RU2425998C1

RU2425998C1 - Diesel rpm electronic-mechanical controller with redundant control mechanism

Info

Publication number: RU2425998C1
Application number: RU2010108863/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Комолов (RU); Александр Сергеевич Комолов; Евгений Иванович Блаженнов (RU); Евгений Иванович Блаженнов
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-08-10

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: proposed controller comprises: casing, accelerator pedal 14, drive shaft 1, weight holder 2, centrifugal weights 3, centrifugal weight coupling 4, main lever 5, main spring 7, fuel pump rack 9, rack lever 10, electromagnetic actuator 11, electronic control unit 30, accelerator pedal position pickup 23, diesel rpm pickup 28, rack coordinate pickup 29, pressure and temperature gages in intake manifold 24 and 25 in fuel low-pressure line 26, 27, and redundant rpm control mechanism. Centrifugal weight coupling 4 is fitted on drive shaft 1 to thrust on main lever 5. Main spring 7 is coupled with main lever 5. Fuel pump rack 9 is coupled with rack level 10. Rack level 10 is articulated to coupling 4. Electronic control unit 30 is connected with electromagnetic actuator 11. Redundant mechanism comprises: supply terminal 19 of electronic control unit 30, control lever 8, bell crank retainer 17, retainer spring 18, electromagnet 21, tie rod 20, starting lever 22 and articulation between electromagnetic actuator and rack lever 10. Control lever 8 is aligned with accelerator pedal 14 and coupled via main spring 7 with main lever 5. Bell crank retainer 17 interacts with control lever 8. Retainer spring 18 engages with supply terminal 19. Tie rod 20 connects electromagnet 21 with retainer 17. Starting lever 22 is connected to electromagnet armature 21. ^ EFFECT: manual or automatic switching from electronic to mechanical controller. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к регуляторам частоты вращения дизелей.The invention relates to internal combustion engines, and in particular to speed controllers of diesel engines.

Существуют электронно-механические регуляторы частоты вращения дизелей, содержащие электронную и механическую системы регулирования (Пат. РФ №2231663, МПК F02D 1/08, пат. РФ №2230213, МПК F02D 1/08). Такие регуляторы содержат корпус, приводной вал, на котором установлены центробежные грузы, одновременно выполняющие функции и датчика, и исполнительного силового механизма, с помощью которого через систему рычагов и тяг перемещается рейка топливного насоса высокого давления, используемая в качестве органа дозирования топлива. Кроме того, такие регуляторы оснащены электронной системой управления (ЭСУ), содержащей электронный блок управления, как правило, электромагнитный исполнительный механизм, жгуты соединительных проводов и датчики параметров и состояния дизеля (Пат. РФ №2231663, МПК F02D 1/08, пат. РФ №2230213, МПК F02D 1/08). Механическая система может быть использована как в качестве дублирующей при отказе ЭСУ, так и в качестве основной, в случае использования ЭСУ для корректирующих функций, например для управления только внешней скоростной характеристикой или характеристикой пусковой подачи топлива (Пат. РФ №2231663, МПК F02D 1/08). Рассматриваемые электронные системы управления используются с топливными насосами, как искусственно приспособленные к ним, и не могут в полной мере соответствовать уровню мехатронных систем (Пат. РФ №2299342, МПК F02D 1/08, заявка на изобретение РФ №94011535, МПК F02D 31/00).There are electronic-mechanical diesel speed controllers containing electronic and mechanical control systems (Pat. RF No. 2231663, IPC F02D 1/08, Pat. RF No. 2230213, IPC F02D 1/08). Such controllers contain a housing, a drive shaft, on which centrifugal weights are installed, which simultaneously perform the functions of both a sensor and an executive power mechanism, with the help of which a rail of a high-pressure fuel pump is used through a system of levers and rods, used as a fuel metering unit. In addition, such controllers are equipped with an electronic control system (ESA), containing an electronic control unit, as a rule, an electromagnetic actuator, plaits of connecting wires and sensors for parameters and condition of the diesel engine (Pat. RF No. 2231663, IPC F02D 1/08, Pat. RF No. 2230213, IPC F02D 1/08). A mechanical system can be used both as a backup system in case of ESA failure, and as the main one, if ESA is used for corrective functions, for example, to control only the external speed characteristic or the characteristic of starting fuel supply (Pat. RF No. 2231663, IPC F02D 1 / 08). The considered electronic control systems are used with fuel pumps as artificially adapted to them, and cannot fully correspond to the level of mechatronic systems (Pat. RF No. 2299342, IPC F02D 1/08, application for invention of the Russian Federation No. 94011535, IPC F02D 31/00 )

