RU2066387C1

RU2066387C1 - Electronic speed governor to control fuel delivery by high-pressure fuel injection pump

Info

Publication number: RU2066387C1
Application number: RU94011535A
Authority: RU
Inventors: С.П. Гладышев; В.В. Шешуков; Е.В. Бунова
Original assignee: Челябинский государственный технический университет
Priority date: 1994-04-01
Filing date: 1994-04-01
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines; speed governors. SUBSTANCE: speed governor has electronic actuating mechanism 1 and rack position differential transformer-transducer 2 installed at different sides of high-pressure fuel injection pump 3. Position transformer-transducer core 4, made integral with control rack 5, has short-circuited single-layer winding whose width is defined by rack travel working range. Moreover, transformer-transducer has two multilayer windings-coils. One of coils is 5-mm wide measuring coil 7. The other is field coil 8 whose length depends of length of rack travel. Sine voltage is applied to field to field coil 8. Different value currents are induced in core 4 depending on position of short-circuited core in long coil 8. Different currents produce different voltage in measuring coil 7. From measuring coil 7 signal proportional to travel of control rack of fuel injection pump 3 is delivered to electronic portion of speed governor. EFFECT: enlarged operating capabilities, increased accuracy and reliability of speed governor, reduced cost of production. 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции электронных регуляторов топливных насосов высокого давления (ТНВД) дизельных двигателей. The invention relates to engine building, in particular to the design of electronic regulators of high pressure fuel pumps (TNVD) of diesel engines.

Регулятор является одним из основных узлов топливного насоса высокого давления дизеля. Он поддерживает постоянство режима работы дизеля, задаваемого с пульта управления, ограничивает максимальную и минимальную частоту вращения коленчатого вала. Известна конструкция электронного регулятора фирмы Bosch (В. К. Горбаченко и др. Электронные системы управления подачей топлива в дизелях. Москва: ЦНИИТЭИавтопром. 1989, с. 15 21), которая расширяет функции регулятора, а именно позволяет регулировать подачу топлива в зависимости от температуры, давления на входе воздуха в цилиндр, температуры охлаждающей жидкости, дымности отработавших газов и т. д. The regulator is one of the main components of the diesel high-pressure fuel pump. It maintains the constancy of the diesel mode, set from the control panel, limits the maximum and minimum engine speed. A well-known design of the Bosch electronic regulator (V. K. Gorbachenko et al. Electronic control systems for fuel supply in diesel engines. Moscow: TSNIITEIavtoprom. 1989, p. 15 21), which expands the functions of the regulator, namely, allows you to adjust the fuel supply depending on temperature pressure at the air inlet into the cylinder, coolant temperature, exhaust smoke, etc.

Конструкция электронного регулятора включает в себя такие неотъемлемые элементы как исполнительный механизм, датчики перемещения рейки и частоты вращения, задатчик нагрузки, электронный блок, кабельная сеть и другие датчики, необходимые для учета влияния и повышения эффективности работы дизелей (датчики давления атмосферного и наддувочного воздуха, температуры охлаждающей жидкости, воздуха, топлива и т. д.). The design of the electronic controller includes such integral elements as the actuator, sensors for moving the rack and speed, load adjuster, electronic unit, cable network and other sensors necessary to take into account the influence and increase the efficiency of diesel engines (atmospheric and charge air pressure sensors, temperature sensors coolant, air, fuel, etc.).

Недостатком известной конструкции электронного регулятора является использование в качестве датчика перемещения рейки переменной индуктивной катушки, которая расположена на Ш-образном сердечнике, питается переменным током, а перемещение закрепленного на рейке ТНВД магнитного шунта изменяет ее индуктивность. Датчики такого типа хоть и отличаются конструктивной простотой и высокой надежностью, но имеют следующие недостатки:
1) большая нелинейность выходных характеристик (теряются точностные показатели, особенно при больших перемещениях рейки топливного насоса, как это имеет место на тракторных, судовых, тепловозных дизелях);
2) при нулевом входном сигнале выходной сигнал не равен нулю, т. е. требуются дополнительные схемы компенсации, что усложняет конструкцию электронной части регулятора;
3) индуктивные датчики, как правило, применяются при небольших перемещениях рейки топливного насоса, характерных для малогабаритных дизелей.A disadvantage of the known design of the electronic controller is the use of a variable inductive coil, which is located on a W-shaped core, is supplied with alternating current as a sensor for moving the rail, and the movement of a magnetic shunt fixed to the injection pump rail changes its inductance. Sensors of this type, although distinguished by constructive simplicity and high reliability, have the following disadvantages:
1) large non-linearity of the output characteristics (accuracy indicators are lost, especially with large displacements of the fuel pump rail, as is the case with tractor, marine, diesel diesel engines);
2) with a zero input signal, the output signal is not equal to zero, i.e., additional compensation schemes are required, which complicates the design of the electronic part of the controller;
3) inductive sensors, as a rule, are used for small movements of the rail of the fuel pump, characteristic of small diesel engines.

