Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ заключается в том, что задают исходные значения управляющих параметров, один из которых угол опережения зажигания, а другой - коэффицент избытка воздуха в рабочей смеси, отслеживают сигналы обратной связи с датчиков режима работы двигателя и автоматически корректируют значения управляющих параметров. С целью достижения наиболее оптимальных значений управляющих параметров отслеживают величину и знак приращений сигналов обратной связи, один из которых - частота вращения двигателя, а другой - давление в камере сгорания, и корректируют управляющие параметры в ту или иную сторону в зависимости от знаков приращений до тех пор, пока величины приращений не станут близкими к нулю. Система для реализации способа состоит из впускного трубопровода, часть которого представляет собой смесительную камеру с управляемой дифференциальной заслонкой 13 и датчиком 15 ее положения, дроссельной заслонкой 9 с датчиком 10 скорости ее открытия, датчиков 17, 16 контроля режима работы двигателя, камеры подготовки топливопотока 35 и блоков 7 и 11 электронного управления, в одном из которых установлен микроконтроллер. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и эксплуатации существующих двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Близким по технической сути является способ регулирования работы ДВС и система для его осуществления (см. авт. свид. СССР N 958679), заключающиеся в том, что цифровым методом осуществляют регулирование и формирование фазы импульса управления зажиганием в зависимости от скорости вращения вала двигателя, устанавливая при этом опережение или запаздывание зажигания относительно начальной фазы регулирования, а также автоматическое управление электромагнитным клапаном подачи топлива в систему холостого хода карбюратора в зависимости от совокупности параметров режима работы двигателя.

Однако описанный способ не полностью отвечает требованиям по точности регулирования и экономичности, так как в известном решении система холостого хода используется в качестве всережимного регулятора коэффициента избытка воздуха α в топливовоздушной смеси (ТВС) и не позволяет регулировать α в зонах более бедной ТВС когда система холостого хода полностью выключена или более насыщенной ТВС, когда система холостого хода полностью включена. Кроме того, использование системы холостого хода приводит к неполному сгоранию топлива. Регулирование угла опережения зажигания производится только в зависимости от скорости вращения двигателя.

Система для осуществления известного способа включает управляющий орган, выполненный в виде дроссельной заслонки, установленной во впускном трубопроводе, блок зажигания, содержащий электронный коммутатор, цифровую схему задания угла опережения зажигания, блок управления, подключенный ко второму управляющему органу электромагнитному клапану и исполнительному устройству регулирования коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси и датчики режима работы двигателя, связанные с упомянутыми блоками.

Эта система цифровым методом осуществляет автоматическое регулирование фазы формирования импульса управления зажиганием в зависимости от скорости вращения вала двигателя, устанавливая при этом опережение или запаздывание зажигания относительно начальной фазы регулирования, а также автоматическое управление электромагнитным клапаном подачи топлива в систему холостого хода карбюратора, в зависимости от совокупности параметров работы двигателя.

Наиболее близкими к предлагаемому являются способ управления работой двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления, известные из патента США N 4403584, 1983. В соответствии с данным патентом в запоминающее устройство системы управления двигателем заносятся исходные значения угла опережения зажигания и соотношения воздуха и топлива в рабочей смеси, устанавливаемые в зависимости от параметров работы двигателя. Во время каждого рабочего цикла при помощи датчиков определяют давление и скорость вращения вала двигателя, сравнивают эти параметры во время последовательных циклов и на основании полученных результатов попеременно корректируют исходные значения угла опережения зажигания и соотношения воздуха и топлива в рабочей смеси. Недостатком такого решения является то, что давление измеряют во впускном трубопроводе, а не в камере сгорания двигателя, а также то, что для задания исходных значений угла опережения зажигания и коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси используют таблицу, хранящуюся в запоминающем устройстве системы управления, данные из которой получают на основании измерений контролируемых параметров.

Целью изобретения является не измерять абсолютные значения контролируемых параметров, а только следить за их изменениями, что упрощает схему и принцип работы устройства, повышает точность и эффективность работы системы в целом.

По предлагаемому способу управления работой двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающемуся в том, что задают начальные значения управляющих параметров, один из которых угол опережения зажигания ϕ, а другой коэффициент избытка воздуха α в рабочей смеси. Последовательно отслеживают сигналы обратной связи с датчиков режима работы двигателя и автоматически корректируют значения управляющих параметров. Отслеживание сигналов обратной связи производится по их приращениям и знаку. Корректировка управляющих параметров в ту или иную сторону производится в зависимости от знака до тех пор, пока величины приращения не станут близкими к нулю.

