Способ управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода и устройство для его осуществления
METHOD CONTROL OVER THE TRANSPORT FUEL INJECTION ENGINE OPERATION IN THE SELF-IDLING MODE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Способ управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области автотранспортного двигателестроения и может быть использовано для работы поршневых двигателей внутреннего сгорания с инжекторным одноточечным или распределенным впрыском топлива и электронным управлением в режиме самостоятельного холостого хода (РСХХ) во время остановок, стоянок или движения накатом транспортного средства.
Известен способ управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода [Патент 2460897 РФ, МПК F02D 41/16. Способ управления работой карбюраторного двигателя на динамическом режиме самостоятельного холостого хода / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, М.А. Уханов; ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - №2011109825/06. Заяв. 15.03.2011. Опубл. 10.09.2012. Бюл. №25], заключающийся в формировании в электронном блоке управления последовательно чередующихся импульсов напряжения низкого и высокого уровня в области пониженных частот вращения коленчатого вала (к.в.) двигателя, подаваемых в электрическую цепь электромагнитного исполнительного механизма органа топливовоздушной смеси по командным сигналам датчика положения дроссельной заслонки карбюратора и датчика частоты вращения к.в., электрически соединенных с электронным блоком управления.
Известно устройство для управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода [Патент 2302542 РФ, МПК F02D 41/02, F02D 41/10. Система автоматического управления карбюраторным двигателем в режиме холостого хода / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, М.Ф. Глебов; ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - №2006105176/06. Заяв. 20.02.2006. Опубл. 10.07.2007. Бюл. №19], содержащее карбюратор, электромагнитный исполнительный механизм, выполненный в виде электромагнитного или электропневматического клапана, электронный блок управления, датчик и измеритель частоты вращения к.в. двигателя, датчик положения дроссельной заслонки карбюратора, орган управления топливовоздушной смеси (педаль акселератора) и источник питания. Подключение электронного блока управления к источнику питания или отключение происходит автоматически соответственно при отпущенной или нажатой педали акселератора по информативным сигналам от датчиков детонации, λ-зонда и температуры эксплуатационных материалов (топлива, воздуха, охлаждающей жидкости).
Управление подачей топливовоздушной смеси при работе карбюраторного двигателя в РСХХ осуществляется автоматическим перемещением электромагнитного или электропневматического клапана в сторону открытия или перекрытия выходного канала системы холостого хода карбюратора, что позволяет приготавливать качественный состав горючей смеси на заданной частоте вращения к.в. и снижать эксплуатационный расход топлива у транспортного средства, оснащенного карбюраторным двигателем.
Недостатком описанных способа управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода и устройства для его осуществления является невозможность использования последовательно чередующихся импульсов напряжения низкого и высокого уровня в качестве управляющего сигнала низкого и высокого уровня для именения состояний ожидания и обмена информацией между электронным блоком управления и штатным котроллером и принятия решения о приготовлении обедненного состава горючей смеси и переходе работы двигателя на требуемую (заданную) частоту вращения к.в. режима самостоятельного холостого хода, обеспечивающей снижение эксплуатационного расхода топлива при остановках, стоянках и движении накатом транспортного средства с работающим двигателем инжекторного типа.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению относится способ управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода и устройство для осуществления [Патент 2204730 РФ, МПК F02D 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. Заяв. 04.05.2001. Опубл. 20.05.2003. Бюл. №14].
Способ управления работой транспортного двигателя заключается в формировании в электронном блоке управления последовательно чередующихся импульсов напряжения низкого и высокого уровня в области пониженных частот вращения к.в. двигателя, подаваемыми в электрическую цепь электромагнитного исполнительного механизма органа топливоподачи (рейка или дозатор топливного насоса высокого давления, рычаг центробежного регулятора частоты вращения, скоба останова дизеля и др.) по командным сигналам задатчика скоростного режима и датчиков положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач транспортного средства, электрически соединенных с электронным блоком управления.
Устройство, реализующее данный способ, содержит транспортный двигатель, электромагнитный исполнительный механизм органа топливоподачи, электронный блок управления, электрически соединенный с задатчиком скоростного режима и датчиками положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач транспортного средства.
