СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ МОМЕНТА ИСКРООБРАЗОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02P5/04 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобиля, в частности к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением топливно-воздушной смеси (ТВС) в камерах сгорания поршневых двигателей.

Известен способ изменения момента искрообразования ДВС (1), согласно которому оперативно, с рабочего места водителя изменяют угол опережения зажигания (УОЗ) от 0 до 16,8 град. ПКВ относительно начального угла, определяемого механическим октан-корректором (ОК). Угол задержки момента искрообразования определяют по формуле:

где L_з угол задержки, град. ПКВ;
f_зап частота импульсов, заполняющих реверсивный счетчик, Гц;
f_выч частота вычитающихся импульсов, Гц;
180 постоянный коэффициент для четырехтактного четырехцилиндрового ДВМ, град. ПКВ.

Число импульсов, учтенных счетчиком, а значит, и время задержки строго обратно пропорционально частоте вращения коленчатого вала (ЧВКВ) ДВС, т. е. L_з, вносимый электронным ОК, будет оставаться постоянным во всем диапазоне ЧВКВ.

Существенным недостатком данного способа является неоптимальный закон изменения УОЗ, что ухудшает работу ДВС.

Известны также способы изменения периода сигнала, основанные на преобразовании последовательности импульсов входного сигнала, синхронизированных с положением КВ ДВС, в последовательность импульсов треугольной формы с последующим их сравнением с опорным уровнем, где изменение периода сигнала подчинено закону управления, сочетающему формирование первой и второй составляющих (2), однако такой способ не влияет на формирование УОЗ, допуская работу ДВМ в зоне неоптимальных углов, что ухудшает надежность и долговечность двигателя.

Наиболее близким техническим решением является способ изменения момента зажигания, реализованный в устройстве (3). Согласно способу прототипа на интеграторе 10 преобразуют последовательность импульсов входного сигнала в последовательность импульсов треугольной формы и на компараторе 5 сравнивают их с заданным опорным уровнем, причем изменение момента зажигания количественно связано с периодом изменения входных импульсов и представляет собой "жестко" заданный алгоритм, изменение которого в рамках заданного способа невозможно.

Последнее является основным недостатком способа прототипа, что приводит к неоптимальному закону изменения УОЗ и ухудшает работу ДВС.

Предполагаемое изобретение позволит изменять момент зажигания по выбранному закону управления, что улучшит мощностные и экономические показатели ДВС.

Положительный эффект по предполагаемому способу заключается в:
улучшении мощностных и экономических показателей ДВС за счет оптимального изменения УОЗ в зависимого от требуемого текущего момента искрообразования;
адаптации устройств, выполненных по данному способу, ко всему автомобильному парку, имея в виде большую номенклатуpу автомобильных ДВС, типов источников импульсов входного сигнала и т.д.

простой и эффективной реализации способа на конкретном устройстве, что уменьшает себестоимость устройства в целом.

Для этого, согласно способу, преобразуют последовательность импульсов входного сигнала, синхронизированных с положением коленчатого вала двигателя, в последовательность импульсов треугольной формы, сравнивают сигнал треугольной формы с опорным уровнем, фиксируют текущий момент зажигания при равенстве опорного уровня и среза импульса треугольной формы, причем множество изменений текущего момента зажигания подчинено закону управления моментом зажигания, где закон управления может быть выражен математической формулой, содержащей первую и вторую составляющие, где для формирования первой составляющей выражают первую константу и определяют отношение градиентов фронта и среза сигнала треугольной формы, причем градиент фронта сигнала регулируют в зависимости от требуемого текущего момента зажигания, а для формирования второй составляющей определяют опорный уровень, градиент среза сигнала, значение частоты вращения коленчатого вала и вычисляют вторую константу, причем определяют детонационную стойкость ДВС и в зависимости от детонационной стойкости ДВС изменяют текущий момент зажигания, причем детонационную стойкость ДВС определяют субъективным слуховым методом.

С помощью этих средств реализуется способ формирования момента зажигания, обладающий новыми свойствами, которые не проявляются в известных технических решениях.