Недостатком таких электронных систем управления частотой вращения дизеля является то, что в случае аварийной ситуации в ЭСУ возникает невозможность управления дизелем и полная остановка транспортного средства.The disadvantage of such electronic diesel engine speed control systems is that in the event of an emergency in the ESA, it becomes impossible to control the diesel engine and stop the vehicle completely.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является Электронно-механический регулятор частоты вращения дизеля (Пат. РФ №2159860, МПК F02D 1/10).Closest to the proposed invention is the Electromechanical regulator of the engine speed (Pat. RF No. 2159860, IPC F02D 1/10).

Механическая часть регулятора состоит из корпуса, приводного вала с установленной на нем державкой с центробежными грузами, упирающимися в муфту, установленную с возможностью перемещения вдоль оси приводного вала, причем муфта шарнирно соединена с рычагом рейки, поворотно установленным в корпусе с возможностью взаимодействия с рейкой. Рычаг регулятора поворотно установлен в корпусе с возможностью взаимодействия с ним через регулировочный винт и с возможностью взаимодействия с рычагом рейки через винт регулировки стартовой подачи. Рычаг управления, поворотно установленный в корпусе, соединен главной пружиной с рычагом регулятора. В корпусе регулятора установлен электромагнитный исполнительный механизм с возможностью взаимодействия его якоря с рейкой.The mechanical part of the regulator consists of a housing, a drive shaft with a holder mounted on it with centrifugal weights, abutting against a sleeve mounted to move along the axis of the drive shaft, the sleeve being pivotally connected to a rack lever pivotally mounted in the housing to interact with the rail. The regulator lever is pivotally mounted in the housing with the possibility of interacting with it through the adjustment screw and with the possibility of interacting with the rail lever through the adjustment screw of the starting feed. The control lever, pivotally mounted in the housing, is connected by the main spring to the regulator lever. An electromagnetic actuator is installed in the regulator case with the possibility of interaction of its armature with a rail.

Электрическая часть регулятора состоит из электронного блока управления (ЭБУ), датчика координаты рейки, датчика частоты вращения дизеля, датчика положения педали акселератора, соединенной с рычагом управления тягой с возможностью отсоединения от него по желанию водителя, датчика давления и температуры воздуха во впускном коллекторе и датчика давления и температуры топлива. Электрические сигналы с датчиков передаются в электронный блок управления. ЭБУ анализирует полученные сигналы и в соответствии с заданным алгоритмом выдает управляющий сигнал на электромагнитный исполнительный механизм.The electrical part of the regulator consists of an electronic control unit (ECU), a rail coordinate sensor, a diesel engine speed sensor, an accelerator pedal position sensor connected to the traction control lever with the possibility of disconnecting from it at the request of the driver, the pressure sensor and air temperature in the intake manifold and sensor fuel pressure and temperature. Electrical signals from the sensors are transmitted to the electronic control unit. The ECU analyzes the received signals and, in accordance with the specified algorithm, issues a control signal to the electromagnetic actuator.

