Способ определения момента искрообразования двс и микропроцессорная система зажигания для его осуществления

 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к системам управления карбюраторных ДВС с принудительным воспламенением топливно-воздушной смеси. Способ определения момента искрообразования ДВС заключается в том, что формируют сигнал искрообразования в зависимости от сигнала с датчика-распределителя, определяющего скорость вращения ДВС и положение коленчатого вала, сигналы с датчика-распределителя и датчика абсолютного давления, измеряющего нагрузку на ДВС по степени разрежения в задроссельном пространстве карбюратора. Далее формируют сигналы искрообразования для каждого цилиндра отдельно с учетом эффективности его работы. Микропроцессорная система зажигания, содержащая электрически связанные между собой катушку зажигания, свечи, датчик-распределитель, дополнительно содержит контроллер зажигания, датчик абсолютного давления, микровыключатель экономайзера принудительного холостого хода, электромагнитный клапан экономайзера принудительного холостого хода, а контроллер зажигания содержит источник питания, микропроцессор, интеллектуальный ключ зажигания, преобразователь напряжение - частота, схему управления экономайзером принудительного холостого хода. Техническим результатом изобретения является обеспечение более полного сгорания горючей смеси во всех режимах работы ДВС. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к системам управления карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением топливно-воздушной смеси, и может быть использовано в автомобилестроении для производства двигателей с улучшенными показателями по долговечности, экономичности и токсичности выхлопных газов.

Известны системы управления двигателем, в которых задача определения момента искрообразования решается с помощью центробежного и вакуумного регуляторов угла опережения зажигания (УОЗ). Оба регулятора конструктивно объединены в одно устройство, но выполняют свои функции независимо друг от друга.

Основным недостатком таких систем является несоответствие высоким требованиям установки УОЗ. Это объясняется тем, что указанные регуляторы являются устройствами механического типа и не могут быть широко использованы на ДВС с улучшенными показателями по долговечности, экономичности, токсичности выхлопных газов, с высокими требованиями к УОЗ. Отсутствие возможности гибко изменять параметры регулирования в указанных регуляторах делает их нецелесообразными для применения на ДВС с высокими требованиями к УОЗ.

Кроме того, механический износ деталей, входящих в состав указанных регуляторов, ограничивает сроки их службы и вызывает постепенное ухудшение стабильности момента искрообразования из-за увеличивающихся зазоров в сопряженных деталях, участвующих в формировании этого момента.

Существуют также микропроцессорные системы зажигания (Чижков Ю.П., Акимов С.В. "Электрооборудование автомобилей". Москва. За рулем. 1999 г.), которые предусматривают использование трех и более датчиков, несущих информацию о рабочем состоянии двигателя. Как правило, это датчики по определению скорости изменения частоты вращения двигателя, датчик положения коленвала, датчики детонации, температуры, давления в рабочих цилиндрах и т.п. Безусловно такой объем информации позволит решить поставленную задачу, однако большое количество датчиков делает систему менее надежной и более дорогостоящей.

Наиболее близким по технической сущности и взятым нами за прототип является "Способ определения момента искрообразования ДВС и электронная система зажигания для его осуществления" (патент Российской Федерации 2054854, МПК F 02 Р 5/00, опубликован в бюллетене 5/96). Электронная система зажигания прототипа отличается от обычных систем зажигания тем, что в качестве датчика нагрузки двигателя применяется датчик перемещения педали управления дроссельной заслонкой карбюратора.

Способ определения момента искрообразования ДВС в прототипе заключается в том, что формируют управляющий временной интервал, начало которого суммируют с моментом прохождения коленчатым валом ДВС точки, соответствующей моменту максимально раннего искрообразования, а окончание которого является моментом искрообразования, затем формируют первый и второй дополнительные сигналы, первый из которых обратно пропорционален частоте вращения коленчатого вала ДВС, а второй обратно пропорционален величине перемещения педали управления дроссельной заслонкой карбюратора, причем устанавливают одинаковыми предельные значения и функциональные зависимости второго контрольного сигнала относительно первого контрольного сигнала при работе ДВС в режиме статической нагрузки, величину длительности управляющего временного интервала определяют путем вычитания величины второго дополнительного сигнала из величины первого дополнительного сигнала и формирования временного интервала пропорционального их разностной величины, а суммирование управляющего временного интервала с моментом максимально раннего искрообразования выполняют алгебраически.

