SU1492076A2 - Устройство управлени зажиганием двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к двигателестроению ,в частности, к устройствам управлени  зажиганием дл  многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорани , и может быть использовано при разработке устройств управлени  зажиганием преимущественно в автомобильных двигател х. Цель изобретени  - повышение точности установки момента зажигани  дл  каждого цилиндра - достигаетс  тем, что в устройство введен датчик 18 импульса первого цилиндра, выход которого св зан с установочным входом счетчика 14 по модулю N, а выходы счетчика 14 дополнительно подключены к адресным входам регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, что обеспечивает уменьшение ошибки зажигани  за счет жесткой прив зки кодов команд к пор дку работы цилиндров. 1 ил.

Description

4

&

vj

Ф

1Ч

Изобретение относитс  к двигателе строению, в частности к устройствам управлени  зажиганием дл  мног оци- линдровых двигателей внутреннего сгорани  (две), может быть использовано при разработке устройств управлени  зажиганием, преимущественно в автомобильных двигател х, и  вл етс  усовершенствованием устройства по авт.св. № 1302007.

Цель изобретени  - повышение точности установки момента зажигани  дл  ка адого цилиндра, т.е. с учетом индивидуальных особенностей каждого цилиндра.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 начала отсчета с основным выходом, умножитель 2 частоты, счетчик 3 углового положени  коленчатого вала с первым и вторым входами, дешифратор 4 с первым, вторым и третьим выходами , регистр 5 сдвига с регулируемой длиной, счетчик 6 номера зоны, буферный регистр 7, датчик 8 вибраций , экстрематор 9, регистр 10 сдвига , функциональный преобразователь 11 код - код с первым и вторым входами , сумматор 12, запоминающее устройство 13 на N  чеек, счетчик 14 по модулю N, счетчик 15 времени задержки , схему 16 формировани  им- nyjtbcoB зажигани , распределитель 1 зажигани  и датчик 18 импульса первого цилиндра.

Основной выход датчика 1 начала отсчета соединен с вторым входом счетчика 3 углового положени  коленчатого вала, первым входом счетчика 14 по модулю N, вторым входом счетчика 15 времени задержки и входом умножител  2 частоты, а выход умножител  2 частоты подсоединен к первому входу счетчика 3 углового положени  коленчатого вала, второму входу регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и третьему входу счетчика 15 времени задержки. Выход счетчика 3 углового положени  коленчатого вала подключен к входу дешифратора 4, первый вход экстрематора 9 соединен с выходом датчика 8 вибраций, а выход - с тактовым входом буферного регистра 7. Информационный вход буферного регистра 7 соединен с выходом счетчика 6 номера зоны, первый вход которого соединен с выходом ре0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гистра 5 сдвига с регулируемой длиной , а второй вход - с вторым входом экстрематора 9 и вторым выходом дешифратора 4. Первый выход дешифратора 4 соединен с вторым входом регистра 5 сдвига с регулируемой длиной , а третий выход дешифратора 4 - с тактовым входом регистра 10 сдвига . Информационный вход последнего подключен к выходу буферного регистра 7, а промежуточный выход и выход регистра 10 сдвига соединены с входами функционального преобразовател  11 код - код. Первый и второй входы сумматора 12 соединены соответственно с выходами функционального преобразовател  11 код - код и запоминающего устройства 13 на N  чеек, а выход - с входами запоминающего устройства 13 на N  чеек и счетчика 15 времени задержки. Адресный вход запоминающего устройства 13 на N  чеек и адресный вход регистра 5 сдвига с регулируемой длиной соединены с выходом счетчика 14 по модулю N, вход схемы 16 формировани  импульсов зажигани  подключен к выходу счетчика 15 времени задержки, а выход - к входу распределител  17 зажигани . Выход датчика 18 импульса первого цилиндра подключен к второму входу счетчика 14 по модулю N, Кроме того, датчик 1 начала отсчета может содержать дополнительный выход высокой частоты, который вместо основного выхода датчика подключен к входу умножител  2 частоты (двойными стрелками показаны щины передачи кодов, одинарными - цепи временных и управл ющих сигналов устройства).

Устройство работает следующим образом .