Недостатком конструкции в этом регуляторе является неудобство подключения тяги к педали акселератора при переключении различных вариантов его работы. Этого недостатка можно избежать, если применять электронно-механический регулятор с обеспечением возможности ручного, либо автоматического переключения с электронного управления на механическое.The design drawback in this controller is the inconvenience of connecting the thrust to the accelerator pedal when switching various options for its operation. This disadvantage can be avoided by using an electronic-mechanical regulator with the possibility of manual or automatic switching from electronic control to mechanical.

Задачей предлагаемого изобретения является создание механической конструкции для непосредственного переключения с электронного регулятора на механический и обратно, например, при сбое в работе электронной части регулятора не только вручную, но и автоматически.The objective of the invention is the creation of a mechanical structure for direct switching from an electronic controller to a mechanical one and vice versa, for example, in case of a malfunction in the electronic part of the controller not only manually, but also automatically.

Указанная задача достигается тем, что регулятор содержит корпус, педаль акселератора, шарнирно установленную в корпусе и поджимаемую к упору возвратной пружиной, приводной вал, державку грузов, жестко установленную на валу, центробежные грузы, шарнирно установленные в державке, муфту центробежных грузов, установленную коаксиально приводному валу с возможностью перемещения вдоль его оси, опирающуюся на главный рычаг, шарнирно установленный в корпусе регулятора и опирающийся на него винтом, главную пружину, связанную с главным рычагом, рейку топливного насоса, установленную в корпусе и соединенную посредством тяги с рычагом рейки, шарнирно установленным на муфте, электромагнитный исполнительный механизм, неподвижно установленный в корпусе, электронный блок управления, электрически связанный с электромагнитным исполнительным механизмом, датчиком положения педали акселератора, датчиком частоты вращения дизеля, датчиком рейки топливного насоса, датчиками давления и температуры воздуха во впускном коллекторе, датчиками давления и температуры топлива в магистрали низкого давления топлива. Кроме этого регулятор дополнительно оснащен дублирующим механизмом регулирования (ДМР) частоты вращения, состоящим из контакта электропитания электронного блока управления, рычага управления, шарнирно установленного в корпусе соосно с педалью акселератора, связанного через главную пружину с главным рычагом, двуплечего стопора шарнирно установленного в корпусе и контактирующего с рычагом управления, пружины стопора, удерживающей двуплечий стопор в соприкосновении с контактом электропитания электронного блока управления, электромагнита, установленного в корпусе, тяги, соединяющей электромагнит с двуплечим стопором, рычага пуска, присоединенного к якорю электромагнита, и шарнирным соединением электромагнитного исполнительного механизма с рычагом рейки.This task is achieved in that the regulator comprises a housing, an accelerator pedal pivotally mounted in the housing and pushed against the stop by a return spring, a drive shaft, a load holder rigidly mounted on the shaft, centrifugal weights pivotally mounted in the holder, a centrifugal load coupling mounted coaxially to the drive the shaft with the ability to move along its axis, resting on the main lever pivotally mounted in the regulator body and resting on it with a screw, the main spring connected to the main lever, p a fuel pump installed in the housing and connected by means of a rod to the rack lever pivotally mounted on the coupling, an electromagnetic actuator fixedly mounted in the housing, an electronic control unit electrically connected to the electromagnetic actuator, accelerator pedal position sensor, diesel engine speed sensor, fuel rail sensor, pressure and air temperature sensors in the intake manifold, pressure and fuel temperature sensors in the bottom th fuel pressure. In addition, the controller is additionally equipped with a redundant speed control mechanism (DMR), consisting of the power supply contact of the electronic control unit, the control lever pivotally mounted in the housing coaxially with the accelerator pedal connected through the main spring to the main lever, the two-arm stop pivotally mounted in the body and in contact with a control lever, a spring stopper holding the two-shoulder stopper in contact with the power contact of the electronic control unit, the electron nit mounted in the housing, the thrust electromagnet connects with the two-armed stop, start lever attached to the armature of the electromagnet and the swivel electromagnetic actuator with rack lever.

В этом состоят существенные отличия.This is a significant difference.

