СПОСОБ КОРРЕКЦИИ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02P5/04 

Изобретение относится к диагностированию двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к способам контроля рабочего процесса, и может быть использовано для ДВС с принудительным воспламенением.

Известны различные способы коррекции угла опережения зажигания (УОЗ) в запаздывание в случае обнаружения детонационного процесса сгорания топливно-воздушной смеси (ТВС) в цилиндрах ДВС.

Например, способ описанный в технических документах фирмы R.Bosch, Германия (Н. Decker. Tecnische Untervichdung, Bosch, Batterie zundung, N 722004, 1987, с. 24-25). Согласно этому способу производится фиксация факта детонации индивидуально по каждому цилиндру двигателя и в цикле сгорания, где обнаружена детонация, осуществляется уменьшение УОЗ на постоянную величину, например, 3 градуса поворота коленчатого вала (град. ПКВ) также индивидуально для каждого цилиндра. Данное уменьшение УОЗ происходит каждый раз при обнаружении детонации до тех пор, пока скорректированный в запаздывание УОЗ не достигнет величины, лежащей вне зоны детонационного сгорания ТВС. В дальнейшем по прошествии фиксированного промежутка времени или количества циклов сгорания одновременно для всех цилиндров производится увеличение скорректированного вследствие детонации УОЗ на величину, например, 1 град. ПКВ до тех пор, пока какой-либо из цилиндров опять не начнет детонировать.

Основной недостаток предложенного алгоритма заключается в том, что допускается достаточно длительный режим работы двигателя в детонационно-опасной зоне. Так известно, что для избежания сильной детонации величина коррекции УОЗ должна составлять ≈15 град ПКВ. По предложенному алгоритму для такой коррекции потребуется шесть последовательных циклов по каждому цилиндру ДВС.

К ухудшению мощности и экономичности двигателя ведет предложенный способ возврата скорректированного УОЗ к базовому значению, где под базовым значением понимается характеристика УОЗ, формируемая механическими автоматами опережения зажигания (центробежный и вакуумный автоматы) или контроллером микропроцессорной системы управления двигателем.

Недостатком является и то, что возврат к базовому значению УОЗ осуществляется вне зависимости от текущего режима работы ДВС. Например, при сильной детонации и большем числе циклов коррекции произойдет как минимум одно автоматическое увеличение УОЗ, что потребует дополнительной коррекции, независимо от того, детонирует ДВС или нет.

Наиболее близким техническим решением является способ определения величины коррекции угла опережения зажигания (заявка N 4853621/06/КП-F-02p от 23.07.90), согласно которому определяют интенсивность детонации (ИД) по формуле

где АС1 (t) сигнал датчика детонации, определенный в первом секторе;
АС2(t) сигнал датчика детонации, определенный во втором секторе;
t длительность первого и второго секторов.

Полученный результат преобразуют в последовательность импульсов и по их количеству определяют величину коррекции угла опережения зажигания.

Однако простое определение величины коррекции УОЗ по измеренной ИД не позволяет реализовать способ коррекции угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить антидетонационные свойства двигателя путем его защиты от работы в детонационно-опасных режимах.

За счет этого увеличивается срок службы двигателя и его отдельных деталей (деталей газораспределительного механизма, поршневой группы и т.д.), улучшается токсичность выхлопных газов. Кроме того, повышается приемистость автомобиля, его эргономические качества и, как следствие, увеличивается безопасность дорожного движения.

Для этого непосредственно в цикле сгорания ТВС, где обнаружена детонация, определяют ее интенсивность, с учетом которой определяют также основную величину коррекции, на которую уменьшают текущий базовый угол опережения зажигания так, чтобы следующий цикл сгорания был заведомо недетонационным, а в каждом недетонационном цикле дополнительно изменяют угол опережения зажигания в сторону его увеличения на дополнительную величину коррекции до тех пор, пока интенсивность детонации остается меньше заданного значения, причем новое значение угла опережения не превышает текущего базового значения угла опережения зажигания.

