Глазунов Д.В. управление техническими системами автомобиля

Общие положения

При сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя происходит сильный нагрев деталей конструкции ДВС, что приводит к ряду отрицательных явлений. Для нормальной работы ДВС необходимо обеспечить отвод теплоты от блока цилиндров. Стабилизацию оптимального теплового состояния ДВС решает система автоматического регулирования температуры (система охлаждения). Количество теплоты, отводимое от блока цилиндров и головки двигателя системой охлаждения, зависит от режимов работы ДВС.

Основные показатели работы ДВС и интенсивность изнашивания трущихся поверхностей зависят от температуры в агрегатах ДВС и смазки двигателя. При увеличении температуры блока цилиндров несколько повышаются значения ряда параметров ДВС, но существенно увеличивается интенсивность и скорость изнашивания трущихся поверхностей. Однако при чрезмерном отводе тепла от двигателя возникает переохлаждение ДВС, которое также вызывает отрицательные явления, например изменение вязкости масла, а это приводит к увеличению изнашиваемости деталей и механических потерь на трение, снижению мощности и экономичности двигателя.

Эффективная мощность при прочих равных условиях является наибольшей при температуре в системе охлаждения около 327 К и почти не изменяется до 337 К. При дальнейшем повышении температуры значение эффективной мощности уменьшается из-за ухудшения смазки. Следовательно, при всех режимах работы температуру в системе охлаждения целесообразно поддерживать в пределах 327...337 К, что возможно только при наличии систем регулирования температуры.

Сопоставление статических характеристик подвода и отвода теплоты в системе охлаждения двигателя в зависимости от температуры охлаждающей жидкости при разных режимах работы подтверждает необходимость установки системы автоматического регулирования температуры (САРТ).

Система регулирования температуры должна обеспечить два режима работы: нагрев ДВС при запуске и определенных внешних условиях и охлаждение при нормальной работе. Отсюда следует, что термин «система охлаждения» носит условный характер, так как не отражает в полной мере назначение системы, предназначенной для стабилизации температуры двигателя в заданном диапазоне.

Кроме системы охлаждения на автомобиле применяются и другие системы управления тепловыми процессами (системы разогрева двигателя, отопительная и кондиционирования). В настоящее время системы

181

подогрева двигателя и отопления салона, как правило, объединяются конструктивно в жидкостные подогреватели-отопители.

Система охлаждения ДВС

Структурные схемы объектов регулирования систем охлаждения (СО) двигателя внутреннего сгорания представлены на рис. 11.26. В простейшем случае система охлаждения ДВС рассматривается как система регулирования одномерного объекта с одной регулируемой величиной х, которой является температура Тртеплоносителя, отводящего тепло от двигателя (рис. 11.26, а). На систему действует не менее трех возмущающих воздействий wi, например: nк.в– угловая скорость вала, Тн.в– температура наружного воздуха, Nд – мощность двигателя. На практике системы, в которых необходимо регулировать температуру Тродного теплоносителя, встречаются редко. Обычно объекты регулирования являются многомерными, в них необходимо регулировать температуры двух и более теплоносителей (рис. 11.26, б), при этом и управляющих воздействий уiдолжно быть не меньше, чем регулируемых ве-

личин xi.

В современных ДВС в зависимости от вида теплоносителя применяют воздушные (газовые) и водяные (жидкостные) системы охлаждения. В качестве управляющих (регулирующих) воздействий уi в них применяется расход теплоносителей (Fв – воздуха или Fж– жидкости).

Расход теплоносителя изменяется с помощью регулирующих органов, которые могут быть дросселирующими (клапаны, заслонки) и дозирующими (насосы, компрессоры, вентиляторы). Дозирующие РО не вносят дополнительных сопротивлений в магистраль теплоносителя, на преодоление которых требуется затрата энергии. Поэтому наиболее эффективным способом регулирования расхода теплоносителя является изменение производительности насоса или вентилятора. Регулирующие органы могут быть двухпозиционными, работающими в режиме включено– выключено, многопозиционными и непрерывными, обеспечивающими изменение расхода теплоносителя в требуемом диапазоне. Современное развитие техники позволяет использовать различные элементы в САРТ.