Начальные значения управляющих параметров задают в зависимости от скорости перемещения управляющего органа, выполненного в виде дроссельной заслонки, установленной во впускном трубопроводе.

Приращение сигнала первого канала обратной связи отслеживают, корректируют один из управляющих параметров, снова отслеживают приращение сигнала первого канала обратной связи, корректируют другой управляющий параметр и далее операции повторяют до тех пор, пока величины сигнала первого канала обратной связи не станут близкими к нулю, после чего отслеживают приращение сигнала второго канала обратной связи и попеременно корректируют управляющие параметры до тех пор, пока величины его приращений также не станут близкими к нулю. В дальнейшем система ждет, когда в каналах обратной связи появятся сигналы, не равные нулю, и цикл повторяется. Приращение сигнала о давлении в камере сгорания фиксируется по меньшей мере в четырех точках по углу поворота коленвала.

Предлагаемый способ регулирования режимов работы двигателя внутреннего сгорания отличается от известных тем, что используется следящий принцип регулирования, заключающийся в последовательно-попеременной корректировке на заданную величину управляющих параметров так, чтобы при достижении экстремальных значений управляемых параметров (сигналов обратной связи), т.е. когда их приращения близки к нулю, значения управляющих параметров близки к оптимальным. В качестве параметров выбраны коэффициент избытка воздуха в топливо-воздушной смеси и угол опережения зажигания как основные определяющие условия сгорания ТВС. В качестве управляемых параметров взяты ω-угловая скорость вращения коленвала и изменение приращений амплитуды, например, давления в камере сгорания ΔР по фазе вращения коленвала как наиболее точно коррелирующие с управляющими параметрами.

Следящий принцип регулирования позволяет не измерять абсолютные значения параметров, а только следить за их изменениями, что упрощает схему и принцип работы устройства, повышает точность и эффективность работы системы. Следящий принцип регулирования выбирает наиболее оптимальные значения α и ϕ автоматически, учитывая влияние всех внешних воздействующих на работу двигателя факторов, например: необходимый (потребный) крутящий момент на валу двигателя; температура двигателя; качество топлива; износ двигателя; параметры атмосферного воздуха, так как выбирает оптимальные значения α и ϕ для данной конкретной совокупности воздействия внешних факторов.

На фиг. 1 показаны две условные регулировочные характеристики для конкретных режимов работы двигателя; на фиг.2 схематически представлен процесс регулирования по предлагаемому способу в статическом режиме; на фиг.3 диаграмма приращений скорости вращения коленвала согласно регулировке по фиг.2; на фиг. 4 схематически представлен процесс регулирования по предлагаемому способу в динамическом режиме; на фиг.5 диаграмма приращения угла открытия дроссельной заслонки согласно регулированию по фиг.4; на фиг.6 диаграмма изменения управляемого параметра скорости вращения ω в соответствии с фиг.4 и фиг. 5; на фиг.7 график изменения давления в камере сгорания по фазе вращения коленвала; на фиг.8 структурная схема устройства управления рабочими параметрами двигателя; на фиг.9 схема контура регулирования работы двигателя; на фиг. 10 структурная схема блока управления зажиганием; на фиг.11 структурная схема блока микроконтроллера; на фиг.12 диаграмма формирования импульсов постоянной угловой задержки; на фиг.13 диаграмма формирования импульса начала отсчета угла опережения зажигания; на фиг.14 диаграмма импульсов управления зажиганием углов ϕ₁ и ϕ₂ Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом (см.фиг.1). В полости YO_α условно отображены режимы А и Б по α в плоскости YO_ϕ то же по ϕ. Точки α _А и ϕ _А являются оптимальными для режима А. Аналогично, точки α_Б и ϕ_Б являются оптимальными для Б. Таким образом, для каждого значения ω_i=f(β), где ω_i конкретное значение угловой скорости вращения коленвала, а β угол открытия главной дозирующей системы (ГДС), существуют свои пары оптимальных значений α_i и ϕ_i. Таких оптимальных пар на работающем двигателе в зависимости от совокупности внешних воздействующих факторов существует большое множество и, если перейти к трехмерной системе отображения, оптимальные точки будут размещены в некотором объеме октанта, ограниченного плоскостями YO_α YO_ϕ и αO_ϕ Для пояснения принципов регулирования по предлагаемому способу рассмотрим два основных режима регулирования: статический и динамический. При статическом режиме принимаем следующие ограничения: 1) конкретные значения внешних воздействующих факторов неизменны в процессе регулирования;
2) величины приращений регулирующих параметров постоянны;
3) формы кривых изменений параметров упрощены;
4) масштабы осей условны.

