Способ регулирования топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания и устройство его реализующее

 

Использование: в автомобилестроении, в частности в производстве ДВС. Сущность изобретения: устройство содержит источник 1 питания, блок 2 управления, распределитель 3, блок 4 отключения компрессии, блок 5 отключения подачи топлива, датчик 6 частоты вращения коленчатого вала ДВС и датчик 7 величины перемещения педали акселератора. Блок управления содержит преобразователи, компаратор, формирователь и командный каскад. Это позволяет обеспечить экономию топлива за счет отключения его подачи в режиме принудительной работы ДВС. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к совместному автоматическому регулированию системы питания и системы газораспределения в ДВС, отвечает современным требованием по экономии топлива и может быть использовано для производства экономичных как карбюраторных, так и дизельных двигателей.

В настоящее время на карбюраторных двигателях широко используют отключение подачи топлива в режимах принудительного холостого хода /1/. Осуществляют данную операцию при помощи системы управления экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ), принудительный холостой ход при этом определяют в том случае, если полностью отпущена педаль акселератора, а данное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя превышает значение частоты холостого хода.

Основным недостатком указанной системы является то, что отключение подачи топлива выполняется лишь при полностью отпущенной педали акселератора. При работе двигателя на принудительных режимах нехолостого хода и нажатой педали акселератора происходит ненужный расход топлива. Это встречается тогда, когда водитель после разгона не полностью отпустит педаль акселератора, подобная ситуация возникает на некрутых спусках, когда водителю, исходя из условий движения, необходимо немного открывать дроссельную заслонку карбюратора.

Указанный недостаток отсутствует в разработках, где определяются режимы работы двигателя /2/. В данном примере режимы принудительной работы двигателя определяют с помощью датчиков режима и производят отключение подачи топлива не только при полностью отпущенной педали акселератора. В этой разработке для распознавания момента выхода из принудительного режима применяют датчик дополнительной нагрузки и задатчик значения частоты вращения, при которой в момент выхода двигателя из режима принудительной работы вновь включают подачу топлива. Однако эта разработка, а также первый приведенный пример имеют общий недостаток, отрицательно влияющий на экономию топлива. Это явление торможения двигателем, которое сокращает путь инерционного движения автомобиля при отпускании педали акселератора, что далеко не всегда является необходимым.

Известно, что основными составляющими энергии торможения двигателя являются энергия сжатия воздуха в цилиндрах двигателя, энергия сжатия пружин клапанов газораспределительного механизма, а также энергия, затрачиваемая на преодоление сил трения работающих деталей двигателя, поэтому следующий пример, выбранный в качестве прототипа, затрагивает вопросы управления механизмом газораспределения.

В прототипе /3/ задача повышения экономии топлива решается путем отключения двух из четырех имеющихся цилиндров при работе двигателя на холостом ходу и на частотах вращения коленчатого вала менее 3500 об/мин. Отключение цилиндров производят при помощи устройства, состоящего из декомпрессоров, установленных в отключаемые цилиндры, и трубопроводов, соединяющих декомпрессоры с впускными коллекторами неотключаемых цилиндров. Кроме того, устройство имеет механическую систему управления, включающую в себя механизмы включения и выключения декомпрессоров, клапанные коробки с перепускными клапанами, регулирующие заслонки, а также соответствующие рычаги и тяги, соединяющие регулирующие звенья системы управления с педалью акселератора. Во время отключения в отключаемые цилиндры поступает чистый воздух из атмосферы. Это выполняется при помощи соответствующих заслонок и клапанов во время такта всасывания. Затем во время такта сжатия этот воздух через декомпрессоры по трубопроводам перекачивают в неотключаемые цилиндры, превращая таким образом отключаемые цилиндры в своего рода нагнетательные компрессоры. Это нагнетание позволяет повысить степень сжатия и увеличить мощность двигателя во время его работы на двух цилиндрах.

Основные недостатки прототипа.