182

Рис. 11.26. Структурные схемы объектов регулирования СО ДВС:

a – одномерный ОР; б – двухмерный ОР; в – двухконтурная система регулирования; и – входная величина (Fт– расход топлива); v– выходные величины (Тд – температура двигателя, Тм – температура масла); х – регулируемые величины (Тр – температура теплоносителя, I — первый контур, II – второй контур); y– управляющие воздействия (Fтн – расход теплоносителя); w– возмущающие воздействия (nк.в – угловая скорость вала, Tн.в – температура наружного воздуха, Nд– мощность двигателя).

На практике применяются одноконтурные и многоконтурные СО. Наибольшее распространение в автомобильных двигателях получили двухконтурные (рис. 11.26, в) жидкостно-жидкостные, жидкостно-воздушные СО.

Система регулирования температуры должна иметь малую постоянную времени для быстрого достижения оптимальной температуры. Это требование выполняется благодаря применению системы регулирования, имеющей два режима работы: нагрев и охлаждение.

Для нагрева ДВС используют тепловую энергию отработавших газов или специальные генераторы для нагрева теплоносителя. Регулирование температуры осуществляется смешиванием теплого и холодного теплоносителей.

Интенсивность отвода тепла из двигателя и внешних теплообменных аппаратов в двухконтурных СО можно регулировать способом перепуска и обвода.

Жидкостная система охлаждения ДВС

Жидкостная СО обеспечивает регулирование температуры перепуском охлаждающей жидкости (рис. 11.27).

При этом в СО создаются два контура: нагрева (горячий) и охлаждения (холодный). Теплоноситель из двигателя при пуске через трехходовой клапан направляется вновь во всасывающую магистраль насоса, обеспечивая ускорение переходного процесса регулирования температуры. При нормальной работе двигателя теплоноситель направляется в

183

радиатор. В переходных режимах происходит смешивание горячего и холодного потоков теплоносителя в необходимом соотношении.

Рис. 11.27. Функциональная схема САРТ охлаждающей жидкости способом перепуска:

ТЕ – датчик температуры; ТY– информационный преобразователь; TZ – задающее устройство; С – устройство управления; М – электромагнитный исполнительный механизм; В1 – регулирующий трехходовой клапан; В2 – насос; В3– охладитель (радиатор); ОР – объект регулирования; РА – рабочий агрегат; Fт.нг– расход горячего теплоносителя; Fт.нх – расход холодного теплоносителя.

Способ обвода (рис. 11.28) заключается в том, что часть теплоносителя направляется по вспомогательной магистрали через радиатор в обход объекта регулирования. Температура жидкости на выходе из головки двигателя выбирается в качестве регулируемого параметра.

Во всех современных ДВС применяется регулирование температуры перепуском с помощью терморегулятора. Терморегулятор (термостат) является простым автоматическим регулятором температуры прямого действия. Назначение термостата – поддерживать температуру ДВС в заданном интервале (Тmin…T max). Термостат ускоряет прогрев двигателя путем регулирования соотношения расходов теплоносителя, проходящего через радиатор и в обход его на перепуск.

Термостат позволяет уменьшить время прогрева двигателя в 5 ...6 раз. Но применение только термостата не может обеспечить автоматической стабилизации теплового режима двигателя в оптимальных пределах. К тому же, при прогреве холодного двигателя зимой, когда термостат препятствует циркуляции охлаждающей жидкости через радиатор, а частота вращения вентилятора велика, возможно вымораживание сердцевины радиатора.

184

Рис. 11.28. Функциональная схема САРТ охлаждающей жидкости способом обвода

Поэтому в современных двигателях (рис. 11.29) применяют двухконтурные СО и комбинированные способы регулирования, используя радиатор В2, а в качестве регулирующих устройств насос (В1), вентилятор (ВЗ) и жалюзи (В4), с приводами M1 и М2.

