Способ стабилизации стехиометрического состава смеси в двигателе внутреннего сгорания

 

СПОСОБ СТАБИЖЗАЦИИ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СМЕСИ В ДВИГА - i ТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт. св. № 966267, отлнч ающийс я тем, что, с целью повьпоекия точности стабилиза1Д1и, перед формированием управляющего сигнала измеряют амплитуды разностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, по которой подбирают коэффициент деления частоты следования импульсов, и управляющий сигнал фирмируют с учетом подобранного, коэффициента.

COOS COBETQHHX

CCI3W

РЕСПУБЛИК

aS 01) 4(51) F 02 D 33/00

1 ОСУДМЧЛВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ е .1 Л1.-И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтаеснам свиДвтвъствм

1 (61) 966267 (21) 3564! 13 /25-06 (22) 14.03.83 (46) 30.01 85. Бюл.9 4 (72) Л.М.Регельсон и Э.Х.Черняев (71).Научно-исследовательский и экспериментальный институт автотракторного электрооборудования и автоприборов (53) 621.436-545(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 966267, кл. Р 02 Р 33/00, 1981. (54) (57) СПОСОБ СТАБКЛИЭАЦИИ СТЕХИО-

МЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СМЕСИ В ДВИГА-

ТЕПЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт. св. В 966267, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности стабилизации, перед формированием управлякщего сигнала измеряют амплитуды разностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, по которой подбирают коэффициент деления частоты следования импульсов, и управляющий сигнал фирмируют с уче том подобранного. коэффициента.

ll37228

Иэобретение относится к двигатепестроению, в частности к автоматическому регулированию двигателей внутреннего сгорания.

По основному авт.св. М 966267 известен способ стабилизации стехиометрического состава смеси в двигателе внутреннего сгорания путем регистрации сигнала от датчика состава отработавших газов, задания уров- 10 ня опорного напряжения, соответствующего стехиометрическому составу смеси, сравнения с ним сигнала датчика, выработки по результатам сравнения разностного сигнала и воздейст- 15 вия на орган регулирования топливовоздушной смеси на устранение этого сигнала, причем вырабатывают в одинаковую фазу каждого рабочего цикла двигателя импульс и формируют 20 управляющий сигнал путем стробирования этим импульсом разностного сигнала, а результат воздействия кажц0го управляющего сигнала на орган регулирования сохраняют до получе- 3$ ния очередного управляющего сигна" ла (1) .

Однако данный способ является при. емлемым для случаев, когда датчик состава отработавших газон расположен в начале выпускного трубопровода вблизи блока цилиндров. Такое расположение датчика обосйечивает. сравнительно малу.. инерционность системы стабилизации, но датчик реа35 гирует на состав отработавших газов того цилиндра, в котором в данный момент осуществляется выпуск, что обусловливает снижение качества процесса регулирования, так как изменение состава смеси происходит во всех цилиндрах по составу-отработавших газов лишь одного иэ них.

Для устранения этого несоответствия s некоторых системах датчик располагают в конце выходного трубопровода. В этом случае отработавшие газы всех цилиндров до подхода к датчику успевают перемешиваться и датчик реагирует иа состав отработавших газон, обусловленный суммарным воздействием всех цилиндров.

Кроме того, регулирование по соста" ву- отработавших газов в конце выпускного трубопровода обосновано еще и тем что отработавшие газы непосредственно после выпускного трубопровода попадают для очистки в трехкомпонентный каталитический нейтралиэатор, который действует только при составе отработавших газов, поступающих в него, точно соответствующем заданному стехиометрическому составу смеси.

Расположение датчика в конце выпускного трубопровода неизбежно приводит к повышению инерционности системы регулирования (стабилизации ), поскольку на прохождение отработавших газов по выпускному трубопроводу затрачивается определенное время, существенно зависящее от частоты вращения коленчатого вала.

