Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 F 02 D 33/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2964067/25-06 (22) 29.07.80 (46) 30,12,86.Бюп. N - 48 (71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов (72) Е,М.Бороздин, В.А.Набоких, Л.М.Регельсон и Б.Я.Черняк (53) 621.436-545 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 883538, кл. F 02 D 33/00, 1979 ° (54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем измерения каждого временного интервала, вычисления текущей нестабильности вращения коленчатого вала как разности величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних временных интервалов, измерения наг„„Я0„„1280162 А1 рузки и частоты вращения коленчатого вала, определения по результатам измерения опорного уровня нестабильности, соответствующего оптимизируемому выходному параметру, вычисления разности между текущим значением и опорным уровнем нестабильности и формирования по этой разности управляющего сигнала на ее устранение, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения процесса регулирования, принимают в качестве временного интервала продолжительность рабочего цикла двигателя, измеряют частоту вращения в одинаковую фазу каждого цикла, определяют приращение частоты вращения за время между двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла и принимают его за параметр вращения.

128016

Изобретение относится к регулированию двигателей внутреннего сгорания, в частности к регулированию двигаталей легкого топлива, в т.ч. с форкамерно-факельным зажиганием. 5

Известен способ регулирования двигателя внутреннего сгорания путем измерения каждого временного интервала, вычисления текущей нестабильности вращения коленчатого вала как разности величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних временных интервалов, измерения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, определения по результатам измерения опорного уровня нестабильности, соответствующего оптимизируемому выходному параметру, вычисления разности между текущим значением и опорным уровнем нестабильности и формирования по этой разности управляющего сигнала на ее устранение flj .

Применение способа приводит к повышению экономичности двигателя и к снижению токсичности отработавших газов, но он имеет некоторые существенные недостатки ° Они определяются тем, что в качестве временного интервала и в качестве параметра вращения использован период вращения коленчатого вала.

При выбранном параметре вращения нестабильность может быть определена только на установившихся скоростных режимах двигателя, а на неустановившихся скоростных режимах она не может быть выявлена на фоне регулярных изменений частоты вращения коленчатого вала.

При выбранном временном интервале неисправность одного из цилиндров многоцилиндрового двигателя вызывает ложный сигнал нестабильности значительной величины, что снижает

45 качество регулирования.

Цель изобретения — улучшение процесса регулирования.

С этой целью в качестве временно50 го интервала принимают продолжительность рабочего цикла двигателя, измеряют частоту вращения в одинаковую фазу каждого цикла, определяют приращение частоты вращения за время меж55 ду двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла и принимают его за параметр вращения.

2 2

На фиг. 1 изображено в общем виде примерное семейство экспериментальных зависимостей нестабильности от нагрузки двигателя P (график д ), изменения частоты вращения п и нагрузки двигателя Р по времени (график о ), изменение опорного уровня нестабильности „ и разности между текущим значением нестабильности и опорным уровнем — по времени (граоп фик о), изменение циклового расхода топлива Gg по времени (график 2 ); на фиг, 2 — зависимости коэффициента избытка воздуха с и удельного расхода топлива g s от нагрузки двигателя P при постоянном значении частоты вращения и = n = const; на фиг. 3 — линейное изменение частоты вращения и во времени и ее приращения за счет нестабильности „ на фиг.

4 — кривая . разгона двигателя и ее аппроксимация; на фиг,5 упрощенная функциональная схема системы для реализации способа.

На фиг. 1-5 и в описании приняты следующие обозначения: Р— нагрузка двигателя; — частота вращения коленчатого вала; а — приращение частоты вращения коленчатого вала за счет регулярных изменений; Зд приращение частоты вращения коленчатого вала за счет честабильности;

Т вЂ” продолжительность рабочего цикла двигателя; Q — настабильность вращения коленчатого, вала; Д вЂ” текущее значение нестабильности вращения коленчатого вала; 6 „ — опорный уровень нестабильности вращения коленчатого вала; С вЂ” цикловой расход топлива; g < — удельный расход топлива; geц„„ — минимальный относительный уровень удельного расхода топлива; о — коэффициент избытка воздуха, I

Способ предусматривает оптимизацию одновременно одного выходного параметра при использовании одновременно одного регулируемого параметра.