В настоящее время созданы двухконтурные системы автоматического регулирования теплового состояния двигателя, где в дополнение к термостату во втором контуре в качестве регулирующего органа используют вентилятор системы охлаждения. Для управления вентилятором используют электромагнитный привод с муфтой и электрической релейно-контактной схемой управления (в двигателях некоторых легковых автомобилей) или гидродинамическую муфту с гидравлической схемой управления (в двигателях автомобилей КамАЗ).

Рис. 11.29. Функциональная схема САРТ охлаждающейжидкости способом регулирования скорости вентилятораи угла открытия шторок жалюзи

Жидкостно-воздушная система охлаждения ДВС

185

Конструктивная схема жидкостно-воздушной системы охлаждения с принудительной циркуляцией теплоносителя в замкнутом контуре представлена на рис. 11.30. Элементы схемы объединяются в систему с помощью линий связи: гидравлических (трубопроводы), пневматических (шланги, направляющие аппараты), электрических (электропровода).

Система охлаждения включает в себя два контура управления: жидкостный и воздушный. Регулирование температуры охлаждающей жидкости в рубашке блока цилиндров осуществляется изменением массового расхода теплоносителей, циркулирующих в жидкостном и воздушном контурах радиатора.

Система регулирования первого контура состоит из рубашки блока цилиндров, являющейся объектом регулирования, термостата, выполняющего функции регулятора, регулирующих органов – радиатора и насоса. В зависимости от степени открытия клапанов термостата изменяется соотношение потока охлаждающей жидкости, поступающей в радиатор для охлаждения и возвращающейся обратно через обводной трубопровод в двигатель, минуя радиатор. Нагретая жидкость из рубашки охлаждения проходит в радиатор или обводную магистраль и через термостат (в зависимости от положения клапанов термостата) поступает в насос, который подает ее в рубашку блока цилиндров.

Система регулирования второго контура состоит из вентилятора с приводом, выполняющего функции регулирующего органа и исполнительного механизма, устройства управления вентилятором и радиатора, являющегося объектом регулирования. Регулирование теплового состояния двигателя во втором контуре осуществляется за счет изменения количества охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор. Регулирование в этом случае производится либо посредством изменения аэродинамического сопротивления воздушного тракта, либо за счет изменения производительности вентилятора.

Кроме систем регулирования температуры замкнутая система охлаждения содержит вспомогательные регуляторы: давления в системе охлаждения и уровня охлаждающей жидкости.

186

Рис. 11.31. Функциональная схема жидкостно-воздушнойсистемы охлаждения ДВС

Функции стабилизирующего регулятора уровня жидкости в рубашке охлаждения выполняет расширительный бачок. Кроме того, он выполняет функции деаэратора (отделителя воздуха, газов и пара от охлаждающей жидкости), а также расширителя и конденсатосборника.

В пробку расширительного бачка встроены два механических регулятора прямого действия минимального Рmin, и максимального Pmaxдавления, которые выполняют функции впускного (воздушного) и выпускного (парового) клапанов. Задающее устройство парового клапана настраивают на избыточное давление паров жидкости Рmах. Таким об-

187

разом, при давлениях в системе ниже давления срабатывания парового клапана система изолирована от атмосферы. Воздушный клапан срабатывает при падении давления в системе до Рmin.

СО включает также систему измерения температуры, которая содержит датчик температуры, информационные преобразователи и указатель (индикатор).

Для привода вентилятора от коленчатого вала используются гидравлические или электромагнитные муфты с регулируемым скольжением ведомых элементов вентилятора относительно ведущих.

В современных автомобилях все большее применение находят системы с автономным электрическим приводом вентилятора с позиционным регулированием его производительности.