На фиг.2:
по оси ω угловая скорость вращения коленвала;
по оси ϕ угол опережения зажигания;
по оси α коэффициент избытка воздуха;
кривая I графическое изображение функции
ω=f₁(α );
кривая II то же функции ω f₂(ϕ ).

В установившемся режиме работы двигателя при ω_зад, очевидно, имеем значения по α= α ₁ и ϕϕ ₀, т.е. исходные значения. Если в точке 1 (на кривой I) мы имеем значения α₁, то, воздействуя на управляющий параметр α, получим новое значение скорости вращения ω₁, которому и соответствуют точки 2 (на кривой I) и 3 (на кривой II) со значениями α₂ и ϕ₁ соответственно. Оставив временно параметр α α₂, изменим значение ϕ₁ (точка 3, кривая II) до ϕ ₂ (4-II), получим новое значение ω₂, причем ω _зад. < ω ₁ < ω₂, т.е. идет последовательное приращение ω в зависимости от Δα и Δϕ Условно переход из точки 1 в точку 2 по кривой I или из точки 3 в точку 4 по кривой II считается тактом регулирования. Аналогично из т.7 в т.8 или из т.5 в т.6 и т.д. Из графика фиг.2 очевидно от такта к такту величина приращения уменьшается ( Δω ->> 0), но все имеет знак плюс. При достижении управляемым параметром значения ω_i (точки 21 I и 20 II) Δω=0 получено экстремальное значение параметра ω и оптимальные значения α и ϕ Если продолжить изменения α и ϕ в том же направлении вновь появится приращение ω но уже со знаком минус, что свидетельствует о прохождении экстремального значения А и необходимости возврата управляющих параметров к предыдущим значениям. Это выглядит так: такт 21->> 23 ->> ->> 21; 20->> 22->> 20; 21->> 18->> 21; 20->>19->> 20. Две последние группы отражают состояния, когда управляющим параметрам придаются значения α α_i-1 и ϕ_i-1, и на фиг.3 показаны после такта 21. Этот процесс релаксации около Δω0 длится до такта m, когда изменится значение хотя бы одного из внешних воздействующих факторов, и тогда значения α и ϕ станут неоптимальными. В этом случае процесс аналогично повторяется до получения новых оптимумов.

Если в процессе регулирования происходят непрерывные изменения хотя бы одного из внешних факторов (нарушается ограничение 1), то устанавливается динамический режим регулирования, который представлен на графике фиг.4. В этом режиме заданы условия:
1) угол открытия ГДС величина переменная (управляется водителем);
2) остальные внешние факторы постоянны по величине;
3) ω ω _зад. и является функцией первого условия.

На графике по оси абсцисс даны значения ϕ град. (влево) и α (вправо) по ординате ω Слева на графике проведена ось β, отображающая (условно) угол открытия ГДС, связанного с угловой скоростью как ωf_i( β).

Принципиально процесс регулирования в динамическом режиме тот же, но с учетом одного внешнего фактора угла открытия ГДС, например, дроссельной заслонки, что тождественно изменению дозы ТВС. Схема процесса выглядит так. Для точек 1 и 1_ϕ соответствующих ω_зад. (заданной величине угловой скорости), обеспеченной β_зад. соответствующей дозой, существуют значения α₀ и ϕ₀. Через эти точки проходят соответствующие регулировочные характеристики I _α (по α ) и I_ϕ (по ϕ ). Из точки α ₀ на фиг.4 изменяем α до α₁, что соответствует точке 2 на кривой I (2-I). В точке 2 полученное приращение угловой скорости Δω при помощи внешнего воздействующего фактора (угол открытия ГДС) произвольно уменьшим ω (точка 3-I) и переходим к регулировке по ϕ.