При вращении коленчатого вала датчик 1 начала отсчета вырабатывает на основном и дополнительном выходах импульсы, соответствующие определенным положени м коленчатого вала,причем за один цикл работы N-цилиндро- вого две датчик 1 начала отсчета на выходе (основном) вьфабатывает N импульсов, каждый и-ч которых устанавливает в исходное состо ние счетчик 3 углового положени  коленчатого вала, измен ет на единицу состо ние счетчика 14 по модулю N, загру- жает в счетчик 15 времени задержки число из сумматора 12. Эти импульсы ,

независимо от типа двигател  вырабатываютс , например, в верхней мертвой точке (ВМТ) поршн  каждого цилиндра . При изменении скорости вращени  вала двигател  период следовани  указанных импульсов измен етс , fjo величина периодов в градусах угла ПКВ (угловой интервал) остаетс  неизменной , например дл  четырехтактного 4-цилиндрового две угловой интервал импульсов - 180 градусов угла ПКВ.

На дополнительном выходе датчика 1 начала отсчета в каждом цикле работы N-цилиндрового две вьфабатыва- етс  m-N импульсов, где m 2,3,4, ...,R, следующих с угловым интервалом в m раз меньшим, чем угловой интервал между импульсами на выходе (основном) датчика 1 начала отсчета. Такой датчик может быть выполнен с использованием профилированного вра- вдающегос  диска, например на коленчатом валу установлен диск, на диаметрально противоположных точках которого расположены два опорных зуба, взаимодействующих при вращении с датчиком , реагирующих на их прохождение (основной выход датчика 1 начала отсчета), и равномерно расположенные по окружности диска (с угловым интервалом Ч 180°/т) дополнительные зубь , взаимодействуюпще при вращении с дополнительным датчиком (дополнительный выход датчика 1 начала отсчета). Импульсы с дополнительного выхода датчика 1 начала отсчета поступают на вход умножител  2 частоты.

Умножитель 2 частоты увеличивает в требуемое число раз частоту следовани  входных импульсов и формирует на своем выходе импульсы, следующие через заданный угол поворота коленчатого вала. Период следовани  импульсов с выхода умножител  2 частоты отличаетс  от периода следовани  импульсов с дополнительного выхода датчика 1 начала отсчета в число раз, равное коэффициенту умножени  в умножителе 2 частоты. Например,, в четьфехцилиндровом ДВС при m 30 и коэффициенте умножени , равном 16, период повторени  импульсов на выходе умножител  2 частоты соответствует О,37 градуса угла поворота коленчатого вала. Импульсы с выхода умножител  2 частоты  вл ютс  счетными имлульсами как дл 

счетчика 3 углового положени  коленчатого вала, так и дл  счетчика 15 времени задержки, работающего в режиме вычитани , и, кроме того,  вл ютс  тактирующими сигналами дл  регистра 5 сдвига с регулируемо1Ч длиной .

Счетчик 3 углового положени  коленчатого вала подсчитывает импульсы с выхода умножител  2 частоты. Обнуление счетчика производитс  каждым импульсом, следующим с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета , поэтому состо ние счетчика в каж0

0

5

дыи гаомент времени характеризует определенный угол ПКВ.

Состо щее счетчика 3 углового положени  коленчатого вала анализируетс  дешифратором 4, имеющим три выхода . Н(1 первом выходе дешифратора 4 по вл ютс  импульсы в момент достижени  счетчиком 3 углового положени  коленчатого вала некоторых сос- 5 то ний, соответствуюших началам (концам ) определенных зон углов поворота коленчатого вала. Эти зоны, минимальное число которых может быть равно трем (зона I, зона II, зона III), граничат друг с другом. В момент перехода из одной зоны в другую на первом выходе дешифратора 4 формируетс  импульс, т.е. дл  случа  трех зон формируютс  два импульса. Центральна  зона (зона II) охватывает угол оптимального положени  коленчатого вала, при котором давление в камере сгорани  цилиндра должно достигать максимального значени . 1 1ирина этой зоны в углах ПКВ задаетс  исход  из необходимой точности регулирова1Ш . Достижение максимума давле1ш  в зоне II свидетельствует о точноГ установке угла опережени  зажигани  (УОЗ), в зоне 1-0 раннем УОЗ, в зоне III - о позднем УОЗ.

Регистр 5 сдвига с регулируемой длиной позвол ет смещать одновременно начала этих зон по отношению к импульсам с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета. Смещение зон происходит за счет задержки в регистре на требуемую величину угла ПКВ импульсов, поступаю1цлх с первого выхода дешифратора 4. Величина задержки устанавливаетс  / искрстно путем изменени  длины рег истра 5 сдвига с регулируемой длиноГ, например с помощью коммутации выходов регист0

5

0

5

pa переключателем, установки переключателем кодов управлени  щтиной регистра и т.д.