Таким образом, в случае неполадок в электронной части предлагаемого изобретения в работу подключается механический регулятор, который обеспечивает самостоятельное движение транспортного средства до гаража или станции технического обслуживания, что является актуальным в условиях недостаточно развитого сервиса на трассах большой протяженности в слабо заселенной местности.Thus, in case of malfunctions in the electronic part of the invention, a mechanical regulator is connected to the work, which ensures independent movement of the vehicle to the garage or the service station, which is relevant in conditions of insufficiently developed service on long-distance routes in poorly populated areas.

Это соответствует критерию научной новизны.This meets the criterion of scientific novelty.

На фиг.1 представлена кинематическая схема электронно-механического регулятора частоты вращения дизеля с ДМР в неподключенном состоянии; на фиг.2 изображена функциональная схема электронно-механического регулятора частоты вращения дизеля с ДМР; на фиг.3 представлена кинематическая схема электронно-механического регулятора частоты вращения дизеля с ДМР в подключенном состоянии.Figure 1 presents the kinematic diagram of the electronic-mechanical speed controller of a diesel engine with DMR in an unconnected state; figure 2 shows a functional diagram of an electronic-mechanical speed controller of a diesel engine with DMR; figure 3 presents the kinematic diagram of the electronic-mechanical speed controller of a diesel engine with DMR in the connected state.

Конструкция регулятора состоит из следующих элементов. На приводном валу 1 регулятора жестко установлена державка грузов 2, на которой шарнирно установлены центробежные грузы 3, на конце приводного вала регулятора коаксиально ему установлена муфта 4, имеющая возможность свободного перемещения вдоль оси вала. Муфта 4 в свою очередь опирается на главный рычаг 5, шарнирно установленный в корпусе регулятора. Главный рычаг 5 опирается на корпус винтом 6 и связан с главной пружиной 7, которая другим концом прикреплена к рычагу 8 управления. Рейка 9 топливного насоса, установленная в корпусе, соединяется посредством тяги с рычагом 10 рейки, шарнирно установленным на муфте 4, причем исполнительный механизм 11 электронно-механического регулятора, неподвижно установленный в корпусе, шарнирно соединен с рычагом 10 рейки. Рычаг 8 управления ограничен в движении при увеличении подачи топлива упором 12, установленным в корпусе. Упором 13, установленным на рычаге 8 управления, ограничен ход педали акселератора 14, шарнирно установленной в корпусе соосно с рычагом 8 управления, при увеличении подачи. Педаль акселератора 14 связана с возвратной пружиной 15. Упором 16, установленным в корпусе, ограничен ход педали акселератора 14 при уменьшении подачи. В свою очередь, рычаг 8 управления имеет контакт с двуплечим стопором 17, шарнирно установленным в корпусе, и удерживаемый пружиной стопора 18 в соприкосновении противоположного плеча с контактом 19 электропитания электронного блока управления. К двуплечему стопору 17 посредством тяги 20 шарнирно прикреплен электромагнит 21, к его якорю прикреплен рычаг 22 пуска.The design of the controller consists of the following elements. A load holder 2 is rigidly mounted on the drive shaft 1 of the controller, on which centrifugal weights 3 are pivotally mounted, at the end of the drive shaft of the controller, a coupling 4 is installed coaxially with it, which can freely move along the axis of the shaft. The clutch 4, in turn, rests on the main lever 5, pivotally mounted in the controller housing. The main lever 5 is supported on the housing by a screw 6 and is connected to the main spring 7, which is attached to the control lever 8 at the other end. The rail 9 of the fuel pump mounted in the housing is connected by means of a rod to the rail lever 10, pivotally mounted on the coupling 4, and the actuator 11 of the electronic-mechanical controller, fixedly mounted in the housing, is pivotally connected to the rail lever 10. The control lever 8 is limited in movement with an increase in fuel supply with a stop 12 mounted in the housing. The emphasis 13 mounted on the control lever 8, limited to the accelerator pedal 14, pivotally mounted in the housing coaxially with the control lever 8, with increasing feed. The accelerator pedal 14 is connected to the return spring 15. An emphasis 16 mounted in the housing limits the stroke of the accelerator pedal 14 with a decrease in feed. In turn, the control lever 8 is in contact with the two-shoulder stopper 17, pivotally mounted in the housing, and held by the spring of the stopper 18 in contact of the opposite shoulder with the power supply contact 19 of the electronic control unit. An electromagnet 21 is pivotally attached to the two-armed stopper 17 by means of a rod 20, and a start lever 22 is attached to its anchor.