Электронная система зажигания прототипа содержит электрически связанные между собой источник питания, ключ зажигания, блок управления, который имеет первый, второй и третий входы и выход, катушку зажигания, свечи, первый датчик, который вырабатывает информацию о частоте вращения коленчатого вала ДВС, и второй датчик, причем первый, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с источником питания, выходом первого датчика, выходом второго датчика, а выход соединен с катушкой зажигания, в качестве второго датчика используют датчик, который вырабатывает информацию о величине перемещения педали управления дроссельной заслонкой карбюратора, а блок управления содержит сумматор, с первого по четвертый преобразователи, инвертор, формирователь, каскад сравнения и выходной каскад, причем первый вход сумматора является вторым входом блока управления и соединен с входом инвертора, с первыми входами выходного каскада и каскада сравнения, выход сумматора через формирователь соединен с вторым входом выходного каскада, выход которого является выходом блока управления, первый выход инвертора соединен через первый преобразователь с вторым входом каскада сравнения, второй выход инвертора соединен с первым входом второго преобразователя, второй вход которого является третьим входом блока управления, выход второго преобразователя соединен с третьим входом каскада сравнения, первый и второй выходы которого соответственно через третий и четвертый преобразователи соединены с вторым и третьим входами сумматора.

Недостатком прототипа электронной системы зажигания ДВС является использование датчика педали управления дроссельной заслонкой карбюратора в качестве датчика нагрузки двигателя. Датчик педали является индикатором воздействия на двигатель, а для определения момента искрообразования требуется индикатор нагрузки двигателя. Датчик положения педали дроссельной заслонки регистрирует воздействие на двигатель, но не является источником информации нагрузки на двигатель.

Прототип не учитывает также неравномерность вращения коленчатого вала ДВС в зависимости от эффективности работы каждого цилиндра и поцилиндровое управление моментом искрообразования.

Задачей изобретения является определение момента искрообразования, позволяющего обеспечить более полное сгорание горючей смеси во всех режимах работы ДВС.

Поставленная задача при реализации способа определения момента искрообразования ДВС решается тем, что формируют сигнал искрообразования в зависимости от сигнала с датчика-распределителя, определяющего скорость вращения ДВС и положение коленчатого вала, сигналы с датчика-распределителя и датчика абсолютного давления, измеряющего нагрузку на ДВС по степени разрежения в задроссельном пространстве карбюратора, формируют сигналы искрообразования для каждого цилиндра отдельно, с учетом эффективности его работы.

Поставленная задача при реализации микропроцессорной системой зажигания, основанной на данном способе определения момента искрообразования ДВС, решается тем, что микропроцессорная система зажигания, содержащая электрически связанные между собой катушку зажигания, свечи, датчик-распределитель, который вырабатывает сигналы о скорости вращения ДВС и положении коленчатого вала, дополнительно содержит контроллер зажигания, датчик абсолютного давления, микровыключатель экономайзера принудительного холостого хода, электромагнитный клапан экономайзера принудительного холостого хода, причем первый, второй и третий входы контроллера зажигания соединены соответственно с выходами датчика-распределителя, датчика абсолютного давления, микровыключателя экономайзера принудительного холостого хода, а первый выход - с катушкой зажигания, второй выход - с электромагнитным клапаном экономайзера принудительного холостого хода, а контроллер зажигания содержит источник питания, микропроцессор, интеллектуальный ключ зажигания, вход которого соединен с микропроцессором, а первый выход - с катушкой зажигания, второй выход - с общей шиной питания, третий выход - с микропроцессором, первый выход источника питания соединен с микропроцессором, а второй - с интеллектуальным ключом зажигания, преобразователь напряжение - частота, вход которого соединен с выходом датчика абсолютного давления, а выход - с микропроцессором, схему управления экономайзером принудительного холостого хода, вход которого соединен с микропроцессором, а выход - с электромагнитным клапаном экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ).

Сущность изобретения будет понятна из приводимого описания способа определения момента искрообразования и микропроцессорной системы зажигания для его осуществления.

На фиг. 1 приведена электрическая блок-схема микропроцессорной системы зажигания.

На фиг.2 приведена электрическая блок-схема контроллера зажигания.