Кроме того, способ характеризуется недостаточной точностью и, как следствие этого, к ухудшенными качествами очистки {нейтрализации ) отработавших газов.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации стехиометрического состава смеси, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу стабилизации стехиометрического состава смеси в двигателе внутреннего сгорания путем регистрации сигнала от датчика состава отработавших газов, задания уровня опорного напряжения, соответствующего стехиометрическому составу смеси, сравнения с ним сигнала датчика, выработки по результатам сравнения разностного сигнала .и воздействия им на орган регулирования топливовоздушной смеси на устранение этого сигнала, причем вырабатывают в одинаковую фазу каждого рабочего цикла импульс и формируют управляющий сигнал путем стробирования этим импульсом раэностно-!

ro сигнала, а результат воздействия каждого управляющего сигнала на орган регулирования сохраняют до получения очередного управляющего сигнала, перед формированием управляющеГо сигнала измеряют амплитуды раэностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, по которой подбирают коэффициент деления частоты следования импульсов„ и управляющий сигнал фирмируют с учетом этого коэффициента.

На фиг.1 изображена упрощенная функциональная схема для осуществления способа, на фиг,2 — .зависимость напряжения 00, вырабатываемого датчиком состава отработавших газов (кислородного датчика), от коэффициента избытка воздуха о(,, опорное напряжение 0>< и разностный сигнал (сигнал ошибки ) Ц = 08- О „, . на фиг.3 функций времени для случая расположения кислородного датчика в начале выпускного трубопровода при коэффициенте деления частоты следования импульсов, равном единице: напряжение, вырабатываемое кислородным датчиком 0, опорное напряжение И ц и разностный сигнал (сигнал ошибки) 1О !! (график Q) напряжения на выходе компараторов (график о), стробирующий импульс, вырабатываемый одновибратором (график 9)., управляющий сигнал на входе одного иэ электромаг нитных клапанов ЗМК (график 4), .управляющий сигнал на входе другого

ЭИК (график », положение золотника клапана- доэатора (график e} и количество дополнительного регулируе »О мого воздуха (график ж) на фиг.4— функции времени для случая расположения кислородного датчика в конце выпускного трубопровода: количество дополнительного регулируемого воздуха G p в начале выпускного трубопровода (графикд,, количество дополнительного регулируемого воздуха (j g в месте установки датчика и количество дополнительного регулируемого воздухабод, соответствующее стехиометричес ому . составу смеси (график3), импульсы, вырабатываемые одновибратором (график $), стробирующие импульсы при оптимальном коэффициенте деления (график ) положение золотника клапана-дозато- ,:ра (график )), на фиг, 5 — клапандозатор.

На фиг. 1 - S и в тексте при няты следующие обозначения: < — - коэф" 40 фициент избытка воздуха; — продолжительноть рабочего цикла двигателя, Ug — напряжение, вырабатываемое кислородным датчиком; !1ш! — опорное напряжение, 0 — разностный сигнал

45. (сигнал ошибки), Ц вЂ” напряжение на выходе одного из компараторов, 0 - напряжение на выходе другого компаратора, !! ! — импульс, вырабатываемый одновибратором, U g — стробирующий импульс при оптимальном коэффициенте деления, U g — управляющий сигнал на входе ЭКИ (10); . 0 » — управляющий сигнал на входе

ЭКИ (1 l } Po атмосферное давление, Ээ

6 р — раэреженче во всасывающем коллекторе," Г1 — сила сжатия пружины, действующая на диафрагму(Fp — caine

1 действующая на диафрагму от разрежения в камере клапана-дозатора, „ — количество дополнительного регулируемого воздуха в отработавших газах на входе выпускного трубопровода, Qg -"количество дополнительног регулируемого воздуха в месте установки кислородного датчика; (» „ — количество дополнительного регулируемого воздуха в отработавших газах, соответствующее стехиометрическому составу смеси Q — цикловой расход дополнительного воздуха 5 — полоt жение золотника клапана-доэатора.

Система регулирования для осущест. вления способа (фиг.l! содержит потенциометр 1 опорного напряжения, кислородный датчик (!! — зонд) 2, операционный усилитель 3, компараторы

4 и 5, схемы 6 и 7 совпадения, усилители 8 и 9 тока электромагнитные клапаны (ЭИК) 10 и 11 датчик 12 высоковольтного импульса зажигания одного из цилиндров, свеча 13 зажигания, .одновибратор 14, схема деления частоты следования импульсов 15.