Кроме того, для корректной работы электронно-механический регулятор оснащен датчиком 23 положения педали акселератора (см. фиг.2), датчиком 24 давления и 25 температуры воздуха во впускном коллекторе, датчиком 26 давления и 27 температуры топлива в магистрали низкого давления топлива, датчиком 28 частоты вращения дизеля, датчиком 29 рейки топливного насоса. Сигнал от водителя посредством педали акселератора 15 и электрические сигналы датчиков передаются в электронный блок управления 30. ЭБУ 30 анализирует полученные сигналы и в соответствии с заданным алгоритмом выдает управляющий сигнал на электромагнитный исполнительный механизм 11, который через рейку 9 топливного насоса 31 посредством изменения величины топливоподачи воздействует на дизель 32.In addition, for the correct operation of the electronic-mechanical controller is equipped with a sensor 23 of the accelerator pedal position (see figure 2), a pressure sensor 24 and 25 air temperature in the intake manifold, a pressure sensor 26 and 27 fuel temperature in the low pressure fuel pipe, sensor 28 engine speed, sensor 29 rail of the fuel pump. The signal from the driver through the accelerator pedal 15 and the electrical signals of the sensors are transmitted to the electronic control unit 30. The ECU 30 analyzes the received signals and, in accordance with a predetermined algorithm, provides a control signal to the electromagnetic actuator 11, which acts through the rail 9 of the fuel pump 31 by changing the amount of fuel supply on diesel 32.

Регулятор может работать по следующим двум вариантам.The regulator can operate in the following two options.

Первый вариант. Регулятор работает от электронного блока управления 30, электромагнитного исполнительного механизма 11 и датчиков 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29. Водитель, воздействуя на педаль акселератора 14, при помощи датчика 23 положения педали акселератора подает сигнал в ЭБУ 30. Вместе с этим сигналом в ЭБУ 30 поступают показания от датчика 24 давления и 25 температуры воздуха во впускном коллекторе, датчика 26 давления и 27 температуры топлива в магистрали низкого давления топлива из топливного насоса высокого давления 31, датчика 28 частоты вращения дизеля, датчика рейки 29 топливного насоса. В соответствии со всеми этими сигналами из ЭБУ 30 по заранее заложенной в нем программе выдается сигнал на электромагнитный исполнительный механизм 11, который перемещает рейку 9 топливного насоса, получая необходимый оптимальный режим работы дизеля 32.First option. The controller operates from an electronic control unit 30, an electromagnetic actuator 11 and sensors 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29. The driver, acting on the accelerator pedal 14, uses the accelerator pedal position sensor 23 to signal to the ECU 30. Together with this signal, the ECU 30 receives readings from the pressure sensor 24 and 25 of the air temperature in the intake manifold, the pressure sensor 26 and 27 of the fuel temperature in the fuel low pressure line from the high pressure fuel pump 31, the diesel engine speed sensor 28, the rail sensor 2 9 fuel pump. In accordance with all these signals from the ECU 30, according to the program laid down in advance, a signal is issued to the electromagnetic actuator 11, which moves the rail 9 of the fuel pump, obtaining the necessary optimal operating mode of the diesel engine 32.

