УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к транспортной технике, в частности, к устройствам для управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания.
Известны устройства для управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащие формирователь импульсов, цифровой частотный компаратор, силовой транзисторный ключ, элементы защиты силового транзисторного ключа от сверхтоков (1, 2).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство управления (2), содержащее силовой транзисторный ключ, включенный между плюсовой шиной питания и выходным выводом устройства, предназначенным для подключения к обмотке электромагнитного клапана, гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства с минусовой шиной питания, цифровой частотный компаратор с верхним и нижним порогами срабатывания, снабженный первым и вторым выводами питания, первым и вторым сигнальными входами, а также выходом, связанным через элемент сопряжения с управляющим входом силового транзисторного ключа, связанные с цифровым частотным компаратором кварцевый резонатор и узел коммутации, формирователь импульсов в виде включенного между входом
устройства и минусовой шиной питания резистивного делителя напряжения, связанного средним отводом с первым сигнальным входом цифрового частотного компаратора, и конденсатора фильтра, шунтирующего нижнее плечо упомянутого резистивного делителя напряжения, цепь из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, подключенную анодом стабилитрона к минусовой шине питания, а свободным выводом резистора - к плюсовой шине питания, узел обратной связи, подключенный входом к выходному выводу устройства, выходом - ко второму сигнальному входу цифрового частотного компаратора, связанного первым выводом питания с точкой соединения стабилитрона и резистора последовательной цепи, а вторым выводом питания - с минусовой шиной питания.
Известное устройство имеет недостаток, состоящий в том, что для обеспечения требуемой точности поддержания верхнего и нижнего частотных порогов срабатывания в нем использован дорогостоящий кварцевый резонатор. Необходимость перепрограммирования цифрового частотного компаратора под конкретный тип автомобиля предполагает наличие в устройстве узла коммутации соответствующих выводов частотного компаратора. Кроме того, в аномальных режимах эксплуатации с отключенной аккумуляторной батареей на первый сигнальный вход цифрового частотного компаратора воздействуют импульсы напряжения большой амплитуды, способные вызвать отказ цифрового частотного компаратора и соответственно отказ устройства в целом.
Указанные недостатки усложняют устройство, снижают надежность и затрудняют его унификацию.
Заявляемая полезная модель направлена на упрощение устройства и повышение его надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее силовой транзисторный ключ, включенный между плюсовой шиной питания и выходным выводом устройства, предназначенным для подключения к
обмотке электромагнитного клапана, гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства с минусовой шиной питания, цифровой частотный компаратор с верхним и нижним порогами срабатывания, снабженный первым и вторым выводами питания, первым и вторым сигнальными входами, а также выходом, связанным через элемент сопряжения с управляющим входом силового транзисторного ключа, формирователь импульсов в виде включенного между входом устройства и минусовой шиной питания резистивного делителя напряжения, связанного средним отводом с одним из выводов конденсатора фильтра, узел обратной связи, подключенный входом к выходному выводу устройства, выходом - ко второму сигнальному входу цифрового частотного компаратора, цепь из последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона, введены диод, обратно включенный между плюсовой шиной питания и средним отводом резистивного делителя напряжения, и второй резистор, кроме того, цепь из последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона подключена катодом стабилитрона к плюсовой шине питания, свободным выводом первого резистора - к минусовой шине питания, конденсатор фильтра другим выводом подключен к точке соединения первого резистора и стабилитрона, а второй резистор включен между средним отводом резистивного делителя напряжения формирователя импульсов и первым сигнальным входом цифрового частотного компаратора, при этом цифровой частотный компаратор подключен первым выводом питания к плюсовой шине питания, вторым выводом питания - к точке соединения первого резистора и стабилитрона упомянутой последовательной цепи и выполнен в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для силового транзисторного ключа с учетом параметров сигналов, вырабатываемых узлом обратной связи.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания.
В состав устройства входят следующие элементы.