Функциональная схема жидкостно-воздушной системы охлаждения ДВС с рабочим агрегатом РА приведена на рис. 11.31. На схеме представлены пять функциональных систем:

1) система регулирования температуры в жидкостном контуре, включающая в себя рубашку блока цилиндров (объект регулирования), термостат, насос и радиатор. Термостат содержит датчик температуры ТЕ1-1, устройства сравнения, задатчики, устройство управления TCYZ1-2,а также исполнительный механизм М1-3 и регулирующие органы B1-4,

B1-5, B1-6;

2)система регулирования температуры в воздушном контуре, включающая в себя радиатор, датчик температуры ТЕ2-1, информационный преобразователь с устройством сравнения TTY2-2, задающее устройство TZ2-3, устройство управления S2-4, исполнительный механизм М2-5, регулирующий орган В2-6 (вентилятор);

3)регулятор минимального давления РСЗ-1 (воздушный клапан) расширительного бачка РБ;

4)регулятор максимального давления РС4-1 (паровой клапан) расширительного бачка РБ;

5)система измерения температуры (измерительный прибор), включающая в себя датчик температуры ТЕ5-1 и показывающий индикатор ТI5-2 (указатель).

Электропневмомеханические системы регулирования. Систе-

ма регулирования температуры в воздушном контуре может быть реализована на релейно-контактных элементах с использованием двухпозиционного регулирования. Известны электронные регуляторы температуры, в которых используются для управления исполнительным двигателем привода вентилятора непрерывные или импульсные сигналы.

188

Рис. 11.32. Принципиальная схема двухпозиционной САРТ охлаждающей жидкости:

1 – двигатель; 2 – вентилятор; 3 – радиатор; 4 – биметаллический датчик температуры; 5 – выключатель зажигания; 6 – реле управления.

Когда температура охлаждающей жидкости превышает значение Т1срабатывает контакт датчика ВТ. и через контакт релеК: включается двигатель вентилятора, что приводит к снижению температуры охлаждающей жидкости до значения Т2. Как известно, качество регулирования в двухпозиционных САРТ невелико.

Рис. 11.33. Принципиальная схема САРТ с использованиемдискретных сигналов

189

Рис. 11.34. Временные диаграммы сигналов:

а – для низкой температуры; б – для высокой температуры.

Датчик включен в мостовую цепь, состоящую из резисторов Rх, Rz, R1, R2 и выполняющую функцию устройства сравнения (Rх = Rz). Напряжение на выходе мостовой цепи обратно пропорционально температуре охлаждающей жидкости и может изменяться в некоторых пределах с помощью переменного резистора Rz, который выполняет функции задающего устройства. Мостовая цепь подключена к источнику напряжения GU1. С выхода мостовой цепи сигнал в виде напряжения поступает на усилитель V1. Пороговый элемент (компаратор) ТН непрерывно сравнивает усиленное напряжение на выходе мостовой цепи с напряжением генератора пилообразного напряжения G, преобразуя непрерывный электрический сигнал с амплитудной модуляцией в дискретный электрический сигнал (силу тока) с широтно-импульсной модуляцией U(АМ)Е→ I(ШИМ)E, который поступает на усилитель мощности V2 исполнительного двигателя М вентилятора В. При равенстве напряжения на выходе мостовой цепи Uм напряжению генератора Uг(см. рис. 11.34) компаратор переключается, выдавая прямоугольные импульсы на усилитель мощности, который производит ограничение импульсов по амплитуде и

190

подает их в якорную цепь исполнительного двигателя М с возбуждением от постоянных магнитов. При увеличении Uм(см. рис. 11.34), что происходит при снижении температуры охлаждающей жидкости, компаратор переключается позже и длительность импульса на выходе уменьшается. Среднее значение тока Iср, поступающего в якорь, зависит от длительности импульсов напряжения на выходе усилителя мощности. С уменьшением длительности импульсов уменьшается Iср, а значит, и частота вращения вентилятора и, соответственно, расход охлаждающего воздуха. При нагреве охлаждающей жидкости Uмуменьшается, переключение компаратора происходит раньше, длительность выходных импульсов увеличивается, а значит, возрастают частота вращения вентилятора и расход воздуха. Регулятор не работает, если напряжение на входе компаратора превышает напряжение Uг, т.е. при низкой температуре охлаждающей жидкости вентилятор не работает.