Управление подачей топлива при работе дизельного двигателя в РСХХ осуществляется автоматическим перемещением рейки (дозатора) топливного насоса высокого давления, либо рычага центробежного регулятора частоты вращения, либо скобы останова двигателя в сторону отключения или включения топливоподачи, что позволяет приготавливать качественный состав горючей смеси на заданной частоте вращения к.в. и снижать эксплуатационный расход топлива у транспортного средства, оснащенного дизельным двигателем.
Недостатком описанных способа управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода и устройства для его осуществления является невозможность использования последовательно чередующихся импульсов напряжения низкого и высокого уровня в качестве управляющего сигнала низкого и высокого уровня для изменения состояний ожидания и обмена информацией между электронным блоком управления и штатным котроллером и принятия решения о приготовлении обедненного состава горючей смеси и переходе работы двигателя на требуемую (заданную) частоту вращения к.в. режима самостоятельного холостого хода, обеспечивающей снижение эксплуатационного расхода топлива при остановках, стоянках и движении накатом транспортного средства с работающим двигателем инжекторного типа.
Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков и от его реализации получен следующий технический результат: обеспечение формирования состояний ожидания и обмена информацией между электронным блоком управления и штатным контроллером для принятия решения о приготовлении обедненного состава горючей смеси и переходе работы двигателя на требуемую (заданную) частоту вращения к.в. режима самостоятельного холостого хода, обеспечивающей снижение эксплуатационного расхода топлива при остановках, стоянках и движении накатом транспортного средства с работающим двигателем инжекторного типа.
Указанный технический результат достигается за счет применения способа управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода, заключающийся в формировании в электронном блоке управления управляющего сигнала низкого и высокого уровня в области пониженных частот вращения к.в. двигателя, подаваемых в электрическую цепь электромагнитного исполнительного механизма органа топливоподачи или топливовоздушной смеси по командным сигналам задатчика скоростного режима и датчиков положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач транспортного средства, электрически соединенных с электронным блоком управления, при этом управляющий сигнал изменяет состояния ожиданий или обмена информацией между электронным блоком управления и штатным контроллером двигателя, посылает полученный управляющий сигнал в штатный контроллер для принятия решения о приготовлении обедненного состава горючей смеси и переходе работы двигателя на требуемую пониженную частоту вращения к.в., предварительно заданную задатчиком скоростного режима, или на частоту вращения к.в., характерную для типового режима самостоятельного холостого хода, причем изменения состояний ожидания или обмена информацией между электронным блоком управления и штатным контроллером двигателя осуществляются циклически путем смены друг друга в зависимости от вида управляющего сигнала, при зтом управляющий сигнал высокого уровня обеспечивает работу двигателя на заданной пониженной частоте вращения к.в. динамического самостоятельного холостого хода, а управляющий сигнал низкого уровня при сбросе управляющего сигнала высокого уровня посылает в штатный контроллер посылку с заданием на сброс записанной уставки и возврат двигателя к работе на частоте вращения к.в., характерной для типового режима самостоятельного холостого хода, причем после этой посылки электронный блок управления возвращается в состояние ожидания командных сигналов с задатчика скоростного режима и датчиков положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач транспортного средства, при этом преобразование уровней управляющего сигнала между стандартом линии связи электронного блока управления и стандартом линии связи штатного котроллера двигателя осуществляется адаптером последовательного канала.
Технический результат достигается также за счет применения устройства, реализующего предлагаемый способ управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода, содержащего транспортный двигатель со штатным контроллером, электромагнитный исполнительный механизм органа топливоподачи или топливовоздушной смеси, включатель питания бортовой электросети транспортного средства, электронный блок управления, электрически соединенный с задатчиком скоростного режима и датчиками положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач транспортного средства, при этом исполнительным механизмом органа топливоподачи или топливо-воздушной смеси являются одна или несколько электромагнитных форсунок и регулятор холостого хода, управляемые штатным контроллером двигателя, а электронный блок управления, состоящий из микроконтроллера, стабилизатора напряжения и адаптера последовательного канала, электрически соединен со штатным контроллером двигателя при помощи колодки подключения внешних цепей, вставляемой в диагностический разъем транспортного средства, причем микроконтроллер выполнен на базе однокристальной микроЭВМ, а задатчиком скоростного режима является многопозиционный переключатель, встроенный в электронный блок управления.