Вариант второй. В случае нештатной ситуации в электронно-механическом регуляторе и приборах, обеспечивающих его корректную работу (см. фиг.3), на панель приборов автомобиля подается сигнал о неисправности. Одновременно с этим подается электрический сигнал на электромагнит 21, который освобождает рычаг 8 управления, поднимая двуплечий стопор 17, прижатый к контакту 19 электропитания ЭБУ пружиной стопора 18. Рычаг 8 управления под действием главной пружины 7 прижимается вплотную к педали акселератора 14. Одновременно с этим полностью отключается электропитание электронно-механического регулятора и приборов, обеспечивающих его корректную работу, посредством размыкания контакта 19 электропитания ЭБУ. Таким образом, автоматически активизируется дублирующий механизм регулирования. В случае полного отключения электропитания от всех приборов (в том числе и от электромагнита 21) водитель приводит в действие рычаг 22 пуска вручную и фиксирует его. В дальнейшем управление двигателем осуществляется при помощи механического регулятора.Option two. In the event of an emergency in the electronic-mechanical controller and devices ensuring its correct operation (see Fig. 3), a malfunction signal is sent to the vehicle dashboard. At the same time, an electric signal is supplied to the electromagnet 21, which releases the control lever 8, raising the two-shoulder stopper 17, pressed against the ECU power supply pin 19 by the stopper spring 18. The control lever 8 is pressed close to the accelerator pedal 14 under the action of the main spring 7. At the same time, this completely the power supply to the electronic-mechanical controller and devices ensuring its correct operation is disconnected by opening the contact 19 of the computer power supply. Thus, a duplicate regulation mechanism is automatically activated. In the event of a complete power outage from all devices (including the electromagnet 21), the driver actuates the start lever 22 manually and fixes it. Subsequently, the engine is controlled by a mechanical regulator.

Предлагаемый электронно-механический регулятор частоты вращения дизеля с дублирующим механизмом регулирования позволяет привести в действие механический регулятор при нештатной работе электронно-механического регулятора и приборов, обеспечивающих его корректную работу, который может обеспечить самостоятельное движение транспортного средства до гаража или станции технического обслуживания, что является актуальным в условиях недостаточно развитого сервиса на трассах большой протяженности в слабо заселенной местности.The proposed electronic-mechanical diesel speed controller with a redundant control mechanism allows the mechanical controller to be activated during abnormal operation of the electronic-mechanical controller and devices that ensure its correct operation, which can ensure independent movement of the vehicle to the garage or service station, which is relevant in conditions of insufficiently developed service on long routes in poorly populated areas.

Claims

An electronic-mechanical diesel speed controller containing a housing, an accelerator pedal pivotally mounted in the housing and pushed against the stop by a return spring, a drive shaft, a load holder rigidly mounted on the shaft, centrifugal weights pivotally mounted in the holder, a centrifugal load coupling mounted coaxially the drive shaft can be moved along its axis, resting on the main lever pivotally mounted in the regulator body and resting on it with a screw, the main spring connected to the head lever, a fuel pump rail mounted in the housing and connected by a rod to the rail lever pivotally mounted on the coupling, an electromagnetic actuator fixedly mounted in the housing, an electronic control unit electrically connected to an electromagnetic actuator, an accelerator pedal position sensor, a frequency sensor engine rotation, rail coordinate sensor, pressure and air temperature sensors in the intake manifold, pressure and fuel temperature sensors in the master low fuel pressure, characterized in that the regulator is additionally equipped with a redundant speed control mechanism, consisting of a power contact of the electronic control unit, a control lever pivotally mounted in the housing coaxially with the accelerator pedal connected through the main spring to the main lever, a two-armed stopper, pivotally installed in the housing and in contact with the control lever, a spring stopper holding the two-shoulder stopper in contact with the power supply contact nnogo control unit, an electromagnet mounted in the housing, the thrust electromagnet connects with the two-armed stop, start lever attached to the armature of the electromagnet and the swivel electromagnetic actuator with rack lever.