Оптимизируемыми выходными параметрами могут являться, например, относительный уровень удельного расхода топлива (экономичность), относительный уровень токсичности отработавших газов (минимизация), относительный уровень максимальной мощности, величина коэффициента избытка воздухао6, а в качестве регулируемых параметров могут быть использованы, например, 1280162 цикловой расход топлива С, угол опережения зажигания, количество рециркулируемых отработавших газов.

Способ поясняется на примере оптимизации относительного уровня удельного расхода топлива ge е мин. < соответствующего режиму эффективного обеднения смеси, регулированием циклового расхода топлива с использованием карбюратора, 10

Для того, чтобы обеспечить выполнение требования ge = ge в проеми« цессе эксплуатации двигателя добиваются его выполнения в процессе эксперимента и при этом получают, 15 например семейство зависимостей Д (Р) при Разных фикси:рованных значениях частоты вращения = const npu ge = ge „(ôèã. l, график а ) . 20

Это семейство зависимостей реали — - ° зуют в со от ве т ст вующем по сто янно м запоминающем устройстве и по ним оп.Ределяют для текущих значений и

Р (фиг,l, график о ) опорный уровень нестабильности, соответствующий оптимизируемому выходному параметру, т.е. ge = ge (фиг. l, график 5 ) ..

Вычисляют текущее значение нестабильности вращения и разность между текущим значением и опорным уровнем нестабильности А — Д (фиг,l, график о) и формируют по этой разности управляющий сигнал на ее устранение. 35

При этом текущее значение нестабильности стремится к опорному уров— ню Д рр, а цикловой расход топлива

K величине cooTBPTcTBvto- 40 щей этому уровню (фиг. l, график 2), чем обеспечивается выполнение требованин ge ge„«.

Определение по результатам измерения нагрузки Р и частоты вращения <7 45 опорного уровня нестабильности Д „, соответствующего оптимизируемому выхоДному паРаметРУ ge = ge мрн, поЯсняется на фиг, 1 .

Моменты времени отмечены точками

1-12. Нагрузка P между точками 1 и

2 убывает, между точками 2-4 ñîõðàняется постоянной и после этого возрастает.

Частота вращения между To IKanm 55

1-3 сохраняется постоянной и равной между точками 3-6 она уменьшается до величины = Ц, между точками 6 и 7 частота сохраняется по сто янной и р авно и у = р, между точками 7 и 8 возрастает, между точками 8-11 уменьшается, а между точками ll и 12 сохраняется постоянной и равной

Определение опорного уровня иллюстрируется построениями при помощи штриховых линий. В момент времени, отмеченный точкой 1, значение нагрузки P проектируется на зависимость семейства. Д (Р), полученную при =,, т,е, в точку 1 (cM графики Б и и ). Из точки 1 опуска1 ется перпендикуляр на горизонтальную ось д на графике g и полученная на этой оси точка переносится на вертикальную ось Д на графике

Из этой точки проводятся горизонтальная, а из точки 1 — вертикальная линии и на их пересечении отмечается точка 1, которая является значением

ft опорного уровня Д, в рассматриваемый момент времени. Аналогичные построения осуществляются в моменты времени, отмеченные точками 2,3,6, 7,11 и 12, При этом используются соответствующие зависимости семейства

Д(Р), полученные при Р = <,<7 = Ц или = <7, а опорный уровень Ь „ на графике В отмечен точками 2", 3 ", tt << П !(6, 7, 11 и 12 соответственно.