По командам, поступающим в виде кодов, соответствующих номеру цилиндра , на адресный вход регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, длина регистра в каждом цикле работы N-ци- линдрового две принимает N конкрет- /1ЫХ значений, каждое из которых выбрано исход  их индивидуальных особенностей конкретного цилиндра. Установка выбранных значений длины регистра производитс  с помощью N независимых устройств управлени  (например , N переключателей), поочередно подключаемых в соответствии с поступающими командами.

Счетчик 6 номера зоны подсчитывает импульсы начала зон, поступающие 1с выхода регистра 5 сдвига с регулируемой длиной, т.е. его состо ние определ ет номер зоны. Так как в данном случае число зон равно трем, счетчик 6 номера двухразр дный. Зоне I соответствует состо ние 00 счетчика, зоне II - состо ние 01, зоне III - состо ние 10.

Датчик 8 вибраций (в качестве которого можно использовать пьезоэлектрический элемент) преобразовывает в электрические сигналы шумы двигател , св занные как с механическими ударами деталей, так и с процессом сгорани  смеси в цилиндрах.Последние сигналы  вл ютс  полезными, так как их амплитуда характеризует давление в камере сгорани  цилиндра. Известно, что в процессе сгорани  горючей смеси возникает акустическа  волна, интенсивность (огибающа ) которой измен етс  пропорционально давлению в камере сгорани  цилиндра и, следовательно, максимум давлени  в цилийдре По времени совпадает с максимумом интенсивности (огибающей ) акустической волны. Акустическа  волна, распростран  сь по корпусу две, воспринимаетс  датчиком 8 вибраций и преобразовываетс  в электрические колебани  (сигналы). С выхода датчика 8 вибраций сигналы поступают на вход экстрематора 9.

Экстрематор 9 позвол ет определ ть косвенньм методом момент времени , при котором давление в цилиндре при сгорании горючей смеси достигает максимального значени . Задача оп0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ределени  указанного момента времени сводитс  к задаче определени  момента времени, при котором огибающа  электрических колебаний достигает максимума. Дл  решени  этой задачи на втором выходе деип1фратора 4 формируетс  импульс, разрешающий работу экстрематора 9 и счетчика 6 номера зоны и соответствующий тому диапазону углов поворота коленчатого вала, где может наблюдатьс  максимум давлени  в камерах сгорани , например 0-30 градусов после ВМТ.

Экстрематор 9 последовательно отслеживает амплитуду указанных полуволн и в момент достижени  максимума каждой полуволны вьфабатывает импульс, передний фронт индицирует момент экстремума полуволны, причем передний фронт последнего импульса индицирует момент достижени  экстремума огибающей всего процесса. Передним фронтом импульсов экстрематора 9 в буферный регистр 7 последовательно записываютс  состо ни  счетчика 6 номера зоны, соответствующие каждому экстремуму, а последним им- пульсным - то состо ние счетчика 6 номера зоны, которое соответствует моменту достижени  максимума огибающей электрических колебаний, т.е. фиксируетс  номер зоны в момент времени , при котором давление в камере сгорани  цилиндра достигает максимального значени . Буферный регистр 7 предназначен дл  записи и хранени  номера этой зоны. Очевидно,что в случае, если номер зоны, записанный в буферном р егистре 7, больше Смень- ше)номера центральной зоны(зоны оптимального угла), то момент воспламенени  рабочей смеси установлен с запаздыванием (опережением) относительно оптимального значе1ш , а в случае их равенства - соответствует оптимальному .

По окончании импульса на втором выходе дешифратора 4 по вл етс  импульс на третьем выходе дешифратора 4, переписывающий информадаю из буферного регистра 7 в регистр 10 сдвига, который через каждые N ступеней имеет промежуточные выходы, как минимум один вьгход.

Регистр 10 сдвига предназначен дл  задержки, хранени  и выдачи информации о положении максимума давлени  в цилиндрах в нескольких соседних циклах работы Z1BC дл  последующего прогнозировани  и расчета величины поправки к УОЗ предьщущего цикла .

