Система автоматического управления работой карбюраторного двигателя в динамическом режиме самостоятельного холостого хода
AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF CARBURETOR ENGINE OPERATION IN DYNAMIC MODE OF INDEPENDENT IDLING

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при работе поршневого карбюраторного двигателя в динамическом режиме самостоятельного холостого хода (ДРСХХ) во время остановок, стоянок и при движении свободным накатом автомобиля.
Известна система управления работой карбюраторного двигателя в ДРСХХ [Патент 2302542 РФ, МПК F02D 41/02, 41/10. Система автоматического управления карбюраторным двигателем в режиме холостого хода / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, М.Ф. Глебов; Пенз. гос. с.-х. академия. - №2006105176/06; Заявл. 20.02.2006; Опубл. 10.07.2007, Бюл. №19]], содержащая карбюратор, электромагнитный (или электропневматический) клапан для отключения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) через выходной канал системы холостого хода карбюратора, педаль акселератора, электронный блок управления (ЭБУ), датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчик положения педали акселератора (дроссельной заслонки карбюратора), датчики детонации, λ-зонда, температуры воздуха на входе в карбюратор, температуры топлива в карбюраторе, температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя и датчик абсолютного давления топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе, источник питания.
В зависимости от условий работы двигателя в режиме самостоятельного холостого хода информативные сигналы от датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, детонации, λ-зонда, температуры воздуха на входе в карбюратор, температуры топлива в карбюраторе, температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя и абсолютного давления топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе поступают в ЭБУ, который формирует командный импульсный сигнал с различной периодичностью и длительностью. При подаче командного сигнала единичного или нулевого уровня, сформированного в ЭБУ, в электрическую цепь электромагнитного (или электропневматического) клапана последний перемещается в сторону полного отключения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) или включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) через выходной канал системы холостого хода карбюратора, создавая такты отключения и включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) выбега, которые в свою очередь образуют цикл ДРСХХ. Если работа карбюраторного двигателя осуществляется в режиме самостоятельного холостого хода (при остановках, стоянках, движении свободным накатом автомобиля), то чередующиеся такты отключения и включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) через выходной канал системы холостого хода карбюратора создают последовательно повторяющиеся циклы ДРСХХ.
Недостатком данной системы автоматического управления работой карбюраторного двигателя является недостаточная функциональность системы по причине неопределенности элементов и параметров электронного блока управления, необходимых для осуществления возвратно-поступательного перемещения электромагнитного (или электропневматического) клапана в выходном канале системы холостого хода карбюратора при создании необходимых циклов динамического режима самостоятельного холостого хода.
Наиболее близким к заявленному изобретению относится система управления работой карбюраторного двигателя в ДРСХХ [Патент 2204730 РФ, МПК 7F 02 D 41/16, 17/04, G01M 15/00. Способ управления работой транспортного двигателя внутреннего сгорания на режиме динамического холостого хода и устройство для его осуществления / А.П. Уханов, С.В. Тимохин, Д.А. Уханов, А.С. Тимохин; Пенз. гос. с.-х. академия. - №2001112308/06; Заявл. 04.05.2001; Опубл. 20.05.2003, Бюл. №14], содержащая автомобильный карбюраторный двигатель, задатчик скоростного режима в виде педали акселератора, исполнительный механизм в виде электромагнитного (или электропневматического) клапана, размещенного в выходном канале системы холостого хода карбюратора, электронный блок управления, электрически соединенный с датчиками частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения задатчика скоростного режима, положения педали сцепления и нейтрального положения рычага переключения передач автомобиля, включатель и источник постоянного тока напряжением 12 В.
Создание последовательно повторяющихся кратковременных циклов ДРСХХ, состоящих из чередующихся тактов отключения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) и тактов включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) в области пониженных частот вращения коленчатого вала двигателя, осуществляемых по командным сигналам, сформированных в ЭБУ и подаваемых в электрическую цепь электромагнитного (или электропневматического) клапана, осуществляется путем возвратно-поступательного перемещения электроклапана соответственно в сторону полного отключения и последующего включения подачи топлива через выходной канал системы холостого хода карбюратора во время остановок и стоянок автомобилей по сигналам соответствующих датчиков при отпущенной педали акселератора и сцепления, а также установке рычага переключения передач в нейтральное положение.