Изменив значение ϕ до ϕ₁>ϕ ₀, в точке 5-l_ϕ вновь получаем + Δ ω. Вновь, произвольно уменьшив β переходим к регулированию по α При ϕϕ₁ и α α ₁ (а этим значениям соответствует кривая II), задаем α α₂, и в точке 8-II получаем новое значение + Δ ω; вновь уменьшив β (9-II), переходим к регулированию по ϕ и т.д. до тех пор, пока Δ ω станет равно 0, а это будет свидетельствовать о том, что точки 19-III и 24-V_ϕ экстремальны и значения α и ϕ будут оптимальными для данного режима. Для подтверждения этого делаются контрольные шаги для изменения α и ϕ в том же направлении и, если Δ ω изменяет свой знак, то следует возврат (в точках, помеченных "* " на фиг.4) по схеме 19 ->> 20 ->> 19 и 26->> 27->> ->> 26. В точках 21 ->> 20 и 28 ->> 27 Δω величина отрицательная. На фиг.5 представлена схема изменений β_зад по точкам фиг.4. Из графика фиг.5 очевидно, что значение β_опт меньше заданного и при α и ϕ_опт приводит к значительному сокращению расхода топлива.

На фиг.6 представлен график последовательного вывода в оптимальные точки параметров α и ϕ в зависимости от + Δω по соответствующим точкам фиг.4 и фиг. 5, где с точки 19 оптимизировано α а с точки 26 ϕ В дальнейшем, изменяя на небольшие величины α и ϕ в обе стороны от α _опт и ϕ_опт, по знаку Δω отслеживается значение α _опт и ϕ_опт и заданное значение ω
Если по вертикали графика фиг.2 отложить значения изменений, например, давления ΔР в камере сгорания, то получается процесс регулирования по второму регулируемому параметру ΔР. По сути он не отличается от вышеописанного за исключением того, что при некоторых значениях α ϕω и конкретных сочетаниях значений внешних воздействующих факторов наблюдается явление детонации. На фиг.7 представлены график I нормального процесса сгорания и график II процесса горения с детонацией. Известно, что основными факторами, влияющими на детонацию, можно считать α ϕ, крутящий момент на валу двигателя, температуру двигателя.

В процессе регулирования по предлагаемому способу по приращениям, например, давления в камере сгорания, в отличие от регулировки по Δω, возникает необходимость определения наличия пика детонации по фазе и амплитуде стробированием и ликвидации его путем коррекции α и ϕ. По ликвидации детонации система переходит к нормальным процессам регулирования, описанным выше.

Предлагаемый способ контроля/регулирования режимов работы двигателя внутреннего сгорания путем последовательно-попеременной оптимизации двух управляющих параметров с целью вывода в экстремальные значения, например, двух управляемых параметров при помощи автоматической следящей системы позволяет осуществлять автоматическое регулирование фазы формирования импульса зажигания ϕ относительно верхней мертвой точки (например), а также автоматическое управление качеством ТВС независимо от совокупности внешних воздействующих факторов. Тем самым улучшается топливная экономичность, снижается содержание токсичных веществ на выхлопе и увеличивается ресурс двигателя, что является следствием повышения точности регулирования и выбора наиболее критичных параметров.

Система для реализации способа (фиг.8) содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 1, на валу 2 которого жестко установлены зубчатый венец маховика 3 и метка 4, с которых датчики 5 и 6, соответственно, снимают информацию о зубцовой частоте и мертвых точках и передают на два входа в блок 7 зажигания.

Двигатель снабжен устройством управления подачей топлива (УПТ), включающим в себя ГДС 8, которая подает газообразную ТВС и представлена дроссельной заслонкой 9. Заслонка 9 снабжена датчиком 10 дифференциала угла, дающим информацию о скорости изменения угла открытия ГДС, поступающую на вход блока управления 11. УПТ также включает в себя, например, устройство с двумя параллельными потоками 12 и 12а, соответственно, воздушным и топливопотоком с пересыщенным содержанием топлива, на пути которых установлена дифференциальная заслонка 13 с возможностью перемещения перпендикулярно потокам. При этом заслонка 13 перекрывает полностью любой из потоков, находясь в крайнем положении, в то время другой поток полностью открыт. Заслонка 13, например, в виде шибера, снабжена приводом 14 и датчиком 15 величины перемещения заслонки, чем и определяется коэффициент α (соотношение количественного содержания воздуха и топливопотока в топливовоздушной смеси). Информация об этом передается на вход блока 11. На другой вход блока 11 поступает сигнал с блока 7 управления зажиганием. Кроме того, устройство содержит другие датчики параметров состояния двигателя: датчик 16 температуры двигателя и датчик 17 изменений давления в камере сгорания.

Выходы этих датчиков также соединены со входами блока 11. По схеме фиг.9 двигатель 1 связан с датчиками 5 и 17 преобразования управляемых параметров в электрические сигналы; с датчиков 5 и 17 сигналы по электрическим связям поступают в блок 11; блок 11 вырабатывает сигналы управления на два исполнительных устройства 7 и 14, которые воздействуют на управляемые параметры двигателя. Таким образом, контур замкнут, что и необходимо для реализации следящего способа регулирования. На схеме связи от блока 11 до двигателя 1 прямые; от двигателя 1 до блока 11 обратные.