На фиг. 3 приведены графики определения момента искрообразования микропроцессорной системой зажигания при режимах пуск и останов ДВС.

На фиг.4 приведены графики определения момента искрообразования при рабочем режиме.

На фиг. 1 обозначено: контроллер 1 зажигания, датчик-распределитель 2, датчик 3 абсолютного давления, катушка 4 зажигания, свечи 5 искрообразования, электромагнитный клапан 6 ЭПХХ, микровыключатель 7 ЭПХХ.

Контроллер 1 зажигания (фиг. 2) включает электрически соединенные источник питания 8, микропроцессор 9, интеллектуальный ключ 10 зажигания, имеющий сигнал диагностики тока в катушке 4 зажигания, один выход которого соединен с катушкой 4 зажигания, второй - с общей шиной, а третий - с микропроцессором 9, преобразователь 11 напряжение - частота, вход которого соединен с выходом датчика 3 абсолютного давления, а выход с входом микропроцессора 9, схему 12 управления экономайзером принудительного холостого хода, вход которого соединен с микропроцессором 9, а выход с электромагнитным клапаном 6 ЭПХХ. Микропроцессор 9 получает сигнал режима холостого хода с микропереключателя 7 ЭПХХ.

Микропроцессорная система зажигания для ДВС обеспечивает: - организацию искрообразования в режимах пуск, останов и работа двигателя; - поцилиндровое управление моментом искрообразования в зависимости от оборотов двигателя, нагрузки на двигатель и эффективности работы цилиндра; - управление временем накопления энергии в катушке зажигания; - ограничение максимального тока через катушку зажигания; - уменьшение энергии искры при превышении максимально допустимых оборотов двигателя; - реализацию функции октан-корректора; - функции автоматического управления экономайзером принудительного холостого хода.

Входные сигналы микропроцессорной системы зажигания: - импульсный сигнал с датчика-распределителя, частота которого равна удвоенной частоте вращения коленвала двигателя; - напряжение с датчика абсолютного давления, измеряющего разрежение в задроссельном пространстве карбюратора;
- сигнал с микропереключателя ЭПХХ.

Рассмотрим определение момента искрообразования при разных режимах работы ДВС.

Графики на фиг.3 отражают определение момента искрообразования при режимах пуск и останов ДВС.

При пуске и останове двигателя обороты двигателя меньше холостых, временные значения импульсов от датчика-распределителя 2 недопустимо велики, что не позволяет их точно рассчитать, поэтому момент искрообразования определяется сигналом с датчика-распределителя 2. Включение и выключение интеллектуального ключа 10 происходит по спаду и фронту сигнала с датчика-распределителя 2. Интеллектуальный ключ 10 ограничивает ток через катушку 4 зажигания, для ее защиты. Момент искрообразования при режимах пуск и останов определяется фронтом сигнала с датчика-распределителя 2.

Графики на фиг.4 отражают определение момента искрообразования при рабочем режиме.

Сигналы, поступающие от датчика-распределителя 2 в виде последовательности импульсов переменной частоты, определяют обороты двигателя и положение коленчатого вала двигателя.

Сигналы диагностики тока в катушке 4 зажигания с интеллектуального ключа 10 определяют длительность сигнала тока с микропроцессора 9.

Момент искрообразования в рабочем режиме определяется микропроцессором 9 по определенному алгоритму в зависимости от сигналов с датчика-распределителя 2 и датчика 3 абсолютного давления, для каждого цилиндра, с учетом неравномерности вращения коленчатого вала ДВС. На неравномерность вращения коленчатого вала влияют:
- конструкция двигателя внутреннего сгорания;
- разный кпд работы каждого цилиндра;
- фазы газораспределения четырехтактного двигателя.

Маховик двигателя внутреннего сгорания не полностью сглаживает неравномерность вращения коленчатого вала. Мгновенная угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя зависит от эффективности работы цилиндра и фазы газораспределения.

Момент искрообразования в микропроцессорной системе определяется с учетом ожидаемой мгновенной угловой скорости на данный период. Из-за неравномерности вращения среднюю угловую скорость датчика-распределителя нельзя применить для расчета ожидаемой мгновенной угловой скорости (ожидаемого периода исходного сигнала).

Математически описать изменение скорости вращения датчика-распределителя (коленчатого вала двигателя) невозможно из-за очень сложной формулы изменения скорости и зависимости скорости от очень многих параметров.