1. Система управления не выделяет режимов принудительной работы двигателя, на которых можно полностью отключать подачу топлива во всех цилиндрах двигателя, а также устранять явление торможения двигателем.

2. На принудительных режимах работы двигателя прекращают подачу топлива лишь в двух цилиндрах.

3. В недостаточной степени устранено явление торможения двигателем.

4. Система управления не учитывает величину нагрузки на двигатель, при которой порог отключения должен смещаться в сторону уменьшения или увеличения.

Задачей изобретения является создание надежной современной разработки, позволяющей четко выявить режимы принудительной работы двигателя и сделать возможным не только отключение подачи топлива во всех цилиндрах, но и максимально исключить на этих режимах явление торможения двигателем.

Поставленная задача при реализации способа регулирования топливно-воздушной смеси в ДВС решается тем, что формируют первый и второй дополнительные сигналы, первый из которых обратно пропорционален частоте вращения коленчатого вала ДВС, а второй обратно пропорционален величине перемещения педалей акселератора, причем устанавливают одинаковыми предельные значения сигналов при работе ДВС в режиме статический нагрузки, сравнивают первый и второй контрольные сигналы и при превышении второго контрольного сигнала над первым формируют управляющий сигнал отключения компрессии и подачи топлива.

Поставленная задача при реализации устройства регулирования топливно-воздушной смеси в ДВС решается тем, что введен датчик величины перемещения педали акселератора, в блок управления введены первый и второй преобразователи, компаратор, формирователь, причем первый вход первого преобразователя является (n + 2) входом блока управления и соединен с первыми входами второго преобразователя, компаратора и (n + 1) входом командного каскада, второй вход второго преобразователя является (n + 3) входом блока управления, который соединен с выходом датчика величины перемещения педали акселератора, выходы первого и второго преобразователей соединены соответственно с вторым и третьим входами компаратора, выход которого через формирователь соединен с (n + 2) входом командного каскада.

Сущность изобретения будет понятна из приводимого описания способа регулирования топливно-воздушной смеси в ДВC и описания работы устройства, его реализующего.

На фиг.1 приведена электрическая блок-схема устройства регулирования топливно-воздушной смеси в ДВС; на фиг.2 электрическая блок-схема блока управления.

На фиг.1, 2 обозначены источник 1 электрического питания, блок 2 управления, распределитель 3, блок 4 отключения компрессии в цилиндрах двигателя, блок 5 отключения подачи топлива, датчик 6 частоты вращения коленчатого вала ДВС, датчик 7 величины перемещения педали акселератора, преобразователи (первый) 8, (второй) 9, компаратор 10, формирователь 11 сигнала, командный каскад 12.

Устройство регулирования топливно-воздушной смеси в ДВС включает источник 1 электрического питания, минусовая клемма которого соединена с общей шиной, плюсовая клемма которого соединена с (n + 1) (где n число цилиндров ДВС) входом блока 2 управления, n выходов распределителя 3 соединены с n входами блока 2 управления, n и k (где k число цилиндров ДВС) выходов блока 2 управления соответственно соединены с n входами блока 4 отключения компрессии в цилиндрах двигателя и к входами блока 5 отключения подачи топлива, (n + 2) и (n + 3) входы блока управления соединены соответственно с выходами датчика 6 частоты вращения коленчатого вала ДВС и датчика 7 величины перемещения подачи акселератора.

Блок 2 управления содержит преобразователь 8, вход которого является (n + 2) входом блока 2 управления и который соединен с первыми входами преобразователя 9 и компаратора 10, а также (n + 1) входом командного каскада 12, второй вход преобразователя 9 является (n + 3) входом блока 2 управления, выходы преобразователей 8, 9 соединены с вторым и третьим входами компаратора 10, выход которого через формирователь 11 сигнала соединен с (n + 2) входом командного каскада 12, (n + 1) вход блока управления соединен с источником 1 электрического питания. Цепи питания элементов и каскадов, входящих в блок 2 управления, на фиг.2 не показаны.