Блок 7 фиг.10 состоит из узла формирования постоянной задержки, который включает в себя RS-триггер 19, на первый вход которого поступают сигналы о мертвых точках (МТ) с датчика 5, а на второй вход поступает сигнал со счетчика импульсов зубцовой частоты 20, который отсчитывает заданное при настройке системы число, определяющее постоянную задержку. Входы логического ключа 21 соединены с датчиком 5 и выходом триггера 19, инверсный выход которого соединен со входом 2 узла 22 создания переменной задержки для регулирования ϕ и формирования импульса зажигания.

Сигнал об окончании постоянной задержки со входа 2 узла 22 поступает через вход/выход 1 узла 22 на вход 1 блока 11. Блок 11 в результате поиска оптимальных значений ϕ определяет необходимую задержку Δϕ и посылает через свой вход/выход 1 узла 22 сигнал о начале формирования импульса зажигания.

На вход 3 узла 22 поступает сигнал опорной частоты f_оп с узла 23, который образуется путем умножения зубцовой частоты, поступающей с датчика 5, на постоянный коэффициент k, например k=16.

В этом случае за пол-оборота коленвала угол между двумя мертвыми точками, например четырехцилиндрового двигателя, составляет 180^о, а число зубьев венца 3 (фиг.8), например, равно 129, то на 1 зуб или на один импуьс f₃ приходится 180/64,5= 2,79^o. Такая дискретность приемлема только для отсчета мертвых точек, а при введении k=16 на 1 импульс получаем 180/16 ˙64,5=10,46 мин. Таким образом, получаем опорную частоту f_оп с дискретностью 10,46'. Тогда интервал между мертвыми точками будет разбит на 1032 "кванта", т.е. импульсов f_оп. Переменная задержка Δϕ формируется блоком 11 и узлом 22 блока 7 в виде n-го количества импульсов f_оп. Таким образом организована жесткая синхронизация всех командных импульсов в угловой системе координат с достаточной степенью дискретности.

С выхода 4 узла 22 импульс зажигания поступает на вход узла усилителя-коммутатора 24 импульса зажигания, на другой вход которого поступают сигналы мертвых точек, которые определяют подачу сигнала на узлы 25 или 26, являющиеся мощными формирователями импульсов (до 400 В), на соответствующие катушки зажигания 27 или 28, затем на пары свечей зажигания 29.

Блок 11 (фиг.11) состоит из микроконтроллера 30, осуществляющего автоматическое управление всей системой согласно программе и алгоритму, заложенным в него, узла 31 преобразования информации с датчика 17 изменений процессов в камере сгорания, узла 32 управления исполнительным устройством 14 заслонки 13, узла 33 преобразования информации с датчика 10 дифференциала угла открытия ГДС, узла 34 преобразования информации с датчика 16 температуры двигателя.

Устройство работает следующим образом. При включении зажигания блок 11 микроконтроллером 30 (фиг. 11), согласно заданной ему программе, выполняет через узел 32 установку дифференциальной заслонки 13 (фиг.8) в исходное состояние, подавая сигналы о перемещении (по линии 30.10 ->> 32.1) и направление его (по 30.9 ->> ->>32.2) в узел 32. С узла 32 по выходу 4 на исполнительное устройство 14, а по входу 7 на узел 30 поступают импульсы о выполнении операции. Затем, учитывая температуру двигателя, с датчика 16 (фиг.8) по входу 6 через узел 34 устанавливают тем же путем стартовое положение дифференциальной заслонки по датчику 18, и угол опережения зажигания ϕ0, т.е. соответствует m_{ϕ 1} на фиг.14. Контроль выполнения производится по датчику 15 исполнительного устройства 14 по входу 8 ->> 32.3 ->> 30.8.