На фиг. 1 приведены эпюры, поясняющие осуществление способа; на фиг. 2 - диаграммы изменения L_корр в функции ЧВКВ.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют состояние источника импульсов входного сигнала, в качестве которого можно использовать механические контакты прерывателя-распределителя (ПР), частота вращения которого синхронизирована с положением коленчатого вала ДВС. В этом случае период импульса входного сигнала будет складываться из периода угла разомкнутого состояния контактов (УРСК) высокий уровень и периода угла замкнутого состояния контактов (УЗСК) низкий уровень, где переход от низкого уровня сигнала к высокому определяет момент искрообразования ДВС (фиг. 1 "ПР"). Последовательность прямоугольных импульсов входного сигнала преобразуют в последовательность импульсов треугольной формы (эпюра "И"), которые сравнивают с опорным уровнем U_оп и в момент равенства среза импульса треугольной формы и U_оп фиксируют момент зажигания (эпюры "К1.К3"). Закон изменения УОЗ при таком способе может быть выражен математической формулой вида:

где L_корр угол коррекции (изменение момента зажигания), град. ПКВ;
G градиент фронта сигнала треугольной формы;
g градиент среза сигнала треугольной формы;
U_оп уровень опорного напряжения, В;
C₁ константа, зависящая от периода импульса входного сигнала, град. ПКВ;
C₂ константа, зависящая от параметров преобразователя треугольной формы импульса, град. ПКВ• мин/В;
n ЧВКВ, 1/мин ПКВ.

Как следует из (2), изменение момента зажигания подчинено закону управления, сочетающего формирование первой и второй составляющих, причем при неизменных параметрах преобразователя треугольной формы импульса значения L_корр зависят только от периода входных импульсов, т.е. ЧВКВ, т.к. остальные значения постоянны.

L_{корр. прот.} Р₁ Р₂n, (3)
где L_{корр. прот.} угол коррекции прототипа (изменение момента зажигания), град. ПКВ;
Р₁ const первая составляющая;
P₂ const вторая составляющая.

Алгоритм по (3) реализован в прототипе (3) и представляет собой "жестко" заданный закон изменения момента зажигания в функции ЧВКВ (чем выше n, тем меньше значение L_{корр. прот.} см. фиг. 2 диаграмму "L_{корр. прот.} ").

Теоретически из (2) следует, что для получения вариантного закона управления можно изменять следующие параметры: U_оп, g и G.

Рассмотрим три случая.

I. G const, g const, U_оп var
L_корр.I P₁ P₃ U_оп n, (4)
где Р₃ const величина второй составляющей для варианта I.

Когда U_оп 0, ф. (4) примет вид
L_корр.10 P₁, (5)
т. е. независимо от изменения ЧВКВ момент зажигания будет постоянным (см. "L_корр.Iо", пунктирная линия).

При других значениях U_оп закон управления L_корр.I пример вид аналогичный (3) с той разницей, что, изменяя величину U_оп, можно варьировать величиной n_{выкл.кор.} ЧВКВ выключения коррекции и значениями L_корр.I на определенной ЧВКВ.

Недостатком этого способа является нелинейная зависимость L_корр.I f(U_оп), т. е. малому приращению U_оп соответствует значительное изменение L_корр.I, и для устранения этого недостатка в конкретном устройстве потребуются специальные дорогостоящие и прецизионные средства компенсации (диаграмма "L_корр.I f(U_оп)).

II. G const, U_оп const, g var,
(6)
где Р₄ величина первой составляющей для варианта II,
P₅ величина второй составляющей для варианта II.

Из (6) следует, что закон управления L_корр.II при каком-то фиксированном значении g примет вид, аналогичный (3), однако при изменении параметра g от нуля до g_max изменение L_корр.II будет подчинено закону обратно пропорциональной зависимости, что является значительным недостатком данного способа (диаграмма "L_коррII", где пунктиром обозначено изменение L_коррII f(g)).

III. U_оп const, g const, G var
L_корр.III P₆ G P₂n, (7)
где P₆ величина первой составляющей для варианта III.

Из (7) следует, что данный закон управления является оптимальным, т.к. устраняет отмеченные выше недостатки случаев I, II. В данном случае зависимость L_корр.III f(G) является линейной, т.е. приращению G соответствует пропорциональное приращение L_корр.III, кроме того, достижение максимального значения L_корр.III возможно при плавном увеличении G от нуля до G_max, что принципиально невозможно в случаях I и II и имеет большое значение для равномерной работы ДВС, т. к. не создает рывков тягового момента двигателя (диаграмма "L_корр.III", где пунктиром обозначено изменение L_корр.III f(G)).

Таким образом, вводя в первую составляющую переменный параметр G, изменяют закон управления моментом искрообразования, а меняя градиент фронта сигнала треугольной формы, регулируют УОЗ в зависимости от требуемого текущего момента искрообразования, например, при детонационных режимах сгорания ТВС, где требуется уменьшение текущего УОЗ.