Возможно определение величин ИД основного и дополнительного углов коррекции, текущего базового угла опережения начала детонации для каждого цилиндра двигателя.

Предложенный способ может быть выражен математической формулой:

где Φ_т1 величина текущего базового УОЗ, где обнаружена детонация и определена ее ИД, град. ПКВ;
K₁(UD) основная величина коррекции угла опережения с учетом ИД, град. ПКВ;
множество дополнительных углов коррекции, каждый из которых определяют в недетонационном цикле сгорания ТВС (число n), град. ПКВ;
Φ_т2 величина текущего базового УОЗ, соответствующая новому состоянию двигателя, град. ПКВ;
Φ_н.д.- величина УОЗ, соответствующая началу детонационного процесса сгорания ТВС при текущем УОЗ Φ_т2, град. ПКВ.

Причем величина дополнительного угла коррекции определяется как постоянное фиксированное значение вне зависимости от величины ИД.

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

На фиг. 1 представлена функциональная зависимость ИД от циклов сгорания ТВС. Приведены следующие обозначения:
К₁ (ИД1) величина коррекции УОЗ вследствие детонации интенсивности ИД1;
К₁(ИД2) величина коррекции УОЗ вследствие детонации интенсивности ИД2;
К₂₁ и К₂₂ величины увеличения УОЗ в каждом недетонационном цикле;
1;2;3;4 последовательные циклы сгорания ТВС;
I базовая характеристика УОЗ;
II УОЗ начала детонации
На фиг.2 представлен алгоритм коррекции в координатах Φ=f(n), где Φ угол опережения зажигания; n частота вращения коленчатого вала (UBKB) ДВС. Использованы следующие обозначения:
v_т1 УОЗ на UBKB n2;
Φ_т2 УОЗ на UBKB n3;
Φ_н.д. УОЗ начала детонации на UBKB n3;
K₁ величина коррекции УОЗ вследствие детонации на UBKB n;
K_2i дискреты увеличения УОЗ в недетонационных циклах сгорания ТВС;
I базовая характеристика УОЗ;
II зона детонационного сгорания ТВС;
III зона недетонационного сгорания ТВС.

На фиг.3 представлен вариант блок-схемы устройства, реализующего способ коррекции УОЗ ДВС.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют ИД известным способом, например, по формуле, указанной в прототипе, или иным образом, например, по формуле, указанной в статье "Knock-Limit Measurement in High" Speed S.I. Engines (C.V. Ferraro, M. Marzano, P. Nuccio//SAE. 1985. 0 127. -P. 1-8). Пропорционально измеренной ИД непосредственно в том же цикле сгорания ТВС вычисляют величину коррекции УОЗ К₁ (ИД1) (см. фиг. 1), на которую уменьшают базовое значение УОЗ цикл 1. В отсутствие детонации скорректированное значение УОЗ последовательно увеличивают на значения К₂₁ и К₂₂ циклы 2 и 3. В цикле 4 пропорционально ИД2 вычисляют величину К₁(ИД2) и на нее уменьшают базовое значение УОЗ.

Величина К1 (ИД2) < к1 (ИД1), так как вследствие уменьшения УОЗ интенсивность детонации ИД2 < ИД1.

Предполагая, что ДВС работает на постоянной частоте вращения, например прямолинейное движение с UBKB n=3000 мин^-1 ПКB, т.е. УОЗ не изменяется, получим, что Φ_т1= Φ_т2, и ф.2 примет вид:
.

Известно, что УОЗ начала детонации (Φ_н.д.) на UBKB и n=3000 мин^-1 ПКВ вследствие, например, ухудшения октанового числа топлива (ОU) составляет ≈ 10,0 град.ПКВ относительно базового УОЗ.

Таким образом, при возникновении детонации ИД1 величина К₁ (ИД1) может составить, например, ≈ 12,0 град. ПКВ, чтобы двигатель заведомо вышел из детонационного режима сгорания ТВС. Поскольку зона детонации расположена ≈ 10 град.ПКВ, то в цикле 2 начнется увеличение УОЗ, например, на величину К₂₁ 1,0 град.ПКВ. В цикле 3 УОЗ увеличится еще на величину К₂₂ = 1,0 град.ПКВ и по ф.3.