Клапан-дозатор содержит электромагнитные клапаны (ЭМК) 10 и 11, диафрагму 1б, пружину 17, камеру 18 дозатора и золотник 19.

Для пояснения процесса регулирования (стабилизации) рассмотрим предварительно случай, когда кислородный датчик установлен в начале выпускного трубопровода и коэффициент деления частоты слецования равен еди: нице, т.е.,целения не производят.

Процесс регулирования протекает следующим образом. Если к началу регулирования смесь богатая, то ош= 1 - !}оп>0 (график g, фиг.3) процессы в цепях схемы осуществляются так, что сигнал ошибки, преобразованный операционным чсилителем 3, поступает на компаратор 5 и с его выхода напряжение О (график 5, фиг.3) поступает на схему 7 совпадения, где оно стробируется импульсом (график Е, фиг.3}. Стробирующий импульс О1,! получают с одновибратора 14, который запускается импульсом зажигания свечи 13 одного из. цилиндров, генерируемых высоко вольтной катушкой (датчиком 12}.

Таким образом стробирующий импулвс вырабатывают в одинаковуюфазу каждого рабочего цикла двигателя, в данном случае в момент начала воспламенения в одном определенном цилиндре.

1137228

Далее преобразованный сигнал ошибки, т.е. разностный сигнал стро. бируемый импульсом (1ц, с выхода схемы 7 сонпадения через усилитель тока 9 поступает с периодичностью т в качестве управляюшего сигнала

Ц на ЭИК 11 (график шиг.З)

На время действия управляю;его сигнала ЭИК 11 (Лиг.5 ) открывает дос. туп разрежению..6 ц в камеру донато- 10 ра 18. пружина 17 сжимается и золотник 19 вместе с диафрагмой 1б передвигается (график е, фиг.3), увеличивая доступ дополнительного атмосферного воздуха (давление РД во всасывающий коллектор (график@, фиг. 3), обеспечивая тем самым обеднение смеси (график О» фиг.З).

Положение золотника 19 сохраняет". ся до прихода следующего управляюще- 20 го сигнала, т.е. воздействие управляющего сигнала на орган регулирования сохраняется до получения очередного управляющего сигнала.

Когда смесь становится бедной и 25 сигнал ошибки Ц0 =0 - 00„(О» то полученное на выходе операционного усилителя 3 напряжение преобразованного сигнала ошибки воздействует на компаратор 4 и далее через усилитель 8 стробируемый управляющий сиг- нал поступает на ЭИК 1О (график g, фиг.З 1, который на время действия этого сигнала пропускает в камеру клапана-дозатора атмосферное давпе35 ние 1 оказывая на дозатор воэдейО» с .ние, противоположное укаэанному вьппе» т.е. обогащая смесь.

Если до формирования очередного управляющего сигнала смесь (фиг.З), @ еще не успела пройти через состояние ар1, то повторяются предыдущие процессы.

Таким образом, разностный сигнал, т;е, сигнал ошибки, воздействует на орган регулирования на устранение этого сигнала. случае расположения датчика в конце выпускного трубопровода ра" 0 ционально осуществлять деление час- . тоты следования импульса, стробирующего раэностный сигнал, так как требуется определенное время на продвижение отработавших газов от вход5 ного до выходного конца выпускного грубопровода, а также на перемешинание при этом отработавших газов от выхода разных цилиндров»

При отсутствии глушителя указанное время продвижения приблизитель" но равно продолжительности рабочего цикла двигателя Т . При наличии глупителя условия для перемешивания улучшаются, но время продвижения отработанших газов существенно увеличивается. Можно полагать, что время

1 продвижения данной порции отработавших газов равно суммарной продолжительности нескольких рабочих цик- лов.

Поэтому изменение состава отработавших газов $ >х от дополнительно регулируемого воздуха на входе выпускного трубопровода (график 1, фиг.4) отражается на его выходе, т.е, в месте установки датчика с задержкой во времени, например, 4 в виде изменения перемешанного состава отработавших газов С д (графикБ, фиг, 4 ) . Именно на этот состав отработавших газов реагирует кислородный датчик, расположенный в конце выходного трубопровода.