Гидропневмомеханическая система регулирования. Система охлаждения, функциональная схема которой представлена на рис. 11.35, а, содержит два контура. Жидкостной контур включает в себя насос постоянной подачи 1 и регулятор (термостат) 2. Воздушный контур включает в себя радиатор 6 с жалюзи, управляемыми вручную рычагом 5, вентилятор 4, подключенный через управляемую гидромуфту 3 и редуктор 10 к валу двигателя, двухпозиционный клапан 8 с пружиной и манометрический датчик температуры 9 с мембраной и штоком. Для питания гидромуфты используется насос 7. Охлаждение жидкости в радиаторе осуществляется изменением расхода воздуха Fвчерез радиатор. Поток воздуха регулируется двухпозиционным регулятором путем периодического отключения вентилятора, приводимого в действие через гидромуфту. Расход воздуха регулируется изменением положения пластин жалюзи, которые располагаются перед радиатором и открываются и закрываются из кабины. Количество жидкости, проходящее через радиатор, регулируется термостатом.

191

Рис. 11.35. Схема жидкостно-воздушной системы охлаждения

сгидропневмомеханическим управлением:

а– функциональная; б– структурно-поточная.

На рис. 11.35, б приведена структурно-поточная схема системы регулирования температуры. Система содержит датчик Д (манометрический преобразователь с твердым наполнителем и диафрагмой); преобразователь ИнП1 (шток, соединяющий мембрану датчика с клапаном); задающее устройство ЗдУ (пружина); устройство сравнения УСр (шарик клапана); преобразователь ИнП2 (дросселирующий гидравлический клапан); исполнительный механизм (гидромуфта); регулирующий орган (вентилятор).

Регулируемая температура Тр воспринимается датчиком Д, который преобразует тепловой параметр Т с амплитудной модуляцией AM в давление на мембрану Рд- Тр(АМ)Т→ Рд(АМ)М. Давление на мембрану преобразуется в сосредоточенную силу Вх, под действием которой шток датчика (ИнП1) передает движение на клапан, на который с другой стороны воздействует пружина (ЗдУ) – Рд(АМ)М →Вх(АМ)М. Усилие Вхсравнивается с усилием, создаваемым пружиной Bz. Под действием разности сил клапан может перемещаться (Вх–B z)(AM)M→ΔG(AM)M. При достижении заданной температуры усилие, развиваемое манометрическим датчиком температуры, превышает усилие пружины и клапан

192

открывается, преобразуя аналоговый сигнал в кодовый (двухпозиционный). В гидравлическом преобразователе непрямого действия ИнП2 с помощью дополнительного источника давлением Р1 осуществляется преобразование G(AM)M→P2(AKM)G. В исполнительном механизме (гидромуфте) гидравлический сигнал управляет механической энергией, подводимой от ДВС –P 2(AKM)G→Sв(AKM)M, где Sв– скорость вращения вентилятора. Регулирующий орган (вентилятор) осуществляет управление расходом воздуха Fв, выполняя преобразование Sв(AKM)M→FB(AKM)P. Расход воздуха Fвявляется управляющим воздействием на радиатор. Изменение температуры охлаждающей жидкости вызывает соответствующее изменение расхода воздуха, что обеспечивает стабилизацию температуры двигателя в заданных пределах.

11.12. УПРАВЛЕНИЕ ПУСКОМ ДВИГАТЕЛЯ

Система пуска предназначена для предварительного разгона коленчатого вала двигателя до частоты вращения, при которой обеспечиваются необходимые условия смесеобразования, воспламенения и горения рабочей смеси.

Электромеханическая система пуска содержит стартер, включающий электродвигатель постоянного тока, тяговое реле и механизм включения.

