидкости. В случае, если температура охлаждающей жидкости достигнет предельной величины, например 105°С, то система снимет управляющий сигнал с клапанов 23, топливо перестанет поступать в цилиндры и он остановится.

Таким образом, заявляемая система электронного управления подачей топлива обеспечивает повышение эффективности и надежности работы дизеля, во всем диапазоне рабочих параметров и особенно при достижении предельных рабочих параметров дизеля.