Если при этом сохранить равным единице коэффициент деления частоты следования импульсов, стробирующих разностнык сигнал, т.е. если производить стабилизацию в соответствии с известным способом без предлагаемого дополнения, то каждый импульс одновибратора 14 (график 9, фиг.4) стробирует разностный сигнал, т.е, управление золотником клапана-доза.тора осуществляется один раз в течение каждого рабочего цикла, учйтывая отмеченное на графике 3 фиг,4 штрихоной линией количество дополнительно регулируемого воздуха в отработавших газах, соотнетствующее стехиометрическому составу .смеси 60„. получаем на графике g фиг.4 положение золотника клапанадозатора 5 при коэффициенте деления частоты следования, равном единице (тонкая ступенчатая линия), При этом воздействие клалана-дозатора на сос тав отработавших газов, являющееся следствием регулирования состава смеси, показано на графиках д и ц фиг,4 тонкими ступенчатыми линиями и отражает наличие отрицательной об ратной связи. Последнее иллюстрирует. ся тем, что при количестве дополнительного регулируемого воздуха в месте установки датчика большем, чем количество регулируемого воздуха, соответствующего стехиометричесII37228

7 кому составу смеси Cj д (график 5) золотник клапана-дозатора передвигается в такую сторону, что количество воздуха уменьшается. При количестве дополнительного регулируемого воздуха меньшем 1од происходит обратный процесс. При этом видно, что состав смеси в процессе регулирования существенно отклоняется от стехиометрического, поскольку происходит существенное отклонение количества дополнительного регулируемого воздуха от, э.е. точность стабилизации невелика.

В изобретении с целью повышения точности стабилизации перед формиро. ванием управляющего сигнала измеряют амплитуды разностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, по которой подбирают коэффициент деления 2О частоты, следования импульсов и управляющий сигнал формируют с учетом подобранного коэффициента, Полученные для этого случая стробируюшие импульсы 0< при оптимальном д5 коэффициенте делении показаны на графике фиг.4, Жирными ступенчаты-. ми линиями показаны на фиг.4 для этого случая положение золотника клапана-доэатора 8 (график q) и воз- З> двйстви клапана-дозатора на состав отработавших газов (графики а и В) .

Граф: 5 фиг,4 показывает, что в предложенном способе отклонение состава отработавших газов от .соста35 ва отработавших газов, соответствующего стехиометрическому составу смеси, в процессе регулирования меньше и, следовательно, точность стабилизации выше, чем в способе jI) .

Подбор коэффициента деления осуществляется для каждой марки автомобиля или с учетом конкретных условий установки двигателя вне автомобиля.

Подбор коэффициента деления осуществляют по минимальной амплитуде разностного сигнала. Правомерность такого подхода поясняется следующим образом. В процессе подбора коэффициента деления при его изменении изменяется максимальное отклонение количества дополнительного регулируе. мого воздуха в месте установки датчика от количества этого воздуха,, соответствующего стехиометрическому составу смеси (график 3 фиг,4 ).

В соответствии с этим изменяется амплитуда разностного сигнала, т.е. сигнала ошибки 0 (фиг.2) .Поэтому, получая, например, осциллограммы раз. ностного сигнала, типа осциллограммы, показанной на графике g фиг.1, в процессе подбора коэффициента деления добиваются получения минимапьной амплитуды разностиого сигнала, что соответствует минимальному откло нению состава смеси от стехиометри- . ческого, т.е. максимальной точности стабилизации. Выбрав коэффициент деления частоты следования импульсов по минимальной амплитуде разностного сигнала, этот коэффициент сохраняют на все время осуществления процесса регулирования.

Использование изобретения в карбюраторных двигателях. позволяет снирить уровень основных токсических компонентов-окислов азота, углерода и углеводорода в окружающей среде.

1137228

1137228

Составитель В.Ищейко

Редактор Н.Воловик Техред С.Легеза Корректор Н. Король

Заказ 10491/24 Тираж 538. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и:открытий

113035, Москва, Ж-35 - Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4