Процесс формирования ϕ При запуске двигателя с началом вращения коленвала на входы 1 и 2 блока 7 поступают, соответственно, импульсы зубцовой частоты (f_з) и мертвых точек (МТ) с датчиков 5 и 6. На фиг.12 Х₁ первый импульс мертвой точки, от которого начинается последующее формирование импульса зажигания для следующего цилиндра, соответственно Х₁, Х₂, Х_i. По оси абсцисс отражена фаза вращения коленвала. Импульс Х₁ поступает на один вход RS-триггера 19, с его выхода высокий уровень открывает логический ключ 21. Через открытый ключ 21 f_з с выхода поступает на вход, например, двоичного счетчика импульсов 20, который отсчитывает заданное при настройке системы число импульсов; при появлении 1 на выходе 20 триггер 19 переворачивается, и на его выходе будет 0, ключ 21 закрывается и счет прекращается до следующего импульса Х₂. На фиг.13 (по оси абсцисс f_з) импульс m_o импульс конца счета соответствует импульсу m на фиг.12. От точки 0 до m (фиг.13) всегда заданное (n_зад) количество импульсов (пакет постоянной угловой задержки), отсчитанное счетчиком 20. Длительность этого пакета зависит от характеристик конкретного двигателя и выбирается при настройке системы. Эта же постоянная задержка определяет диапазон регулирования по ϕ, например, 40^о. Т.е. на постоянную задержку приходится 140^о угла поворота коленвала. Но, учитывая, что 1 импульс f_з=2,79^о, мы можем выбрать целое число импульсов f_з (ближайшее значение 50), то постоянная задержка t_c=50 ˙2,79^o=139,5^o, а диапазон регулирования ϕ_рег= 40,5^о. В отсчете Δϕ используется f_оп, при которой дискретность d=0,174^o= 10,46'. Тогда ϕ_рег=40,5˙60/10,46=232,3(d), т.е. наш диапазон регулирования разбивается на 232d по 10,46 угловых минут.Таким образом, на фиг.12 интервал Х₁-m равен 50 импульсам f_з, m Х₂ равен 14,5 импульсам f_з. На фиг.13 представлена следующая фаза формирования Δϕ. При появлении 1 на инверсном выходе 19, поступающей на вход 2 узла 22 и поступающей постоянной f_оп на вход 3 блока 22 формирователя переменной задержки, последний отсчитывает n импульсов f_оп до поступления с узла 11 на вход 1 узла 22 командного импульса о начале формирования импульса зажигания (окончание Δϕ), который с выхода 4 узла 22 поступает на вход 1 узла 24.

На фиг.14 показан этот процесс. В точке m_o начало отсчета переменной задержки длительностью n₁ импульсов f_оп, или Δϕn₁ ˙d, т.е. точка m_{ϕ 1} момент появления импульса на выходе 4 узла 22. Число n определяется узлом 30 блока 11 в процессе поиска ϕ_опт. Так как ϕ формируется для последующего цилиндра, т. е. от верхней мертвой точки (ВМТ) первого цилиндра коленвал провернулся более чем на 140^о, то до ВМТ второго цилиндра остается около 40^о и угол Х₂ до m_ϕ1, выраженный в дискретах d (232-n), является углом опережения зажигания Δϕ для второго цилиндра. Значение n подается по линии 12 узел 30 ->> выход 9 блока 11 ->> вход 3 блока 7; по линии вход 3 ->>вход 1 узла 22 задается n в узел 22 формирования импульса зажигания. С выхода 4 узла 22 по линии 4 ->> в блок усилителя-коммутатора 24 поступает импульс m _ϕi, который усиливается и, в зависимости от приходящих на вход 2 импульсов МТ, подается или на узел 26 или на узел 25 мощных формирователей импульсов (до 400 В) искры на соответствующие катушки зажигания 28 и 27, затем на соответствующие пары свечей зажигания 29. В дальнейшем циклы повторяются по программе, заложенной в блок 11. Приведенный пример ориентирован для четырехцилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1 2 4 3, без механического распределителя. Такой и подобные принципы известны. Процесс формирования α. В устройстве заложен принцип образования ТВС, отличающийся от карбюраторного, например, тем, что используется непосредственное смешивание чистого воздушного потока с потоком, пересыщенным газообразным топливом. Смешивание производится в необходимом управляемом соотношении. Устройство 35 (фиг.8) при питании бензином представляет собой, например, барботажную камеру, насыщающую поток воздуха парами бензина до α значительно меньше 0,5. При газообразном топливе устройство 35 стандартный блок питания газом.

Узел работает следующим образом. Чистый воздух поступает по воздуховоду 12 над заслонкой 13. Эта зона изолирована от другой, в которую поступает газообразное топливо из смесеприготовительного устройства 35. Управление процессами получения значения α_опт осуществляется блоком 11.