Моменты времени, отмеченные точками 4,5,8,9 и 10 характерны тем, что действительные значения частоты вращения <7 не равны ни одному из значений, при которых получены зависимости семейства Ь(Р) на графике о

В эти моменты используют ту зависимость из семейства g (P), которая получена при частоте вращения, ближайшей к ее действительному значению.

В соответствии с этим в момент, отмеченный точкой 4, используют зависимость, полученную при = « в моменты, отмеченные точками 5,8 и 9, зависимость, полученную при а в момент, отмеченный точкой 10, зависимость, полученную при

Значения опорного уровня Д „, полученные в эти моменты времени, отмечены на графике о точками 4, 5

И tt

8, 9 и10

Значения опорного уровня в эти моменты времени можно получить и другими методами, например, интерполяцией, Регулирование циклового расхода топлива применительно к карбюратору

80162 постоянстве частоты вращения соответствует больший опорный уровень нестабильности „ и по меньший цикловой расход топлива С, т.е. больший О(, Предполагается, что указанные условия соответствуют точкам 14 и 14 .

Когда частота вращения вала начнет падать, водйтель автомобиля или другой оператор ее восстановит, и когда момент сопротивления полностью уравновесится крутящим моментом, нагрузка возрастет до первоначальной величины Р=Р при ((= ((I (. ((Этому состоянию соответствуют точки

15 и 15. Полученный при этом цикловой расход топлива Gg сохраняется до очередного вычиспения текущего значения нестабильности Ь и определения опорного уровня (1 „.

При постоянстве частоты вращения и одновременном увепичении нагрузки точка, соответствующая режиму эффективного обеднения смеси, будет передвигаться по кривой де = яе „„ вправо.

Б этом случае опорный уровень 6 „ непрерывно изменяется.

При объяснении процесса отработки управляющего сигнала для случаев одновременного изменения частоты вращения (и нагрузки P должны быпи бы использоваться семейства зависимостей gе, „(Р), gs(Ð) и Ж(Р), полученные для разных фиксированных значений, Точка, соответствующая режиму эффективного обеднения смеси, будет в этом случае переходить на разные зависимости семейств g (Р) и .О(. (Р) .

5 12 заключается в коррекции его работы, В этом случае (фиг.2) отработка управляющего сигнала происходит следующим образом, При постоянном значении частоты вращения, в данном случае, например, при =, = const, изменение удельного расхода топлива gs без коррекции карбюратора осуществляется по штриховой зависимости g (Р), изображенной в нижней части фиг,2, а работа карбюратора в режиме эффективного обеднения смеси, соответствующеГО Выполнению УслОВиЯ К е = а е м 1 осуществляется по сплошной кривой

Бе ми((Если регулирование происходит при постоянной нагрузке P = P, = const (см,например, отрезок времени 2-3 на фиг.1), то до начала процесса регулирования удельный расход топлива g соответствует точке 13 на нижнем графике, а величина коэффициента избытка воздуха с4, характеризующая цикловой расход топлива, ( соответствует точке 13 на верхнем графике фиг,2, Оптимизация выходного параметра, т.е. выполнение условия g = е соответствует точкам 15 и 15 (для определенности принято с = 1,2).

В начале процесса регулирования„ т,е, при @ „ соответствующем точке

13, текущее значение нестабильности не равно опорному уровню 6 „, полученному для =, и Р = Р, при соблюдении условия ge = ge Поэтому по разнОсти Д вЂ” 6 „ выра.батывают управляющии сигнал на устранение этой разности, т,е, текущее значение нестабильности Ьg стремится к опорному уровню Ь0„, полученному при gs = ge +,„„ и, следовательно, значение @ стремится к точке 15, а коэффициент М, характеризующий цикловой расход топлива, стре ( мится к точке 15