Силовой транзисторный ключ 1, включенный между плюсовой шиной 2 питания и выходным выводом 3 устройства, предназначенным для подключения к обмотке электромагнитного клапана (на фиг.1 обмотка показана пунктирными линиями). Гасящий диод 4, связывающий выходной вывод 3 устройства с минусовой шиной 5 питания. Цифровой частотный компаратор 6 с верхним и нижним порогами срабатывания, снабженный первым и вторым выводами питания, первым и вторым сигнальными входами, а также выходом, связанным через элемент 7 сопряжения с управляющим входом силового транзисторного ключа 1. Формирователь импульсов в виде включенного между входом 8 устройства и минусовой шиной 5 питания резистивного делителя напряжения 9, связанного средним отводом с одним из выводов конденсатора 10 фильтра. Узел 11 обратной связи, подключенный входом к выходному выводу 3 устройства, выходом - ко второму сигнальному входу цифрового частотного компаратора 6. Цепь из последовательно соединенных первого резистора 12 и стабилитрона 13. Диод 14, обратно включенный между плюсовой шиной 2 питания и средним отводом резистивного делителя напряжения 9, и второй резистор 15. Цепь из последовательно соединенных первого резистора 12 и стабилитрона 13 подключена катодом стабилитрона к плюсовой шине 2 питания, свободным выводом первого резистора 12 - к минусовой шине 5 питания. Конденсатор 10 фильтра другим выводом подключен к точке соединения первого резистора 12 и стабилитрона 13, а второй резистор 15 включен между средним отводом резистивного делителя напряжения 9 формирователя импульсов и первым сигнальным входом цифрового частотного компаратора 6. Цифровой частотный компаратор 6 подключен первым выводом питания к плюсовой шине питания 2, вторым выводом питания - к точке соединения первого резистора 12 и стабилитрона 13 упомянутой последовательной цепи и выполнен в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для силового транзисторного ключа 1 с учетом параметров сигналов, вырабатываемых узлом обратной связи 11.
Устройство работает следующим образом. Информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя снимается с системы зажигания в виде последовательности коротких импульсов напряжения с частотой f и поступает на вход 8 устройства. После соответствующего нормирования импульсов по амплитуде и длительности с помощью резистивного делителя напряжения 9 и конденсатора фильтра 10 формирователя импульсов указанный импульсный сигнал через ограничительный резистор 15 поступает на первый сигнальный вход цифрового частотного компаратора 6. Цифровой частотный компаратор 6, выполненный, например, в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для силового транзисторного ключа с учетом параметров сигналов, вырабатываемых узлом 11 обратной связи, осуществляет измерение числа входных импульсов в единицу времени и сравнивает полученное текущее значение частоты f со значениями порогов включения fвкл. или выключения fвыкл., задаваемых в соответствии с конкретным типом автомобиля. В зависимости от фактических значений частоты f следования импульсов на выходе цифрового частотного компаратора 6 формируется напряжение Uвых. высокого или низкого уровня. Например, при изменении частоты f следования импульсов от нуля до верхнего порога выключения fвыкл. на выходе частотного компаратора 6 при f<fвыкл. формируется сигнал высокого уровня, а при f>fвыкл. - сигнал низкого уровня. При изменении частоты f следования импульсов от максимальных значений до нижнего порога включения fвкл. на выходе частотного компаратора при f>fвкл. формируется сигнал низкого уровня, а при f<fвкл. - сигнал высокого уровня.
С выхода частотного компаратора 6 сигнал через элемент согласования 7 поступает на управляющий вход силового транзисторного ключа 1. При увеличении скорости автомобиля до значения, при котором частота f следования импульсов повышается до верхнего порога выключения fвыкл., на выходе компаратора 6 и соответственно на управляющем входе силового
транзисторного ключа 1 формируется высокий уровень напряжения. Силовой транзисторный ключ 1 при этом открывается и напряжение бортсети практически полностью прикладывается к обмотке электромагнитного клапана. Электромагнитный клапан включается и открывает канал холостого хода карбюратора, обеспечивая тем самым подачу топлива в двигатель.
При уменьшении скорости автомобиля до значения, при котором частота f следования импульсов понижается до нижнего порога включения fвкл., на выходе компаратора 6 и соответственно на управляющем входе силового транзисторного ключа 1 формируется низкий уровень напряжения. Силовой транзисторный ключ 1 при этом закрыт, а обмотка электромагнитного клапана обесточена. В данном случае в результате выключения электромагнитного клапана топливо в карбюратор по каналу холостого хода не поступает.
В аномальном режиме замыкания обмотки исполнительного электромагнита защита устройства от сверхтоков осуществляется следующим образом.