Вал стартера соединяется с коленчатым валом только на время пуска. Это осуществляется с помощью механизма включения. Он соединяет вал якоря стартера с маховиком двигателя и содержит подвижную шестерню для зацепления с венцом маховика и роликовую обгонную муфту, выполняющую функции автоматической системы защиты стартера. Конструкция муфты обеспечивает передачу крутящего момента только в одном направлении – от вала к маховику. Как только частота вращения вала превысит определенное значение, обгонная муфта отключит стартер от вала двигателя, предупреждая его разрушение.

На рис. 11.36 приведена схема электромеханической системы пуска двигателя с механической защитой стартера.

Работа системы пуска происходит следующим образом. При замыкании контактов выключателя зажигания 3 обмотка 7 тягового реле 6 подключается к батарее 2. Тяговое реле совмещает функции силового электромагнита и силового реле (контактора). Электромагнит срабатывает и через рычаг 10 перемещает шестерню 12 механизма включения 9 и вводит ее в зацепление с маховиком 13. При полном зацеплении зубчатой передачи реле (контактор) замыкает контакты 4 и 5, ток от батареи 2 поступает в обмотку электродвигателя стартера 1. Якорь электро-

193

двигателя начинает вращаться и передает движение через шестерню 12 на маховик 13 коленчатого вала ДВС. После пуска двигателя выключателем J размыкается цепь обмотки стартера. Под действием возвратной пружины 8 сердечник электромагнита возвращается в исходное положение. Это приводит к размыканию контактов 4 и 5 и выходу из зацепления зубчатой передачи шестерни с маховиком.

Управление включением стартера осуществляется дистанционно из кабины водителя.

Рис. 11.36. Схема системы управления пуском двигателя и защитой стартера:

Механические узлы защиты не обеспечивают должной надежности, необходимого срока службы и четкости срабатывания системы. Это привело к использованию электрических элементов в системе защиты. На рис. 11.37, а представлена функциональная схема системы пуска двигателя и защиты стартера. В систему управления дополнительно введены средства защиты, позволяющие отказаться от обгонной муфты. Система защиты включает в себя:

Дс2-1 – датчик скорости вращения вала nк.в, преобразующий механический параметр в электрический сигнал;

ИнП2-2 – информационный преобразователь, выполняющий функции согласующего устройства;

УСр2-3 – устройство сравнения скорости с заданным значением;

194

ЗдУ2-4 – задающее устройство; УУ1-2 – устройство управления; В31-1 – выключатель зажигания;

ИМ2-5 – силовой элемент тягового реле; КМ1-3 – силовое реле (контактор) тягового реле;

ИМ1-4 – исполнительный механизм (двигатель стартера);

POl-5 – шестерню зацепления с маховиком (рабочий орган механизма включения);

Р02-6 – муфту (рабочий орган системы защиты).

Остальные элементы применяются во всех современных системах пуска. Работа первого контура управления не отличается от рассмотренной выше системы пуска (см. рис. 11.36).

Работа системы защиты (рис. 11.37, б) поясняется диаграммами сигналов. Сигнал в точке 1 системы (параметр – частота вращения вала nк.в) изменяется по экспоненте, стремясь к заданному режиму. Параметр является аналоговой механической величиной, представляемой сигналом с непрерывной амплитудной модуляцией – nк.в(АМ)М. Датчик Дс2-1 (как правило, генератор переменного тока) преобразует частоту вращения вала в напряжение переменного тока (диаграмма 2), амплитуда Umи частота f которого пропорциональны параметру nк.в: Um =φ1(nв), f= φ1(nк.в). В рассматриваемой системе используется амплитудная модуляция, что заранее снижает ее возможности. Сигнал с ИнП2-2 приведен на диаграммах 3 и 4. Как видно из диаграмм, ИнП2-2 является выпрямителем. В устройстве сравнения УСр2-3 сигнал = U сравнивается с сигналом задающего устройства Uz(диаграммы 3 и 4). В реальных системах используются различные элементы сравнения электрических сигналов, например, вычитание токов на общей нагрузке, но наиболее распространены схемы сравнения на электромагнитных реле. При достижении напряжением заданного значения сила тока в обмотке реле создает электромагнитное поле, механическая сила которого преодолевает силу возвратной пружины и реле срабатывает (диаграмма 5). Устройство управления УУ1-2 (как правило, релейная схема) срабатывает и через электромагнит М2-5 и рычаг воздействует на муфту (РО) и выводит шестерню из зацепления.