Переход системы регулирования из (( точек 13 и 13 в точки 15 и 15 соответственно осуществляется через точки. 14 и 14, Объясняется это тем, что в начале отработки управляющего сигнала сразу начинается обеднение смеси. Оно вызовет уменьшение нагрузки, например, до значения P = P, ". частота вращения сохранится равной пока продолжается вращение ва ( ла по инерции, Меньшей нагрузке при

t5

Вычисление текущей нестабильности вращения производят следующим образом. Измеряют продолжительность каждого рабочего цикла двигателя, например, при помо(шл импульсов, полученных через один в верхней мертвой точке (ВМТ) одного цилиндра, измеряют частоту вращения в одинаковую фазу каждого цикла, например, в момент получения укаэанных импульсов

BNT, определяют приращение частоты вращения эа время между двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла и принимают его за параметр вращения, вычисляют текущую нестабильность как разность величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних циклов, т.е, 1280162 1 (— — ——

Т1+2

61, — — — — ) +

Т;+, в течение двух соседних временных интервалов.

Поскольку эту разность, т.е. текущее значение нестабильности, необходимо сравнивать с опорным урбвнем 5 нестабильности Ь „, являющимся положительной величиной, то она тоже должна всегда быть положительной.

Поэтому ее вычисляют вычитанием меньшего значения параметра вращения из большеro.

Принятая в данном способе мера нестабильности вращения позволяет при вычислении текущего значения нестабильности устранить влияние ре15 гулируемых изменений частоты вращения на неустановившихся скоростных режимах, а также влияние сравнительно низкочастотных циклических колебаний частоты вращения, наблюдаемых на установившихся скоростных режимах.".

Сказанное иллюстрируется фиг. 3 и 4. В соответствии с фиг.3, на которой показано линейное возрастание частоты вращения во времени, т,е. отражено равноускоренное вращение вала, разность величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних временных интервалов, равна

30 1+1 8 7 1+1

6 — ——

Т, +г Т где Т;, и Т,, — продолжительность двух соседних временных интервалов, за которую принята продолжи- 35 тельность рабочих циклов; д и

dg;+„ - приращения частоты вращения соответственно за циклы Т;, и Т;„г обусловленные регулярными изменениями частоты вращения; E) и Я ;,, — приращения частоты вращения за счет нерегулярных изменений частоты вращения соответственно за те же циклы.

Поскольку частоту вращения измеряют в одинаковую фазу каждого цикла, . то время между двумя очередными измерениями равно продолжительности цикла. Поэтому каждая дробь приведенного выражения является параметром вращения, а разность между ними, определяемая в течение двух соседних интервалов, т.е. циклов, является текущим значением нестабильности вращения, Полученное выражение можно переписать в виде (2111

Т1Фг

Sq;

Т;+, Как явствует из фиг.З при линейном изменении частоты вращения первая скобка обращается в нуль и поэтому текущая нестабильность, учитывая, что при ее определении из большего вычитается меньшее, равна

Г „, Eq; э

Т;+, Т;„

= 3800 об./мин = 63 об./с. Следовательно, за время разгона осуществля63х5 ется приблизительно — — — = 157 ра2 бочих цикла или приблизительно 78 пар таких циклов. Таким образом кривая разгона фиг.4 апроксимируется 78 отрезками прямых, что вполне достаточно для принятого допущения.

Упрощенная функциональная схема системы (фиг.5), составленная применительно к регулированию циклового расхода топлива при помощи электронного карбюратора, содержит следующие элементы; двигатель 20, датчик 21 нагрузки (разрежения, характеризующего нагрузку), датчик 22 частоты вращения коленчатого вала, датчик 23

BMT одного цилиндра, формирователь т.е. влияние регулярных изменений частоты вращения устраняется.

В общем случае изменение частоты вращения не является линейным. Для примера на фиг. 4 приближенно изображена кривая разгона автомобильного двигателя. Эту кривую можно апроксимировать отрезками прямых, соединяющих точки 16 и 18,!7 и 19. Каждый из этих отрезков охватывает участки двух соседних рабочих циклов, на протяжении которых вычисляется текущее значение нестабильности. На этих участках изменение частоты вращения можно приближенно считать линейным и, следовательно, можно пользоваться последней формулой. Правомерность апроксимации всей прямой разгона подтверждается следующими соображениями.