С помощью записанной в блок памяти микроконтроллера 6 программы реализуется алгоритм, в соответствии с которым при подаче на управляющий вход силового транзисторного ключа 1 высокого уровня напряжения через узел обратной связи 11 производится измерение напряжения на выходном выводе 3 устройства. Если измеряемое напряжение имеет высокий уровень, то подача высокого уровня напряжения на управляющий вход силового транзисторного ключа 1 не прерывается. Если измеряемое напряжение имеет низкий уровень, то на выходе частотного компаратора 6 немедленно вырабатывается низкий уровень напряжения и силовой транзисторный ключ 1 закрывается. В закрытом состоянии силовой транзисторный ключ 1 находится достаточно долгое время (~1 сек.), после чего на выходе частотного компаратора вновь вырабатывается высокий уровень напряжения. Если на нагрузке будет опять измерен низкий уровень напряжения, то подача высокого уровня напряжения на управляющий вход силового транзисторного
ключа 1 вновь прерывается и далее устройство работает аналогично вышеописанному до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание в цепи нагрузки. Данный алгоритм функционирования устройства в аномальном режиме короткого замыкания нагрузки предотвращает отказ силового транзисторного ключа 1 от перегрузки по току, т.к. в аномальном режиме силовой ключ 1 длительное время (~1 сек.) находится в выключенном состоянии и короткое (~20...30мксек.) - во включенном.
В аномальном режиме эксплуатации с отключенной аккумуляторной батареей защита первого сигнального входа цифрового частотного компаратора 6 от воздействия перенапряжений осуществляется с помощью диода 14, обратно включенного между плюсовой шиной 2 питания и средним отводом резистивного делителя напряжения 9. При поступлении на вход 8 устройства импульса перенапряжения диод 14 открывается и напряжение на среднем отводе резистивного делителя напряжения превышает напряжение на стабилитроне 13 не более чем на 0,8 В. Учитывая, что напряжение на стабилитроне 13 является нормальным напряжением питания цифрового частотного компаратора 6, указанное повышение напряжения на 0,8 В на среднем отводе резистивного делителя напряжения 9 является абсолютно безопасным как для цифрового частотного компаратора 6, так и для устройства в целом.
На фиг.2 представлен другой пример конкретной схемотехнической реализации функциональных узлов заявляемого устройства.
Данная схема по принципу действия аналогична схеме, представленной на фиг.1, и отличается от последней следующим. В качестве силового транзисторного ключа 1 в рассматриваемой схеме использован биполярный транзистор. Стабилитрон 13 зашунтирован конденсатором для сглаживания пульсаций напряжения питания микроконтроллера. При этом микроконтроллер снабжен дополнительным параметрическим входом, связанным через ограничительные резисторы с первой шиной питания и с дополнительным выводом 16 устройства. При отпущенной падали
акселератора вывод 16 устройства с помощью датчика положения дроссельной заслонки замыкается на «массу» автомобиля. При этом потенциал, прикладываемый к параметрическому входу микроконтроллера, снижается до значения низкого уровня, при котором микроконтроллер осуществляет функцию частотного компаратора так, как это было описано выше. При нажатой педали акселератора вывод 16 устройства от «массы» автомобиля отключается и к параметрическому входу микроконтроллера прикладывается потенциал высокого уровня. В результате этого на выходе микроконтроллера формируется высокий уровень напряжения, устанавливающий силовой транзисторный ключ 1 во включенное состояние. Электромагнитный клапан при этом срабатывает и подача топлива в двигатель возобновляется.
Таким образом, введение диода, обратно включенного между плюсовой шиной питания и средним отводом резистивного делителя напряжения, и второго резистора, подключение цепи из последовательно соединенных стабилитрона и первого резистора катодом стабилитрона к плюсовой шине питания, свободным выводом первого резистора - к минусовой шине питания, подключение конденсатора фильтра другим выводом к точке соединения первого резистора и стабилитрона, а также подключение второго резистора между средним отводом резистивного делителя напряжения формирователя импульсов и первым сигнальным входом цифрового частотного компаратора, кроме того, подключение цифрового частотного компаратора первым выводом питания к плюсовой шине питания, а вторым выводом питания - к точке соединения первого резистора и стабилитрона упомянутой последовательной цепи, а также выполнение цифрового частотного компаратора в виде микроконтроллера, выгодно отличает заявляемую полезную модель от прототипа, так как позволяет существенно упростить и повысить надежность устройства.
Лабораторные и эксплуатационные испытания, проведенные в ОАО «Автоэлектроника» показали высокую надежность и конкурентоспособность
заявляемой полезной модели при ее применении в качестве экономайзера принудительного холостого хода как на легковых, так и на грузовых автомобилях.
Источники информации:
1. Свидетельство RU №6023, МПК6 F 02 М 3/07, 1998 Бюл. №2.
2. Блок управления экономайзером 25.3761, технические условия ТУ 37.459.081-86, изготовитель Калужский завод электронных изделий.