При включении зажигания узел 30 блока 11 по программе в соответствии с сигналом датчика 15 выставляет дифференциальную заслонку 13 из исходного положения, о котором упоминалось ранее, в положение, наивыгоднейшее для запуска при уже известной температуре двигателя, задав n-е число импульсов по линии выход 9 узла 30 на вход 2 узла 32 и определив направление вращения двигателя исполнительного устройства 14. С датчика 15 устройства 14 снимается информация о выполнении команды по линии 32.3 30.8. После запуска двигателя 1 (фиг.8) на входы 1 и 2 узла 30 блока 11 поступают импульсы МТ и f_оп соответственно. Узел 30 постоянно, по программе, измеряет скорость вращения коленвала, например, методом стробирования через постоянные интервалы времени, пересчетом импульсов f_оп за указанный интервал времени, что пропорционально ω Сравнив два соседних значения ω ₀ и ω ₁, получаем Δω- приращение угловой скорости. Принципиально поиск оптимального значения α_опт не отличается от описанного выше ϕ_опт. Однако для повышения корректности контроля введен процесс квитирования, т. е. получение микроконтроллером (уз. 30 блока 11) сигнала о выполнении исполнительным устройством 14 заданной ему величины перемещения дифференциальной заслонки 13. Это осуществляется следующим образом: исходя из значений Δω или Р/поΔα (см. фиг.14) поступающих в узел 30 блока 11 по входу 2 или входу 3 и далее по линии 2.3 ->> 1.6, узел 1 вырабатывает команду о направлении вращения исполнительного устройства и длительности его вращения (соответствующей n_зад. импульсов f_оп) по линиям 30.10 ->> 32.1 ->> 32.4->> вых.4 и 30.9->> 32.2->> ->>32.7 ->> 8 по длительности. В узле 3 есть, например, цифровой компаратор, на одну сторону которого выставляется байт длительности (1.9 ->> 8), а на вторую формируемый, например, двоичным счетчиком байт отработки команды. Счетчик запускается после выставления байта длительности. При вращении исполнительного двигателя с кодового диска датчика 15, например оптопары, поступают импульсы, которые и пересчитываются двоичным счетчиком; при равенстве выставленного байта и пересчитанного на линию 32.3 ->> 30.8 поступает сигнал-квитанция о выполнении команды в узел 30 блока 11. Узел 30 снимает команду и вращение прекращается до следующего такта.

Для повышения эффективности в выборе оптимальных α и ϕ и борьбы с детонацией в устройстве используется принцип стробирования изменений любого параметра процесса горения в камере сгорания, например, давления Р. Осуществляется это следующим образом: узел 30 блока 11 по линии 30.5 ->> 31.2 подает, например, четыре стробирующих импульса в узел 30, при помощи которых из всей кривой изменения параметра выбирается только четыре точки. Импульсы выбраны и расположены на оси ω так, например: первый, за пять градусов до момента зажигания, второй через пять градусов от первого, третий за пять градусов до ВМТ и четвертый после третьего. Эти четыре значения выбраны в расчете: первый и второй для определения детонации, третий и четвертый для определения экстремального давления. Четыре значения поступают по линии 31.3 ->> 30.6 в узел 30, сравниваются с четырьмя предыдущими значениями, и узлом 30 вырабатывается соответствующая команда по управлению α или ϕ Для обеспечения эффективной и устойчивой работы двигателя на переходных режимах в режиме принудительного холостого хода, резкого открытия или закрытия ГДС 9 в устройство введены датчик 10 дифференциала угла открытия ГДС и узел 33 в блоке 11. Это устройство работает следующим образом: датчик 10, представляющий собой, например, зубчатый диск на вращающейся тяге привода ГДС и расположенный над его зубьями, например, индукционный датчик, при изменении угла открытия ГДС посылает по линии 5 ->> 33.1 в узел 33 импульсы, количество которых за единицу времени определяет скорость угла открытия, а фаза знак изменения ("+" открытие, "-" закрытие). Скорость открытия имеет пороговые значения и устанавливается для конкретного двигателя, например, 20 имп./с. При неизменном положении заслонки 9 дифференциал угла открытия=0. При изменении угла открытия дифференциал ≠0 и до достижения порогового значения все устройство продолжает работать по главной программе. После достижения 20 имп./с узел 30 блока 11, получив об этом информацию по линии 33.2->> ->>30.3 и о знаке по линии 33.3 ->> 30,4, переходит на обработку информации и выдачу команд по специальным микропрограммам, выводя α и ϕ в новые значения. Так, например, при знаке "+" α < α_опт неизменно. При знаке "-" α ->> 0, т.е. к почти полному перекрытию топлива, ϕ ->>0.