Регистр, соответственно, имеет несколько промежуточных выходов. На всех выходах одновременно по вл етс  информаци  о номерах зон, в которых имеет место максимум давлени  в данном цилиндре, причем на первом (основном) выходе - информаци  предыдущего цикла, а на последующих (промежуточных ) выходах - информаци  о более ранних циклах работы. Следовательно , чем больше промежуточных выходов , тем более точно можно прогнозировать зону, в которую может попасть максимум давлени  в следующем цикле работы, а значит и более точно ввести соответствующую поправку. От числа выходов зависит общее число ступеней задержки регистра (длина регистра). Расположение выходов по длине регистра выбираетс  исход  из алгоритма работы устройства управлени  зажиганием, количества цилиндров в две и пор дка их работы. Так, дл  4-цилиндрового две с пор дком работы цилиндров 1-3-4-2 в момент, когда с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета поступает импульс, соответствующий , например, ВМТ поршн  третьего цилиндра, производитс  загрузка в счетчик 15 времени задержки информации , соответствующей УОЗ четвертого цилиндра, и подготовка в регистре 10 сдвига и функциональном преобразователе 11 код - код информации соответствующей УОЗ второго цилиндра

Это приводит к тому, что первый (основной) выход регистра 10 сдвига должен быть через (N-2) ступе ш (в данном случае через две ступени),остальные выходы - через каждые N ступеней после основного (в данном случае через четыре). (

Информаци  с выходов регистра 10

сдвига поступает на входы функционального преобразовател  11 код - код.

Функциональный преобразователь 11 код - код вырабатывает сигнал ошибки регулировани  в соответствии с предысторией попадани  импульсов с выхода экстрематора 9 в определенные зоны углов поворота коленчатого вала, а именно в соответствии с предысторией попадани  в определенные зо , .

10

15

20

25

9207610

ны углов ПКВ максимума давлени  в данном цилиндре в нескольких сосед|них циклах работы ЛВС. Если номер I

зоны, записанный в буферном регистре 7, больше (меньше) ног .фа центральной зоны (зоны оптимального угла ), сигнал ошибки регулировани  должен соответствовать введению опережени  (запаздывани ) УОЗ, а в случае их равенства - быть равным нулю, Сигналом к вьфаботке функциональным преобразователем 11 код - код опиб- : ки регулировани   вл етс  по вление информации о номере этой зоны на ос новном выходе регистра 10 сдвига, а сигналом к изменению величины ошибки регулировани  служит одновременна  информаци  о номере зоны на каждом выходе регистра (исключа  случай , когда эта информаци  соответствует номеру центральной зоны и величина ошибки регулировани  равна нулю). Так, например, в установив- щемс  режиме на всех выходах регистра 10 сдвига присутствует информаци , соответствующа  номеру центральной зоны II (в данном случае 01). Если вследствие каких-либо причин УОЗ оказалс , например, недостаточным, т.е. максимум давлени  попадает в

зону III, на основном (первом) выходе регистра 10 сдвига по вл етс  номер зоны III (в данном случае 10), на остальных выходах по-прежнему присутствует 01.В этом случае функциональный преобразователь 11 код - КОД вырабатывает сигнал ошиб1 И, увеличивающий УОЗ на требуемую величину . При работе ДВС в режимах разгона (торможени ), когда скорость вращени  вала измен етс  достаточно быстро, возможна ситуаци , когда на

основном выходе регистра 10 сдвига оп ть по вл етс  информаци , соответствующа  номеру зоны III, т.е. така  информаци  присутствует на двух соседних выходах регистра 10 сдвига. В этом случае функциональный преобразователь 11 код - код вьфаботает сигнал ошибки больше, например, I

в два раза, и т.д. Этот сигнал ошибки регулировани , например, дл  четвертого цилиндра складываетс  в сумматоре 12 с сигналом регулировани  предьщущего цикла дл  этого цилиндра, извлеченным из запоминающего устройства 13 на N  чеек.

30

35

40

45

50

55

111492076

Очередным импульсом с выхода (основного ) датчика 1 начала отсчета результат сложени  загружаетс  в пам ть запоминающего устройства 13 на N  чеек и одновременно в счетчик

15времени задержки, т.е. состо ние счетчика соответствует угловому положению коленчатого вала, в момент достижени  которого производитс  воспламенение горючей смеси.