Ориентировочное время разгона автомобильного двигателя от 1000 об/мин до 6600 об/мин на одной передаче можно принять равным 5 с. Среднее число

1000+6600 оборотов вала

1280162

24 опорного уровня нестабильности, формирователь 25 текущего значения нестабильности, формирователь 26 управляющего сигнала, исполнительный элемент 27 карбюратора, карбюратор 28,5

Схема работает следующим образом.

На формирователь 25 текущего значения нестабильности поступают сигналы с датчика 22 частоты вращения и импульсы с датчика 23 BNT через один, причем последние стробируют сигналы датчика частоты вращения. В качестве временног0 интервала, используемого для вычисления текущей нестабильности, принимают интервал между двумя импульсами, поступающими с датчика ВМТ, через один, являющийся продолжительностью рабочего цикла двигателя, Благодаря указанному выше стробированию, частота вращения измеряется в одинаковую фазу каждого цикла, в данном случае в момент начала рабочего хода или выпуска в одном цилиндре.

В формирователе 25 определяют приращение частоты вращения за время между двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла, равному времени между двумя очередными измерениями частоты вращения, и принимают его за параметр вращения. Текущую нестабильность вычисляют как разность величин параметра вращения, 35 определяемых в течение двух соседних временных интервалов, т.е. циклов, причем из большей величины вычитают .меньшую.

Полученное значение текущей неста- о бильности поступает с формирователя

25 на один из входов формирователя

26 управляющего сигнала.. В формирователе опорного уровня нестабильности 24 размещено постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором реализовано семейство зависимостей

Ь(Р), полученное при соблюдении условия ge = е „„„„ (см,фиг,1, графика ). 50

Считывание данных с ПЗУ производится сигналами с датчиков 21 нагрузки и частоты вращения 22, которые также стробируются импульсами дат- 55 чика 23 В1"1Т, поступающими через один в формирователь 24. Таким образом, информация о частоте и нагрузке (фиг.1, график о ) используется один раз в течение каждого цикла, причем в. ту же его фазу, в которую определяют величину текущего значения нестабильности, Полученный в формирователе 24

oIIopHbIH уровень нестабильности Ikon соответствующий оптимизируемому выходному параметру g = g „„ (фиг.1, график 6 ) поступает на второй вход формирователя 26 управляющего сигнала.

В формирователе 26 вычисляют разность между текущим значением и опорным уровнем нестабильности Ь

1 (фиг.1, график 5) и формируют по этой разности управляющий сигнал на ее устранение, Управляющий сигнал может формироваться, например, в виде прямоугольных импульсов с переменной скважностью. Эти импульсы поступают на исполнительный элемент 27 электронного карбюратора 28 ° Исполнительным элементом может являться, например, жиклер с электромагнитным управлением.

Поступающие на него импульсы перекрывают (или открывают) жиклер и цикловой расход топлива Gq регулируется изменением скважности.

При этом цикловой расход топлива при поступлении очередного управляющего сигнала изменяется так, что это вызывает уменьшение разности между текущим значением и опорным уровнем нестабильности Ь вЂ” 6 „, т е Уп равляющии сигнал формируется на устранение этой разносги. При этом текущее значение нестабильности Ь стремится к опорному уровню Ь удельный расход топлива С устанаваливается такой величины, которая обеспечивает выполнение условия

@е = ge ди„ (фиг.1, график 2 ). Скважность импульсов, полученная в результате отработки управляющего сигнала и определяющая величину G, сохраняется до формирования очередного управляющего сигнала.

Применение способа позволит повысить экономичность двигателя и снизить токсичность отработавших газов.

1280)62

1280162

74+8 i +f Я

Я

1000

1280162

Составитель В.Ищенко

Техред А.Кравчук Корректор А.Ильин

Редактор М.Товтин

Тираж 523 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7035/31

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4