Новые существенные признаки предлагаемого способа и устройства для его осуществления заключаются в формировании в электронном блоке управления управляющего сигнала низкого и высокого уровня для изменения состояний ожидания или обмена информацией между электронным блоком управления и штатным контроллером двигателя, и подаваемого в цепь электромагнитной(ых) форсунки(ок) и регулятора холостого хода для приготовления обедненного состава горючей смеси, соответствующего заданной частоте вращения к.в. двигателя в РСХХ.
Использование новых элементов электронного блока управления (микроконтроллера, стабилизатора напряжения и адаптера последовательного канала) со встроенным в него задатчиком скоростного режима, выполненного в виде многопозиционного переключателя, а также колодки подключения внешних цепей в совокупности с новыми сигналами управления, функциональными и электрическими связями обеспечивает наиболее экономичную по расходу топлива работу транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива на пониженной частоте вращения к.в. РСХХ.
Применение указанных новых существенных признаков заявленного изобретения позволяет в совокупности улучшить управление работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в РСХХ и снизить эксплуатационный расход топлива двигателем за счет автоматической перенастройки (автоматического перепрограммирования) штатного контроллера на такой состав горючей смеси, который соответствует заданному скоростному режиму самостоятельного холостого хода.
На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода, реализующая способ.
Устройство для управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в РСХХ содержит транспортный двигатель 1 со штатным контроллером 2, электромагнитный исполнительный механизм органа топливоподачи или топливовоздушной смеси 3, включатель питания бортовой электросети транспортного средства 4, электронный блок управления 5, электрически соединенный с задатчиком скоростного режима 6 и датчиками положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач 7 и 8 транспортного средства, при этом исполнительным механизмом органа топливоподачи или топливовоздушной смеси 3 являются одна или несколько электромагнитных форсунок 9 и регулятор холостого хода 10, управляемые штатным контроллером 2 двигателя 1, а электронный блок управления 5, состоящий из микроконтроллера 11, стабилизатора напряжения 12 и адаптера последовательного канала 13, электрически соединен со штатным контроллером 2 двигателя 1 при помощи колодки подключения внешних цепей 14, вставляемой в диагностический разъем 15 транспортного средства, причем микроконтроллер 11 выполнен на базе однокристальной микроЭВМ, а задатчиком скоростного режима 6 является многопозиционный переключатель 16, встроенный в электронный блок управления 5.
Напряжение питания микроконтроллера 11 в пределах 5В±10% поддерживается стабилизатором напряжения 12. Микроконтроллер 11 записывает код уставки заданной частоты вращения к.в. на холостом ходу, реализует все логические и арифметические операции, осуществляет при передаче информации в штатный контроллер 2 двигателя 1 преобразование параллельного формата в последовательный и при приеме передачи последовательного формата в параллельный, обрабатывает протокол обмена информацией между штатным контроллером 2 и электронным блоком управления 5, микроконтроллер 11 которого работает в режиме ожидания и обмена информацией. Преобразование уровней управляющего сигнала между стандартом линии связи электронного блока управления 5 и стандартом линии связи контроллера 2 двигателя 1 осуществляется адаптером последовательного канала 13.
Работа устройства происходит следующим образом.
Включателем 4 подключают электронный блок управления 5 к питанию бортовой электросети транспортного средства, а колодку подключения внешних цепей 14 вставляют в диагностический разъем 15 для подключения электронного блока управления 5 к штатному контроллеру 2 двигателя 1. При этом происходит инициализация всех внутренних элементов микроконтроллера 11 электронного блока управления 5, по завершению которой микроконтроллер 11 переходит в состояние ожидания сигнала с многопозиционного переключателя 16 и датчиков положения педали муфты сцепления и рычага переключения передач 7 и 8 транспортного средства.