Способ подразумевает выполнение следующих операций:
считывание последовательности импульсов входного сигнала, синхронизированных с положением коленчатого вала;
преобразование последовательности импульсов входного сигнала в последовательность импульсов треугольной формы;
считывание опорного уровня напряжения;
сравнение сигнала треугольной формы с опорным уровнем;
формирование первой и второй составляющих закона управления;
считывание текущего градиента фронта сигнала треугольной формы;
фиксация момента искрообразования при равенстве опорного уровня напряжения и среза импульса треугольной формы.

На фиг. 3 показан пример реализации способа изменения момента искрообразования ДВС.

Устройство может содержать: резистор 1, обеспечивающий рабочий ток через механические контакты ПР; входной инвертор, выполненный на транзисторе 2 с корректорной нагрузкой резистором 3; интегратор ДА1, выполненный на токоразностном усилителе 4 с внешним конденсатором 5 и резисторами 6 и 7 соответственно по неинвертирующему и инвертирующему входам; компаратор ДА2, выполненный на токоразностном усилителе 8 с внешними резисторами 9 по неинвертирующему и 10 по инвертирующему входу, причем номинал резистора 10 определяет уровень опорного напряжения U_оп; выходной каскад, выполненный на мощном транзисторе 11 с резисторами 12 и 13, где коллектор транзистора является выходом устройства в целом и связан с первичной обмоткой 14 КЗ, другая клемма которой соединена с источником питания устройства в целом +Е_пит.; вторичная обмотка 15 КЗ связана со свечами зажигания (Св.З) ДВС; другая клемма резистора 6 связана с переменным резистором 16, изменяя величину которого можно задавать закон управления, варьируя градиентом фронта интегратора 4, как показано на фиг. 1 (см. эпюру "И" значения G1.G3, которым соответствуют эпюры "К1. К3" и моменты искрообразования, задержанные на величины L_корр.1. L_корр.3 соответственно, где L_корр.1 > L_корр.2 > L_корр.3).

При данной реализации способа формирования момента зажигания выражения (2) и (7) примут вид:

где i_з ток заряда конденсатора С5, мкА; i_p ток разряда конденсатора С5, мкА; L_{(УЗСК+ УРСК)} угловой период импульса входного сигнала, град. ПКВ; С₅ номинал конденсатора С5, мкФ.

Использование: изобретение относится к электрооборудованию автомобиля, в частности к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением топливно-воздушной смеси (ТВС) в камерах сгорания поршневых двигателей, и может быть использовано в системах подавления детонационного режима сгорания ТВС. Изобретение позволит изменять момент зажигания по выбранному закону управления, что улучшит мощностные и экономические показатели ДВС. Сущность изобретения: согласно способу, преобразуют последовательность импульсов входного сигнала, синхронизированных с положением коленчатого вала двигателя, в последовательность импульсов треугольной формы, сравнивают сигнал треугольной формы с опорным уровнем, фиксируют текущий момент зажигания при равенстве опорного уровня и среза импульса треугольной формы, причем множество изменений текущего момента зажигания подчинено закону управления моментом зажигания, где закон управления может быть выражен математической формулой, содержащей первую и вторую составляющие, где для формирования первой составляющей выражают первую константу и определяют отношение градиентов фронта и среза сигнала треугольной формы, причем градиент фронта сигнала регулируют в зависимости от требуемого текущего момента зажигания, а для формирования второй составляющей определяют опорный уровень, градиент среза сигнала, значение частоты вращения коленчатого вала и вычисляют вторую константу, причем определяют детонационную стойкость ДВС и в зависимости от детонационной стойкости ДВС изменяют текущий момент зажигания. 3 ил.

Способ изменения момента искрообразования двигателя внутреннего сгорания, согласно которому преобразуют последовательность импульсов входного сигнала, синхронизированных с положением коленчатого вала двигателя, в последовательность импульсов треугольной формы, сравнивают сигнал треугольной формы с опорным уровнем и при равенстве опорного уровня и среза импульса треугольной формы фиксируют текущий момент искрообразования, который соответствует линейному закону управления с двумя переменными, отличающийся тем, что для формирования первой переменной определяют текущее значение константы, а в качестве аргумента используют отношение градиентов фронта и среза сигнала треугольной формы, для формирования второй переменной определяют текущее значение константы, а в качестве аргумента используют частоту вращения коленчатого вала двигателя, после чего изменяют градиент фронта сигнала треугольной формы.