Недостатком данной системы автоматического управления работой карбюраторного двигателя является недостаточная функциональность системы по причине неопределенности элементов и параметров электронного блока управления, необходимых для осуществления возвратно-поступательного перемещения электромагнитного (или электропневматического) клапана в выходном канале системы холостого хода карбюратора при создании необходимых циклов динамического режима самостоятельного холостого хода.
Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков и от его реализации получен следующий технический результат: расширение функциональных возможностей системы за счет определения элементов и параметров электронного блока управления, обеспечивающего требуемые закономерности циклов ДРСХХ за счет возвратно-поступательного перемещения электромагнитного (или электропневматического) клапана в выходном канале системы холостого хода карбюратора.
Указанный технический результат достигается применением системы автоматического управления работой карбюраторного двигателя в динамическом режиме самостоятельного холостого хода, содержащей автомобильный карбюраторный двигатель, задатчик скоростного режима в виде педали акселератора, исполнительный механизм в виде электромагнитного (или электропневматического) клапана, размещенного в выходном канале системы холостого хода карбюратора, электронный блок управления, электрически соединенный с датчиками частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения задатчика скоростного режима, положения педали сцепления и нейтрального положения рычага переключения передач автомобиля, включатель и источник постоянного тока напряжением 12 В, причем электронный блок управления состоит из стабилизатора напряжения, преобразующего входное напряжение питания 12 В в выходное напряжение 5 В для питания электрических цепей радиодеталей блока, усилителя-формирователя импульсов напряжения высокого уровня величиной 4,5 В и низкого уровня величиной 0,5 В, одновибратора-триггера Шмидта, формирующего на своем выходе прямоугольные импульсы напряжения с определенной длительностью и паузой между ними, а также микроконтроллера, электрически соединенного с электромагнитным (или электропневматическим) клапаном.
Новые существенные признаки заявленной системы управления работой карбюраторного двигателя (стабилизатор напряжения, усилитель-формирователь импульсов напряжения, одновибратор и микроконтроллер) в совокупности с новыми параметрами (напряжение питания электрических цепей радиодеталей - 5 В, высокий уровень импульса напряжения - 4,5 В и низкий уровень - 0,5 В) и электрическими связями (электроклапан соединен с микроконтроллером ЭБУ) расширяют функциональные возможности системы при работе двигателя в ДРСХХ за счет обеспечения требуемых закономерностей циклов.
На фиг. 1 показана блок-схема системы автоматического управления работой карбюраторного двигателя в динамическом режиме самостоятельного холостого хода.
Система автоматического управления работой карбюраторного двигателя в динамическом режиме самостоятельного холостого хода, содержащая автомобильный карбюраторный двигатель 1, задатчик скоростного режима в виде педали акселератора 2, исполнительный механизм в виде электромагнитного (или электропневматического) клапана 3, размещенного в выходном канале системы холостого хода карбюратора, электронный блок управления 4, электрически соединенный с датчиками частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения задатчика скоростного режима, положения педали сцепления и нейтрального положения рычага переключения передач автомобиля 5, 6, 7 и 8, включатель 9 и источник постоянного тока 10 напряжением 12 В, причем электронный блок управления 4 состоит из стабилизатора напряжения И, преобразующего входное напряжение 12 В источника постоянного тока 10 в выходное напряжение 5 В для питания электрических цепей радиодеталей блока, усилителя-формирователя импульсов напряжения 12 высокого уровня величиной 4,5 В и низкого уровня величиной 0,5 В, одновибратора-триггера Шмидта 13, формирующего на своем выходе прямоугольные импульсы напряжения с определенной длительностью и паузой между ними, а также микроконтроллера 14, электрически соединенного с электромагнитным (или электропневматическим) клапаном 3.
В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала 5 двигателя 1 служит датчик Холла, обеспечивающий последовательность прямоугольных импульсов напряжения со стабильной формой и амплитудой. Постоянство напряжения на выходе источника постоянного тока 10 и преобразование его в выходное напряжение величиной 5 В для питания радиодеталей (микросхем) ЭБУ 4 обеспечивается стабилизатором напряжения 11. Усилитель-формирователь 12 формирует на своем выходе импульсы напряжения высокого (4,5 В) и низкого (0,5 В) уровня, соответствующие уровням микроконтроллера 14. Для четкого срабатывания микроконтроллера 14 Atmega-324 по цифровому входу служит одновибратор-триггер Шмидта 13, на выходе которого формируется прямоугольный импульс напряжения с определенной длительностью и паузой между ними. Аппаратное и программное обеспечение микроконтроллера 14 Atmega-324 выполнены на платформе ArduinoUno. Работа системы происходит следующим образом.