-1
-1
При установке переключателя 16 в одну из позиций, соответствующей определенной пониженной частоте вращения к.в. двигателя на холостом ходу (например, 400, 500, 600 или 700 мин), т.е. частоте вращения к.в. ниже частоты вращения к.в. типового РСХХ (800-900 мин), формируется код уставки данной частоты вращения к.в. двигателя на холостом ходу. Если при этом педаль муфты сцепления отпущена, а рычаг переключения передач транспортного средства находится в нейтральном положении, то соответствующие командные сигналы высокого уровня с датчиков положения 7 и 8 поступают в микроконтроллер 11, что переводит электронный блок управления 5 в состояние обмена информацией со штатным контроллером 2, при котором микроконтроллер 11 посылает в контроллер 2 уставку частоты вращения к.в. двигателя на холостом ходу, заданной переключателем 16.
В состоянии обмена информацией микроконтроллер 11 электронного блока управления 5 считывает код (K) уставки заданной частоты вращения к.в. и устанавливает связь со штатным контроллером 2. Установив связь, микроконтроллер 11 запрашивает текущую частоту вращения к.в. на холостом ходу (), после получения которой рассчитывает значение уставки заданной частоты вращения к.в. по зависимости  и посылает в штатный контроллер 2 двигателя 1 для подтверждения получения уставки ответной посылкой.
Все время, пока датчиками положения 7 и 8 формируется командный сигнал высокого уровня, двигатель работает на заданной пониженной частоте вращения к.в. РСХХ. При нажатии на педаль муфты сцепления и (или) переводе рычага переключения передач из нейтрального положения в рабочее происходит сброс командного сигнала высокого уровня с датчиков положения 7 и 8. Это приводит к тому, что микроконтроллер 11 посылает в штатный контроллер 2 посылку с заданием на сброс записанной уставки и возврат работы двигателя 1 на частоте вращения к.в., характерной для типового РСХХ. После этого электронный блок управления 5 возвращается в состояние ожидания сигнала с многопозиционного переключателя 16 и датчиков положения 7 и 8.
Все сообщения между микроконтроллером 11 электронного блока управления 5 производятся через адаптер последовательного канала связи 13. Количество байт в каждом сообщении и значения каждого байта регламентированы и определены протоколом обмена. После выдачи каждого очередного сообщения микроконтроллер 11 переходит в режим приема. Каждый прием сообщения завершается по тайм-ауту. В процессе обмена активным является микроконтроллер 11 электронного блока управления 5, в то время как штатный контроллер 2 двигателя 1 формирует только ответы на запросы микроконтроллера 11. Если принятые ответы не соответствуют заданным по числу или значениям байт, то микроконтроллер 11 переходит в режим установления связи.
Таким образом, у двигателей с инжекторным одноточечным или распределенным впрыском топлива и электронным управлением в РСХХ за счет обмена информацией между микроконтроллером 11 электронного блока управления 5 и штатным контроллером 2 происходит автоматическая перенастройка (перепрограммирование) последнего на более обедненный состав горючей смеси, необходимый для заданной многопозиционным переключателем 16 частоты вращения к.в. двигателя 1 на холостом ходу.
Способ управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода и устройство для его осуществления технически реализуемы.
На фиг. 2 представлен общий вид устройства для управления работой транспортного двигателя с инжекторным впрыском топлива в режиме самостоятельного холостого хода.
Конструктивно устройство состоит из электронного блока управления 1, выполненного в виде автономного блока с размещенными на плате элементами микроконтроллера, стабилизатора напряжения, адаптера последовательного канала и встроенного в переднюю панель блока многопозиционного переключателя, электрозажимов 2 для подключения к источнику питания постоянного напряжения и колодки подключения внешних цепей 3, вставляемой в диагностический разъем транспортного средства.
-1
-1
Подключение устройства к источнику питания автомобиля ВАЗ-2112 и к цепи штатного контроллера инжекторного двигателя ВАЗ-2111 обеспечило при стоянке автомобиля стабильную и устойчивую работу двигателя на пониженных частотах вращения коленчатого вала, равных 700, 600, 500 или 400 мин, путем перепрограммирования штатного контроллера на тот состав горючей смеси, который требуется для заданного скоростного режима, обеспечивая тем самым снижение эксплуатационного расхода топлива на холостом ходу на 15-20% по сравнению с работой двигателя на типовом скоростном РСХХ (800-900 мин). Чем не ниже задаваемая частота вращения к.в. в РСХХ, тем выше эффект по снижению расхода топлива.