Одновременно этот же импульс датчика 1 начала отсчета измен ет состо ние счетчика 14 по модулю N на единицу, при этом его состо ние соответствует номеру цилиндра, в котором в данный момент времени происходит сгорание горючей смеси (в. данном случае при пор дке работы цилиндров 1-3-4-2 - третьему цилиндру). Код, соответствуюЕЦИй номеру этого цилиндра, поступает с выхода счетчика 14 по модулю N на адресные входы регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и запоминающего устройства 13 на N  чеек, тем самым устанавливаетс  требуема  дл  данного цилиндра длина регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и извлекаетс  из запоминающего устройства 13 на N  чеек значение сигнала регулировани  прошлого цикла, относ щеес  к следующему цилиндру (в данном случае второму цилиндру ) . В это же врем  на счетный вход счетчика 15 времени задержки с выхода умножител  2 частоты поступают импульсы, следующие через заданный угол поворота коленчатого вала. Счетчик 15 времени задержки, работающий в режиме вычитани , отсчитывает загруженное в него число импульсов и выдает сигнал на схему

16формировани  импульсов зажигани , выходной сигнал которой через распределитель 17 зажигани  поступает на свечу зажигани  дл  воспламенени  горючей смеси в камере сгорани  цилиндра (в данном случае четвертого цилиндра).

При поступлении следующего импульса с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета процессы обработки информации повтор ютс  со сдвигом номера цилиндра в соответствии с пор дком их работы.

Датчик 18 импульса первого цилиндра обеспечивает жесткую прив зку работы регистра 5 сдвига с регули

ру ро ты ра им . ва по ло

jQ Эт но N, со но

J5 ци то по вх мо

20 ст ра

ли тр

25 же вр те ра ди

30 РЫ ги

ст др

, ту га ем ет эт

дд ре чи ка

j5 ни вос пут пул ка CQ 16 (н с ла дер рой чис вр и р в

76

1 2

руемой длиной и запоминающего устройства 13 на N  чеек к пор дку работы цилиндров две. В каждом цикле работы N-цилиндрового ДВС датчик 18 импульса первого цилиндра вьфабаты- вает один импульс, например, в зоне поджига горючей смеси цилиндра, условно выбранного за опорный (первый),

Этот импульс устанавливает в исходное состо ние счетчик 14 по модулю N, обеспечива  тем самым прив зку состо ний счетчика (характеризующих номер цилиндра) к пор дку работы

цилиндров.Коды, соответствующие состо ни м счетчика 14 по модулю N, поступают с его выхода на адресные входы регистра 5 сдвига с регулируемой длиной и запоминающего устрой ства 13 на N  чеек и управл ют их работой.

К датчику 18 импульса первого цилиндра никаких повышенных точностных требований не предъ вл етс , он может быть выполнен .с использованием вращающегос  вала типа распределительный вал двигател , например на распределительном валу установлен диск с опорным зубом (выступ), котоРЫй взаимодействует с датчиком,реагирующим .на его прохождение.

Таким образом, несмотр  на конструкторские , технологические и другие отличи  цилиндров и комплектующих поршневой группы друг от друга , устройство управлени  зажиганием оптимальным образом устанавливает УОЗ дл  каждого цилиндра ДВС, в этом числе и при работе двигател  в

режимах разгона и торможени , увеличива  тем самым его мощностныс показатели .

При запуске двигател  формирова- ние высоковольтных импульсов дл  воспламенени  смеси осуществл етс  путем непосредственной подачи импульсов с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета на вход схемы 16 формировани  импульсов зажигани  (не показано). При этом импульсами с выхода (основного) датчика 1 начала отсчета в счетчик 15 времени задержки и  чейки запоминающего устройства 13 на N  чеек записываетс  число, равное емкости счетчика 15 времени задержки, буферный регистр 7 и регистр 10 сдвига устанавливаютс  в нулевое состо ние.

Claims (1)

1. Переход на режим автоматическогоФормула изобретени  управлени  зажиганием осуществл етс  с момента времени, при которомУстройство управлени  зажиганием частота выходных сигналов умножите- двигател  внутреннего сгорани  по л  2 частоты входит в его частотныйавт.св. № 1302007, отличаю- диапазон, например, когда частотащ е вс  тем, что, с целью повы- вращени  коленчатого вала превышаетшени  точности установки момента за- половину от значени  частоты враще-жигани  дл  казадого цилиндра, оно ни  коленчатого вала на режиме холос-jg дополнительно содержит датчик импуль- того хода. С этого момента за дваса первого цилиндра,выход которого цикла работы ДВС устройство управле-соединен с вторым входом счетчика по ни  зажиганием вьфабатывает сигналмодулю N,a выход счетчика соединен ошибки регулировани  и производитс адресным входом регистра сдвига с корректировку момента воспламенени 15 регудируемой длиной, смеси, как описано.