Датчик температуры двигателя 15 по линии вход 6 ->> 34 ->> 30.7 подает в узел 30 несколько дискретных пороговых значений температуры двигателя, например, 4 для определения и установки узлом 30 наивыгоднейших по α и ϕ условий запуска двигателя.

Далее циклы повторяются, доводя α и ϕ до оптимальных значений независимо от любого сочетания значений всех внешних воздействующих факторов.

В предлагаемом способе управления работой двигателя внутреннего сгорания использована следящая двухпараметровая последовательная система регулирования двух независимых управляемых параметров работы двигателя, позволяющая повысить точность дозирования воздуха и топлива в топливо-воздушной смеси и регулирования угла опережения зажигания для повышения топливной экономичности и снижения токсичности выхлопных газов.

Формула изобретения

1. Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что задают исходные значения управляющих параметров, один из которых угол опережения зажигания, а другой коэффициент избытка воздуха в рабочей смеси, отслеживают приращения по меньшей мере двух сигналов обратной связи, один из которых частота вращения вала двигателя, и автоматически корректируют значения управляющих параметров, отличающийся тем, что в качестве второго сигнала обратной связи используют приращения давления в камере сгорания, измеренные по меньшей мере в четырех точках, три из которых соответствуют заданным угловым положениям поршня в конце такта сжатия, а четвертая заданному угловому положению поршня в начале рабочего хода, и корректируют управляющие параметры в ту или иную сторону в зависимости от знаков приращений сигналов обратной связи до тех пор, пока величины приращений не станут близкими к нулю.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что программу корректировки управляющих параметров изменяют в зависимости от скорости перемещения дроссельной заслонки, установленной во впускном трубопроводе.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отслеживают приращение первого сигнала обратной связи, корректируют один из управляющих параметров, снова отслеживают приращение первого сигнала обратной связи, корректируют другой управляющий параметр, и далее операции повторяют до тех пор, пока величины приращений первого сигнала обратной связи не станут близкими к нулю, после чего отслеживают приращение второго сигнала обратной связи и попеременно корректируют управляющие параметры до тех пор, пока величины его приращений также не станут близкими к нулю.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что корректируют коэффициент избытка воздуха в рабочей смеси путем ее перемешивания во впускном трубопроводе с чистым воздухом.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что с чистым воздухом перемешивают бензовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха, меньшим 0,5.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что с потоком чистого воздуха перемешивают газообразное топливо.

7. Система управления двигателем внутреннего сгорания, содержащая дроссельную заслонку, установленную во впускном трубопроводе, блок зажигания со схемой задания угла опережения зажигания, блок управления, подключенный к исполнительному устройству регулирования коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси, и датчики режима работы двигателя, один из которых датчик частоты его вращения, отличающаяся тем, что блок управления выполнен на базе микроконтроллера, выходы которого связаны с датчиками режима работы двигателя, второй из которых представляет собой датчик регистрации изменения давления в камере сгорания, один из выходов микроконтроллера связан с исполнительным устройством регулирования коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси, а другой с входом корректировки величины угла опережения зажигания соответствующей схемы блока зажигания, причем микроконтроллер выполнен с возможностью фиксации приращений сигнала давления в камере сгорания по меньшей мере в четырех точках, три из которых соответствуют заданным угловым положениям поршня в конце такта сжатия, а четвертая заданному угловому положению поршня в начале рабочего хода, и формирования сигналов корректировки угла опережения зажигания и коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси до тех пор, пока величины приращений сигналов с датчиков режима работы двигателя не станут близкими к нулю.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что исполнительное устройство регулирования коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси выполнено в виде дифференциальной заслонки, размещенной во впускном трубопроводе перед дроссельной заслонкой, причем к впускному трубопроводу подключен патрубок, сообщенный с устройством получения рабочей смеси, и патрубок чистого воздуха, а дифференциальная заслонка установлена с возможностью полного перекрытия одного из патрубков при ее крайних положениях.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что устройство получения рабочей смеси выполнено в виде испарительно-барботажной камеры для образования пересыщенной топливовоздушной смеси.

10. Система по п.8, отличающаяся тем, что устройство получения рабочей смеси выполнено в виде блока питания двигателя газом.

11. Система по пп. 9 10, отличающаяся тем, что она снабжена датчиками положения дифференциальной заслонки и скорости углового перемещения дроссельной заслонки, подключенными к микроконтроллеру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002

Извещение опубликовано: 20.04.2002        

---