12,0 1,0 1,0 10.

В цикле 4 произойдет слабая детонация ИД2, а величина К₁ (ИД2) может составить, например, ; 1,5 град.ПКВ. В следующем цикле УОЗ увеличится на К₂₃ = 1,0 град.ПКВ и по ф.3
11,5 1,0 10,5.

Таким образом, по предложенному способу УОЗ двигателя будет все время находиться у зоны детонационного сгорания ТВС, а при отсутствии детонации возвращаться к базовой характеристике.

Общий случай, когда n-var, приведен на фиг.2.

При указанной базовой характеристике УОЗ 1 двигатель начнет детонировать при UBKB п1, т.е. , но ИД1 весьма незначительна. С увеличением UBKB до п2 ИД2 возрастет, изменится и . Здесь текущий УОЗ составит величину Φ_т1, а коррекция величину К1 (ИД2), на которую уменьшится базовая характеристика УОЗ.

В диапазоне UBKB П2.И3 двигатель увеличивает обороты (режим разгона), при этом изменяются характеристики I и II. В каждом новом цикле УОЗ согласно представленному способу будет возвращаться к базовой характеристике I таким образом, что текущий УОЗ (Φ_т) находится на границе зоны детонации в области Ш. На UBKB П3 двигатель стабилизирует обороты, при этом Φ_т=Φ_т2 и формула 2 для общего случая на фиг.2 примет вид:

Блок-схема устройства (фиг. 3), реализующего способ по фиг.2, содержит схему 1 формирования базовой характеристики УОЗ, в качестве которой могут использоваться механические автоматы опережения зажигания или контроллер МС 2713 микропроцессорной системы управления двигателем. Выход схемы 2 оценки ИД, которая может быть выполнена как указано в прототипе, связан с входом логического блока 3, посредством которого происходит сравнение величины ИД с заданным уровнем ε. Как показали исследования, даже в отсутствии детонации величина ИД≅0, что связано с особенностями сгорания ТВС. Поэтому выбирают безопасный допускаемый уровень детонации ε,. относительно которого оценивают ИД*.

Уровень e определяется для каждого типа двигателя. В том случае, если e выражен в mV, то блок 3 может представлять собой компаратор по уровню e. Если величина ИД превосходит или равна Е, то блок 3 по первому выходу связан с первым входом схемы 4 формирования величины КI. Схема 4 с учетом измеренной ИД вычисляет величину КI, которую вычитает из значения УОЗ , который поступает по второму входу схемы 4. По второму выходу блок 3 связан со схемой 5 формирования величины К₂ в том случае, когда ИД меньше Выход схемы 5 соединен с третьим входом схемы 4. Таким образом, схема 4 реализует левую часть ф.2, т.е. производит действия

Выход схемы 4 связан с первым входом схемы 6, реализующей уравнение по ф. 2. Второй вход схемы 6 связан со схемой I. Члены уравнения по ф.2. Φ_т1; Φ_т2 и Φ_н.д. определяются в зависимости от режима работы двигателя, так, в частности угол начала детонации Φ_н.д. определяется всякий раз, когда ИД ≥ ε, т.е. когда существует величина КI(ИД) схемы 4.

Таким образом, в ф.2 все члены уравнения вычисляются в текущих циклах зажигания и являются переменными параметрами, при этом величины КI(ИД) cвязаны с текущим углом Φ_т1, а величины К_2i и Φ_н.д с текущим углом Φ_т2 (фиг.2).

Первый выход схемы 6 связан с первым входом схемы 7, определяющей разницу текущего угла коррекции Φ_к и базового УОЗ Φ_б. В том случае, когда Φ_к≥ Φ_б, то по выходу 1 схемы 7 передается информация на схему 8, которая присваивает текущее значение УОЗ, равное Φ_б, и формирует сигнал запрета на вычисление величины К₂ для схемы 5. Таким образом первый выход схемы 8 связан с ДВС блок 9, а второй выход со схемой 5.