Кроме того, расположение датчика положения рейки в известной конструкции в одном узле с исполнительным механизмом, представляющим собой линейный электромагнит, может вызвать в нем электропомехи, приводящие к искажению измерений. Требуется создавать специальный экран. Все это усложняет в целом общую конструкцию электронного регулятора и делает ее неприменимой для широкого класса дизелей. In addition, the location of the rack position sensor in a known design in one node with the actuator, which is a linear electromagnet, can cause electrical interference in it, leading to distortion of measurements. It is required to create a special screen. All this complicates the overall design of the electronic regulator and makes it inapplicable to a wide class of diesel engines.

Известны конструкции датчиков линейных перемещений трансформаторного типа (Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, М. Л. Нечаевский. Электромагнитные датчики механических величин. М. Машиностроение. 1987, с. 44 46), обладающие наилучшими точностными свойствами и возможностью измерения больших рабочих диапазонов перемещений (до 100 мм), чем индуктивные датчики. Для этих конструкций характерно постоянство магнитной проводимости для различных положений чувствительного элемента, вследствие чего не искажается характер потокораспределения в рабочем диапазоне. Однако наличие подвижных выводов от перемещаемой обмотки существенно снижает надежность датчика и ограничивает область его применения. От указанного недостатка можно избавится в определенной степени подвеской катушки с помощью плоских пружинных подвесов, используемых в таком случае в качестве токоподводов. При этом диапазон измеряемых перемещений будет ограничен значениями 0,1 0,5 мм при сравнительно больших поперечных размерах датчика. Высокую надежность имеют датчики с подвижным экраном и сердечником. Однако их точностные показатели вследствие изменения проводимости рабочего зазора при перемещении чувствительного элемента ниже, чем у датчиков с подвижной обмоткой. Такие датчики целесообразно использовать для динамических измерений с диапазоном преобразования до 10 мм. Known designs of linear displacement sensors of the transformer type (N. E. Konyukhov, F. M. Mednikov, M. L. Nechaevsky. Electromagnetic sensors of mechanical quantities. M. Mechanical Engineering. 1987, p. 44 46), with the best precision properties and the ability to measure longer operating ranges of movement (up to 100 mm) than inductive sensors. These structures are characterized by the constancy of magnetic conductivity for different positions of the sensitive element, as a result of which the character of the flow distribution in the working range is not distorted. However, the presence of movable terminals from the movable winding significantly reduces the reliability of the sensor and limits its scope. This drawback can be eliminated to a certain extent by coil suspension using flat spring suspensions, which are used in this case as current leads. In this case, the range of measured displacements will be limited to 0.1 0.5 mm with a relatively large transverse dimensions of the sensor. Sensors with a movable screen and a core have high reliability. However, their accuracy indicators due to changes in the conductivity of the working gap when moving the sensitive element is lower than that of sensors with a movable winding. It is advisable to use such sensors for dynamic measurements with a conversion range of up to 10 mm.

Обострение проблем двигателестроения (экологии, экономии топлива, масла) требует применения все более совершенных систем регулирования топливоподачей в дизелях. Aggravation of engine problems (ecology, fuel economy, oil) requires the use of more advanced fuel supply control systems in diesel engines.

Изобретение решает задачу расширения области применения электронных регуляторов на дизелях (не только легковых автомобилей, но и грузовых машин, тракторов, судов, тепловозов, стационарных установок, дизель-генераторов, газодизелей, имеющих большой ход рейки ТНВД от 20 30 мм и выше) и при этом повышения точности и надежности регулирования и его удешевления. The invention solves the problem of expanding the field of application of electronic controllers on diesels (not only cars, but also trucks, tractors, ships, diesel locomotives, stationary plants, diesel generators, gas diesel engines with a high travel fuel rail from 20 30 mm and above) and this increase the accuracy and reliability of regulation and its cost reduction.