195

Рис. 11.37. Система пуска двигателя и защиты стартера:

а – функциональная схема; б – диаграммы сигналов (номер контрольной точки на функциональной схеме соответствует номеру диаграммы сигналов).

На рис. 11.38 представлена принципиальная схема системы управления стартером.

Рис. 11.38. Принципиальная схема системы управления стартером: УУ – устройство управления; УИ – устройство измерения.

Командой от выключателя зажигания SAвключается промежуточное реле К2устройства управления УУ, которое своим контактом К2:

196

включает электромагнит КМ тягового реле стартера. Через контакт AM тягового реле с замедлением по времени включается двигатель М с последовательно включенной обмоткой возбуждения ОВ. Частота вращения вала двигателя воспринимается датчиком (тахогенератором) Gустройства измерения. Переменное напряжение с датчика выпрямляется мостовым выпрямителем VDи подается на обмотку реле К1. При достижении на обмотке заданного значения напряжения, соответствующего заданной частоте вращения вала, реле К1срабатывает и своим контактом К1: отключает промежуточное реле К2. Реле К2своим контактом К2: отключает тяговое реле стартера от батареи GB. Как отмечалось ранее, датчик угловой скорости в виде генератора переменного тока имеет на выходе частотно-модулированный сигнал. Рассмотренная система пуска не использует все возможности тахогенератора. Кроме того, в такой системе в качестве устройства сравнения используется механическая возвратная пружина реле. Жесткостью пружины задается порог срабатывания. При достижении током, протекающим в обмотке реле, определенного уровня, достаточного для создания определенного магнитного поля, создается механическая сила, преодолевающая жесткость пружины. Реле срабатывает.

Рис. 11.39. Структурная электрическая схема цепей управления и измерения системы пуска двигателя с преобразованиемЧМ → AM → КМ

В ряде систем пуска, например, в двигателях автомобиля КамАЗ, применены электронные частотные элементы. Структурная электрическая схема такой системы приведена на рис. 11.39. Командой с выключателя зажигания SAтриггер Г устанавливается в лог. «1». Срабатывает релеКи своим контактом К: включает стартер. Частота вращения вала воспринимается тахометром В. Из частотно-модулированного сигнала датчика формирователем Fформируются импульсы напряжения, которые подаются на преобразователь PFчастотного сигнала в аналого-

197

вый. Преобразователь выполняет преобразование ЧМ →AM. На схеме сравнения (компараторе) ТН сравниваются напряжения Ux и Uz. Компаратор ТН осуществляет преобразование AM → КМ. При превышении Ux>Uzна выходе компаратора появляется сигнал, который через схему ИЛИ DD1 устанавливает триггер Т в лог. «0». Реле выключается. Стартер отключается от батареи GB. Через схему ИЛИ DD1 осуществляется также сброс в лог. «0» триггераТот выключателя SAпри повторном запуске двигателя. Как видно из описания, такая схема обладает существенным недостатком. В ней осуществляется обратное преобразование частотно-модулированного сигнала в амплитудно-модулированный, при котором теряются положительные свойства системы.