Второй вход схемы 7 связан со схемой 1, а второй выход схем 6 и 7 связан со схемой 10, которая присваивает текущее значение УОЗ в соответствии с величиной, вычисленной по ф.5, и своим выходом соединена с блоком 9, выход которого связан со схемой 2.

Схемы 1 и 2, блок 9, показанные пунктирными линиями, широко известны и не составляют предмета изобретения. Логические схемы 3, 6 и 7 могут быть реализованы как компенсаторы с фиксированным или переменными опорными уровнями, а схемы 4,5,8 и 10 по правилам схемотехники на стандартных элементах (счетчики, шифраторы, дешифраторы и т.д.), возможна реализация схем 3 8 и 10 на базе однокристальной микро-ЭВМ типа К 1816 ВЕ 751 или К 1816 ВЕ 031.

Способ подразумевает выполнение следующих операций:
определение текущей интенсивности детонации (ИД);
сравнение этой величины ИД с уровнем допустимой для ДВС детонации Е;
вычисление величины основного угла коррекции (ИД2) К1, пропорциональной вычисленной ИД, в том случае, когда ИД ≥ ε;
вычисление величины дополнительного угла коррекции К2 в том случае, когда ИД _i ε;
изменение величины текущего УОЗ одновременно с вычислением К1 (UD1);
изменение величины текущего УОЗ Φ_т2 одновременно с определением коэффициента коpрекции К2;
определение УОЗ начала детонации Φ_н.д. одновременно с определением величины коэффициента коррекции К1 (ИД3), следующей после величины К1 (ИД2);
определение величины УОЗ по ф.5;
определение величины по ф.6;
сравнение величин УОЗ, полученных по ф.5 и 6;
определение выполнения условий уравнения по ф.2;
присвоение текущему значению УОЗ величины Φ_к или Φ_б.

Использование: изобретение относится к диагностированию двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности, к способам контроля рабочего процесса и может быть использовано для ДВС с принудительным воспламенением. Сущность изобретения: в цикле сгорания ТВС, где обнаружена детонация, определяют ее интенсивность, с учетом которой определяют величину коррекции, на которую уменьшают текущий базовый угол опережения зажигания, так, чтобы следующий цикл сгорания был заведомо недетонационным, а в каждом последующем недетонационном цикле дополнительно изменяют угол опережения зажигания в сторону его увеличения на постоянную величину, не зависящую от интенсивности детонации до тех пор, пока интенсивность детонации остается меньшей заданного значения, причем новое значение угла опережения зажигания ни при каких условиях не превышает текущего базового значения угла опережения зажигания; способ предусматривает также, что коррекция угла опережения зажигания производится для каждого цилиндра двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ коррекции угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что выявляют цикл сгорания топливовоздушной смеси, в котором происходит детонация, определяют интенсивность детонации и в случае превышения ею заданного значения производят изменение базового текущего значения угла опережения зажигания в сторону его уменьшения, за счет чего получают новое текущее значение угла опережения зажигания, отличающийся тем, что основную величину коррекции угла опережения зажигания определяют с учетом интенсивности детонации таким образом, чтобы в следующем за детонационным циклом сгорания топливовоздушной смеси происходил заведомо недетонационный цикл сгорания топливовоздушной смеси, затем в каждом последующем недетонационным цикле сгорания топливовоздушной смеси увеличивают текущее значение угла опережения зажигания на дополнительную величину, что производят до тех пор, пока интенсивность детонации остается меньше заданного значения, причем новое значение угла опережения зажигания ни при каких условиях не превышает текущего базового значения угла опережения зажигания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность детонации, основную и дополнительную величины коррекции угла опережения зажигания, а также текущий базовый угол опережения зажигания, соответствующий началу детонационного сгорания топливовоздушной смеси, определяют для каждого цилиндра двигателя. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительную величину коррекции угла опережения зажигания определяют как постоянную вне зависимости от интенсивности детонации.