Это достигается выполнением электронного регулятора частоты вращения для управления подачи топлива топливным насосом высокого давления, содержащим электронный блок, исполнительный механизм, датчик положения трансформаторного типа, причем два последних расположены по разные стороны рейки топливного насоса, а сердечник датчика положения имеет короткозамкнутую обмотку шириной, определяемой рабочим диапазоном хода рейки. В результате не требуются экранизация датчика, дополнительные схемы компенсации в электронной части регулятора, съем сигнала с подвижного элемента (повышается надежность регулирования) и так как датчик положения имеет постоянство магнитной проводимости и линейную характеристику, то расширяется рабочий диапазон (область применения дизелей) и точность измерения положения рейки по сравнению с прототипом. This is achieved by performing an electronic speed controller to control the fuel supply by a high-pressure fuel pump, comprising an electronic unit, an actuator, a transformer type position sensor, the latter two being located on opposite sides of the fuel pump rail, and the position sensor core has a short-circuited winding with a width determined by the working range of the rack. As a result, the sensor’s screening, additional compensation schemes in the electronic part of the controller, signal pick-up from the movable element (increasing the reliability of regulation) are not required, and since the position sensor has a constant magnetic conductivity and linear characteristic, the operating range (scope of diesel engines) and measurement accuracy are expanded the position of the staff compared to the prototype.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструкция датчика положения рейки и его расположение на топливном насосе высокого давления. The invention is illustrated by the drawing, which shows the construction of the rack position sensor and its location on the high pressure fuel pump.

Электронный регулятор содержит электромагнитный исполнительный механизм 1, трансформаторный датчик 2 положения рейки, расположенные по разные стороны ТНВД 3. Сердечник 4 датчика положения, выполненный за одно целое с рейкой 5, имеет короткозамкнутую однослойную обмотку 6. Ширина слоя обмотки может быть разной и определяется рабочим диапазоном хода рейки. Кроме того, датчик имеет две многослойны обмотки катушки: одна короткая измерительная обмотка 7 шириной 5 мм; другая длинная возбуждающая обмотка 8 шириной в зависимости от хода рейки. The electronic controller contains an electromagnetic actuator 1, a transformer sensor 2 for the position of the rail located on opposite sides of the injection pump 3. The core 4 of the position sensor, made in one piece with the rail 5, has a short-circuited single-layer winding 6. The width of the winding layer can be different and is determined by the operating range the course of the staff. In addition, the sensor has two multi-layer coil windings: one short measuring winding 7 with a width of 5 mm; another long exciting winding 8 wide depending on the course of the rail.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На возбуждающую обмотку 8 подается напряжение. В зависимости от положения короткозамкнутого сердечника 4 в длинной обмотке 8 в сердечнике 4 будут наводиться токи разной величины, которые вызовут разное напряжение на измерительной обмотке 7. С измерительной обмотки 7 датчика сигнал, пропорциональный перемещению рейки 5 топливного насоса 3, подается на электронную часть регулятора, а именно на активный однополупериодный выпрямитель, выполненный на операционных усилителях, а затем на пассивный фильтр нижних частот. После сглаживания сигнал поступает на усилитель, обеспечивающий требуемый диапазон и изменения сигнала датчика. Датчик положения имеет линейную характеристику в широком диапазоне измерения положения рейки. Таким образом, происходит бесконтактный съем сигнала с подвижного элемента по перемещению рейки в трансформаторном датчике. The exciting winding 8 is supplied with voltage. Depending on the position of the short-circuited core 4 in the long winding 8, currents of different sizes will be induced in the core 4, which will cause different voltages on the measuring winding 7. From the measuring winding 7 of the sensor, a signal proportional to the movement of the rail 5 of the fuel pump 3 is fed to the electronic part of the regulator, namely, an active half-wave rectifier, made on operational amplifiers, and then on a passive low-pass filter. After smoothing, the signal goes to the amplifier, providing the required range and changes in the sensor signal. The position sensor has a linear characteristic in a wide range of measurement of the position of the staff. Thus, there is a non-contact signal pickup from the movable element for the movement of the rail in the transformer sensor.

Claims

An electronic speed controller for controlling the flow of fuel by a high-pressure fuel pump, comprising an electronic unit, an actuator, a rack position sensor, characterized in that the actuator and the rack position sensor are located on opposite sides of the fuel pump rack, wherein the rack position sensor is made transformer with a core having a short-circuited winding with a width determined by the operating range of the rail.