Включателем 9 электрические цепи системы подключаются к источнику постоянного тока 10 бортовой электросети автомобиля.
На минимальных оборотах типового режима самостоятельного холостого хода (например, 850 об/мин) педаль акселератора 2 отпущена, рычаг переключения передач автомобиля находится в нейтральном положении, педаль сцепления также отпущена, а контакты соответствующих датчиков положения 6, 7 и 8 сомкнуты. Возникает разрешающая ситуация на автоматическое включение ДРСХХ. При этом по информативным (разрешающим) сигналам датчика частоты вращения коленчатого вала 5 двигателя 1 блок ЭБУ 4 формирует командный импульс напряжения высокого уровня (4,5 В) на перемещение электроклапана 3 в сторону закрытия выходного канала системы холостого хода карбюратора. Начинается такт отключения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) в цикле ДРСХХ. Продолжительность такта отключения подачи топлива продолжается от верхнего значения, соответствующего минимальным оборотам типового режима холостого хода, до достижения нижнего значения частоты вращения коленчатого вала двигателя 1 (например, 450 об/мин), которая будет зависеть от длительности импульса напряжения, сформированного в ЭБУ 4.
После окончания импульса длительности по информативным сигналам датчика частоты вращения коленчатого вала 5 двигателя 1 в ЭБУ 4 формируется командный импульс напряжения низкого уровня (0,5 В) на перемещение электроклапана 3 в сторону открытия выходного канала системы холостого хода карбюратора. Начинается такт включения подачи топлива (или топливоздушной смеси) в цикле ДРСХХ. Продолжительность такта включения подачи топлива продолжается до верхнего значения частоты вращения коленчатого вала двигателя 1(850 об/мин), которая будет зависеть от паузы импульса напряжения, сформированного в ЭБУ 4.
После окончания импульса паузы электроклапан 3 закроет выходной канал системы холостого хода карбюратора и обеспечит отключение подачи топлива (или топливовоздушной смеси) через выходной канал системы холостого хода карбюратора. При этом опять начнется такт отключения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) в цикле ДРСХХ.
Чередующиеся такты отключения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) и включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) образуют цикл ДРСХХ, а последовательно повторяющиеся циклы характеризуют работу карбюраторного двигателя в ДРСХХ. Продолжительность работы двигателя в ДРСХХ будет зависеть от времени остановок и стоянок автомобиля с работающим двигателем, а также от времени работы автомобиля в режиме свободного наката.
Перед троганием автомобиля с места при нажатии на педаль сцепления и переводе рычага переключения передач в рабочее положение контакты соответствующих датчиков 7 и 8 размыкаются, электрическая цепь ЭБУ 4 отсоединяется от источника постоянного тока 10 и двигатель 1 переходит с ДРСХХ на типовой тяговый режим. В процессе трогания автомобиля предусмотрено дублирующее отключение ЭБУ 4 от источника тока 10 за счет размыкания контактов датчика 6 при нажатии на педаль акселератора 2.
Таким образом, за счет элементов ЭБУ 4 (стабилизатора напряжения 11, усилителя-формирователя импульсов напряжения 12, одновибратора 13 и микроконтроллера 14) обеспечиваются требуемые закономерности создания тактов отключения и включения топлива (или топливовоздушной смеси) через выходной канал системы холостого хода карбюратора, а также автоматическое включение ДРСХХ при остановках, стоянках и свободном накате автомобиля, а также автоматическое отключение ДРСХХ при переходе автомобиля на типовой тяговый режим, что расширяет функциональные возможности заявленной системы управления работой карбюраторного двигателя 1.
Заявленная система управления работой карбюраторного двигателя в динамическом режиме самостоятельного холостого хода технически реализуема. На фиг. 2 показаны изделия системы: электроклапан (1), электронный блок управления (2) и электропровода (3).