Принципиальная схема рассмотренной системы управления пуском ДВС представлена на рис. 11.40. Эта система обеспечивает автоматический пуск и блокировку стартера от повторного пуска при работающем двигателе. Система управления включает в себя датчик Дч.в частоты вращения коленчатого вала; реле стартера KVс разомкнутыми контактами KV1,подключающими стартер к аккумуляторной батарее GB; выключатель приборов и стартера SA; электронный блок, состоящий из входного формирователя (резисторы R1...R4, конденсаторы С1...С4, транзистор VT1, стабилитроны VD2, VD3); преобразователь частоты следования импульсов (ЧМ) в амплитуду постоянного напряжения (AM) (диоды VD4...

VD6, конденсаторы С5, С6, резисторы R8, R9); устройство сравнения (стабилитрон VD7, конденсатор С7); триггер, собранный на транзисторах VT2, VT3.При переводе выключателя SAв положение КЗ («Включено») к устройству управления подключается аккумуляторная батарея GB. При этом триггер устанавливается в состояние лог. «0», в котором транзистор VT2 закрыт, aVT3 – открыт. После перевода выключателя SAв положение СТ («Пуск») обмотка реле KV1: через диод VD10 и открытый транзистор VT3 также подключается к аккумуляторной батарее. Реле срабатывает и контакты KV1: включают стартер.

198

Рис. 11.40. Принципиальная схема системы управления пуском ДВС

При вращении коленчатого вала с датчика Дч.в на вход формирователя импульсов начинают поступать импульсы напряжения. С коллектора VT1 усиленные импульсы, ограниченные по амплитуде стабилитронами VD2 и VD3, поступают на вход преобразователя, который преобразует частотную последовательность импульсов в напряжение на выходе конденсатора С6. Параметры устройства сравнения выбраны таким образом, что при достижении заданной частоты напряжение на конденсаторе С6становится равным напряжению стабилизации стабилитрона VD7. Последний пробивается и переводит триггер в состояние лог. «1», при котором VT3 закрыт, aVT2 открыт. Обмотка реле KV1 обесточивается и стартер отключается.

Повторное включение стартера возможно только после снижения частоты вращения коленчатого вала и перевода выключателя SAв первоначальное положение. Если даже выключатель SAостается в положении СТ, а частота вращения вала двигателя уменьшилась, повторного включения стартера не произойдет, так как для срабатывания реле KV1 необходимо перевести триггер в состояние лог. «1», а это возможно только при возврате ключа SAв исходное положение.

Вкачестве датчика частоты вращения используется генератор.

Содной фазы снимается сигнал переменной частоты и подается на устройство управления. Терморезистором R7 изменяется заданная частота вращения вала, при которой стартер должен отключаться.

199

Рис. 11.41. Электрическая схема цепей управления и измерения системы пуска двигателя с преобразованием ЧМ →AM →КМ

Система, в которой не производятся обратные преобразования, представлена на рис. 11.41. В отличие от ранее рассмотренной системы в ней ЧМ-сигнал с формирователя подается на устройство сравнения УСр частотных сигналов, которое вычитает частоту сигналов fх, поступающих с датчика, из частоты сигналов fz, поступающих с генератора G, выполняющего функцию задающего устройства. Сигналом с выхода УСр триггер Г устанавливается в лог. «0». Через тиристорный ключ SW, управляемый триггером, включается стартер. Цепи возврата триггера в первоначальное состояние перед повторным пуском на схеме не показаны.

11.13. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ЗА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ И АВАРИЙНОЙ

ЗАЩИТОЙ ДВИГАТЕЛЯ

Основными контролируемыми параметрами двигателей являются прежде всего те, по значениям которых можно судить о наступлении аварийного состояния: давление масла, температура масла и охлаждающей жидкости в системе смазки и охлаждения, частота вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, выделяют группу параметров предупредительного характера (уровень топлива и масла в баках, давление охлаждающей жидкости и др.) и параметров, сигнализирующих о положении агрегатов (включение воздушной заслонки карбюратора, подзарядка аккумуляторной батареи и др.).

Автоматический контроль может быть оперативным, осуществляемым в момент работы, и учетным, с регистрацией параметров на носителях информации для последующей обработки и использования этой информации в системах диагностики.

200