Система регулирования дизельного четырехцилиндрового ДВС включает (см. фиг.1): электрический источник 1 питания; электронный блок 2 управления, который определяет принудительные режимы работы двигателя на основании информации о частоте вращения коленчатого вала двигателя и о положении педали акселератора (подачи топлива), информацию о порядке работы цилиндров двигателя, формирует управляющие сигналы на отключение компрессии и прекращение подачи топлива и выдает их в нужное время по соответствующим адресам; распределитель 3 вырабатывает информацию о порядке работы цилиндров двигателя и угловом положении коленчатого вала.

Для четырехцилиндрового двигателя распределитель может быть выполнен в виде датчика, имеющего четыре оптопары, расположенные по окружности через 90 град. Оптопары разделены диском, имеющим угловой вырез также величиной около 90 град. Диск приводится во вращение от вала распределительного механизма ДВС. Расположение оптопар по окружности в порядке работы цилиндров; блок 4 отключения компрессии в цилиндрах двигателя, который предназначен выполнять отключение компрессии в тех цилиндрах, к которым поступил сигнал отключения, а также выполнять включение компрессии и возвращать цилиндры в рабочее состояние в случае отсутствия подтверждающего сигнала от блока управления, отключение компрессии в цилиндрах двигателя может быть выполнено путем воздействия на работу клапанов газораспределительного механизма, например задержкой их в открытом состоянии; такую задержку можно выполнить при помощи электромагнита и подпружиненной собачки, причем для отключения компрессии достаточно оставить в открытом состоянии лишь впускные клапаны; блок 5 отключения подачи топлива, который предназначен для выполнения команды запрета впрыска топлива в соответствующие цилиндры при поступлении сигнала о таком запрете; команда запрета может быть реализована путем встраивания топливоотводов в трубопроводы высокого давления, соединяющие топливный насос с форсунками, и установкой в этих отводах электромагнитных клапанов, при помощи которых осуществляют обратную перекачку топлива в топливную систему; датчик 6 частоты вращения коленчатого вала двигателя, вырабатывает прерывистые сигналы прямоугольной формы, продолжительность которых обратно пропорциональна значению этой частоты, продолжительность сигнала равна межсигнальному промежутку; количество сигналов за один оборот коленчатого вала два; датчик 7 положения педали акселератора (подачи топлива) вырабатывает непрерывный сигнал, величина которого обратно пропорциональна величине хода этой педали. Конструктивной основой датчика может служить оптопара, состоящая из светодиода и фотоэлемента разделенных шторкой, приводимой в движение тягой, связанной с педалью подачи топлива. При передвижении шторка постепенно перекрывает световой поток оптопары. Изменения светового потока усиливаются электронной схемой датчика, на выходе которого получают напряжение, изменяющееся в зависимости от положения педали подачи топлива, при этом конфигурацию шторки подбирают в соответствии с установленной зависимостью.

Электронный блок 2 управления включает: преобразователь 8, предназначенный для измерения продолжительности сигнала датчиков и пропорционального преобразования измеренной величины в напряжение, значение которого используется для сравнения; преобразователь 9, предназначенный для измерения величины сигнала от датчика 7 в течение времени поступления сигнала от датчика 6 и дальнейшего пропорционального преобразования измеренной величины в напряжение, значение которого используется для сравнения;
компаратор 10, предназначенный выполнять операцию сравнения величин напряжений, поступаемых на его второй и третий входы от преобразователей 8 и 9; данная операция выполняется с момента прекращения сигнала от датчика 6; в случае выявления превышения значения напряжения, поступившего от преобразователя 9, на выходе компаратора появляется сигнал, означающий присутствие режима принудительной работы двигателя;
формирователь 11, который вырабатывает сигнал принудительного режима, предназначенный для приема сигналов от компаратора 10, которые поступают на вход формирователя в течение времени отсутствия сигнала от датчика 6, и формирования на его выходе непрерывного сигнала управления;
командный каскад 12, предназначенный для формирования команд на отключение компрессии и прекращение подачи топлива при поступлении на его вход сигнала управления о принудительном режиме работы двигателя. Команды формируются в соответствии с порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. Кроме того, каскад выполняет последовательное включение цилиндров в работу при отсутствии сигнала принудительного режима.