В соотношении по времени фазы газораспределения в цилиндрах и сигнала с датчика-распределителя рабочий ход поршня в цилиндре совпадает с сигналом "1" с датчика-распределителя, а сигнал "0" с датчика-распределителя совпадает с началом процесса свободного выпуска газов в цилиндре. Коэффициент отношения длительности сигнала "1" к длительности сигнала "0" за один период с датчика-распределителя характеризует эффективность работы каждого цилиндра. Коэффициент отношения t1/t0 для каждого цилиндра для определенного диапазона оборотов остается постоянным.

Поэтому в алгоритме расчета ожидаемой длительности периода измеряют длительность сигнала "1" с датчика-распределителя, после окончания сигнала "1" вычисляют ожидаемую длительность сигнала "0" по формуле
t0 = t1•Kn,
где t0 - длительность ожидаемого сигнала "0";
t1 - длительность сигнала "1", измеренная на этот период;
Kn - коэффициент, вычисленный на этот цилиндр, за предыдущий период вращения датчика-распределителя.

Длительность ожидаемого периода вращения датчика-распределителя вычисляют по формуле
T = t1+t0.

Момент искрообразования определяют для каждого цилиндра с учетом мгновенной угловой скорости на данный период (эффективности работы цилиндра).

Использование изобретения в системе управления ДВС позволяет получить следующие преимущества:
- повышает надежность системы зажигания за счет упрощения механической части конструкции датчика-распределителя, увеличивает срок службы системы зажигания;
- создает возможность удобной регулировки эксплуатационных характеристик ДВС, зависящих от момента искрообразования, повышает точность его установки, увеличивает момент ДВС и срок его службы;
- увеличивает экономию топлива, снижает токсичность выхлопных газов;
- уменьшает неравномерность вращения ДВС из-за поцилиндрового управления моментом искрообразования в зависимости от эффективности работы цилиндра;
- увеличивает эффективность искрообразования за счет управления временем накопления энергии в катушке зажигания;
- увеличивает срок службы катушки зажигания, ограничивая максимальный ток через нее;
- позволяет отключать искрообразование при аварийном превышении максимально допустимых оборотов ДВС;
- поддерживает режим холостого хода ДВС, управляя электромагнитным клапаном ЭПХХ;
- выполняет функции октан-корректора.

Изобретение можно применить для управления любым ДВС без изменения конструкции, т.к. таблицы момента искрообразования выбираются микропроцессором в зависимости от типа двигателя.

Формула изобретения

1. Способ определения момента искрообразования ДВС, заключающийся в том, что формируют сигнал искрообразования в зависимости от сигнала с датчика-распределителя, определяющего скорость вращения ДВС и положение коленчатого вала, отличающийся тем, что сигналы с датчика-распределителя и датчика абсолютного давления, измеряющего нагрузку на ДВС по степени разрежения в задроссельном пространстве карбюратора, формируют сигналы искрообразования для каждого цилиндра отдельно, с учетом эффективности его работы.

2. Микропроцессорная система зажигания, содержащая электрически связанные между собой катушку зажигания, свечи, датчик-распределитель, который вырабатывает сигналы о скорости вращения ДВС и положении коленчатого вала, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит контроллер зажигания, датчик абсолютного давления, микровыключатель экономайзера принудительного холостого хода, электромагнитный клапан экономайзера принудительного холостого хода, причем первый, второй и третий входы контроллера зажигания соединены соответственно с выходами датчика-распределителя, датчика абсолютного давления, микровыключателя экономайзера принудительного холостого хода, а первый выход - с катушкой зажигания, второй выход - с электромагнитным клапаном экономайзера принудительного холостого хода, а контроллер зажигания содержит источник питания, микропроцессор, интеллектуальный ключ зажигания, вход которого соединен с микропроцессором, а первый выход - с катушкой зажигания, второй выход - с общей шиной питания, третий выход - с микропроцессором, первый выход источника питания соединен микропроцессором, а второй - с интеллектуальным ключом зажигания, преобразователь напряжение - частота, вход которого соединен с выходом датчика абсолютного давления, а выход - с микропроцессором, схему управления экономайзером принудительного холостого хода, вход которого соединен с микропроцессором, а выход - с электромагнитным клапаном экономайзера принудительного холостого хода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4