Рассмотрим работу устройства регулирования топливно-воздушной смеси в ДВС.

В блок 2 управления поступают сигналы от датчика 6, датчика 7 и распределителя 3. Сигналы от датчика 6 поступают на вход преобразователя 8, первые входы преобразователя 9, компаратора 10 и командного каскада 12. Пройдя преобразователь 8, сигнал от датчика 6 поступает на второй вход компаратора 10, на третий вход которого поступает сигнал от датчика 7, после прохождение им преобразователя 8. В компараторе сигналы от датчиков 6 и 7 сравниваются по величине, а результат сравнения поступает в формирователь 11, который формирует на выходе непрерывный сигнал управления при превышении величины сигнала от датчика 7 величины сигнала от датчика 6. Сигнал управления поступает на вход командного каскада 12, и на выходе командного каскада в соответствии с сигналами, поступающими от распределителя 3, формируются команды управляющие работой блока 4 отключения компрессией в цилиндрах двигателя и блока 5 прекращения подачи топлива. Изобретение позволяет четко фиксировать режим принудительной работы ДВС и в этот момент отключать подачу топлива во все цилиндры, а также исключить торможение за счет двигателя.

Изобретение реализуется на простых электронных элементах и не требует сложной настройки. Так, реализация преобразователей 8, 9 описана в [4 стр. 171] компаратора [4, стр. 342] формирователя [5 стр.92]

Формула изобретения

1. Способ регулирования топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, заключающийся в том, что формируют управляющий сигнал, который регулирует компрессию и подачу топлива, отличающийся тем, что формируют первый и второй дополнительные сигналы, первый из которых обратно пропорционален частоте вращения коленчатого вала двигателя, а второй обратно пропорционален величине перемещения педали акселератора, причем устанавливают одинаковыми предельные значения сигналов и их функциональные зависимости относительно частоты вращения коленчатого вала и величины перемещения педали акселератора соответственно при работе двигателя в режиме статической нагрузки, сравнивают первый и второй контрольные сигналы и при превышении второго контрольного сигнала над первым формируют управляющий сигнал отключения компрессии и подачи топлива.

2. Устройство регулирования топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, включающее блок управления, содержащий командный каскад, n (где n равно числу цилиндров) входов которого соответственно являются n входами блока управления, которые соединены соответственно с n выходами распределителя, n выходов командного каскада являются соответственно n выходами блока управления, которые соединены соответственно с n входами блока отключения подачи топлива, K выходов командного каскада (где К равно числу цилиндров) являются соответственно К выходами блока управления, которые соединены соответственно с K входами блока отключения компрессии в цилиндрах двигателя, (n+1)-й и (n+2)-й входы блока управления являются входами для подключения соответственно источника электрического питания и блока управления, (n+1)-й и (n+2)-й входы блока управления соединены соответственно с выходами источника электрического питания и датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что в него введен датчик величины перемещения педали акселератора, в блок управления введены первый и второй преобразователи, компаратор, формирователь, причем первый вход первого преобразователя является (n+2)-м входом блока управления и соединен с первыми входами второго преобразователя, компаратора и (n+1)-м входом командного каскаскада, второй вход второго преобразователя является (n+3)-м входом блока управления, который соединен с выходом датчика величины перемещения педали акселератора, выходы первого и второго преобразователей соединены соответственно с вторым и третьим входами компаратора, выход которого через формирователь соединен с (n+2)-м входом командного каскада.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2