СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02D41/00 

Заявляемый способ оптимизации работы ДВС предназначен для двигателей внутреннего сгорания с системой принудительного зажигания.

Известен способ оптимизации режима работы ДВС, заключающийся в том, что в режиме холостого хода во впускной трубопровод подается воздух, а перед началом подачи воздуха угол опережения зажигания устанавливается более поздним, чем установочный угол. (См. например, а.с. СССР N 401816, кл. F 02 P 5/00, опубл. 12.10.73. в Б.И. N 41: "Способ работы ДВС на режиме принудительного холостого хода").

Недостаток указанного способа заключается в том, что он предназначен только для режима холостого хода. Кроме того, этот способ не дает эффекта при межцилиндровом разбросе угла опережения зажигания (УОЗ) и неравномерной работе цилиндров.

Известен также способ оптимизации режима работы ДВС, более близкий по технической сущности к заявленному и принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что во всем диапазоне частот вращения вала двигателя УОЗ изменяется в зависимости от нагрузки и частоты вращения вала, а на режимах принудительного холостого хода по сигналам датчика воздействуют на дроссельную заслонку. (См. например, а.с. СССР N 1474316, кл. F 02 P 5/00, опубл. 23.04.89. в Б.И. N 15: "Способ оптимизации угла опережения зажигания").

Способ, в сравнении с аналогом, более универсален, однако его недостаток заключается в том, что в нем не учитывается рассогласование углов опережения зажигания в последовательных циклах и межцилиндровых циклах, а также неравномерность начал рабочего процесса в цилиндрах. Такая неравномерность может привести к остановке работы двигателя при использовании данного способа. В общем случае неучет реального процесса работы цилиндров приводит к неполному сгоранию топлива, особенно на частных циклах и режимах холостого хода, повышению токсичности выхлопа и увеличению потребления горючего.

Заявленное изобретение направлено на улучшение удельных показателей работы двигателя, на повышение устойчивости его работы, снижение расхода топлива, снижение токсичности выхлопа, в частности на режимах холостого хода.

Для достижения указанного результата в известном способе оптимизации режима работы ДВС, заключающемся в воздействии на дроссельную заслонку по сигналам датчика частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель, согласно изобретению измеряют максимальный относительный межцикловый и межцилиндровый разброс по времени углов опережения зажигания, по результатам измерения воздействуют на регулятор коэффициента избытка воздуха так, что при уменьшении межцилиндровых углов разброса коэффициент α смещается в сторону обеднения, а при увеличении углов разброса в сторону обогащения горючей смеси.

Воздействие на регулятор состава смеси по результатам измерения разброса по времени углов опережения зажигания позволяет организовать оптимальное значение обеднения горючей смеси и тем самым значительно снизить расход топлива и уменьшить токсичность выхлопа, особенно на частных режимах и режиме холостого хода.

В известных источниках информации, использованных для определения уровня техники, не описана совокупность заявляемых признаков и, кроме того, она не является очевидной, так как не следует непосредственно из уровня техники. На основе этого можно утверждать, что заявляемое техническое решение является новым и неочевидным. При этом заявляемое техническое решение осуществимо в промышленных условиях и, следовательно, является промышленно применимым. Таким образом, предлагаемый способ оптимизации режима работы ДВС соответствует критерию изобретения.

Заявляемый способ оптимизации режима работы ДВС иллюстрируется чертежами, с фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлен вид структурной схемы, реализующей принцип данного изобретения, на фиг. 2 имеется второй вариант структурной схемы, выполняющей те же функции, но с несколько измененной регистрирующей аппаратной реализацией.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Двигатель внутреннего сгорания 1 (фиг. 1) имеет датчики положения коленчатого вала (п. в.к.) 2 и сигналов прерывателя распределителя искры зажигания (р. и.з.) 3, при этом число сигналов, поступающих от датчика 2, соответствует числу цилиндров N двигателя 1, и они поступают каждый раз при повороте коленчатого вала на угол 360/N. Датчик 3 соединен со счетчиком импульсов 4. В свою очередь, датчик 2 соединен со счетчиком импульсов 5. Оба счетчика 4 и 5 соединены также с высокочастотным кварцевым генератором импульсов 6, а их выходы связаны с делителем 7. Последний соединен с устройством сравнения 8. Устройство сравнения 8 связано с двигателем 1 через сумматор 9, аналоговый преобразователь 10 и исполнительный орган 11. Последний имеет механическое сочленение с регулятором коэффициента избытка воздуха (на чертеже не обозначен).

В варианте способа, представленном на фиг. 2, вместо датчика р.и.з. 3 установлен вибрационный датчик 12, связанный через высокочастотный фильтр 12 и пороговое устройство 14 со счетчиком 4.

Способ оптимизации режима работы ДВС реализуется следующим образом. Сигнал от датчика п.к.в. 2 воздействует на счетчики импульсов 4 и 5, и они начинают отсчет импульсов, поступающих от высокочастотного кварцевого генератора импульсов 6. Сигнал от датчика р.и.з. 3 поступает на счетчик импульсов 6, выключая его. Таким образом в счетчике 6 накапливается число импульсов генератора импульсов 6, пропорциональное отрезку времени между сигналом, пришедшим от датчика 2, и датчика прерывателя-распределителя 3. Полученный результат из счетчика 4 поступает в делитель 7. Счетчик 5 считает импульсы генератора 6 между двумя сигналами, пришедшими от датчика 2, а результат также поступает в делитель 7. Делитель производит операцию деления числа импульсов счетчика 4 на число импульсов, поступивших от счетчика 5. И этот процесс повторяется каждый раз при очередном сигнале от датчика п.к.в. 2. Результат деления поступает в многоканальное устройство сравнения 8. Число каналов устройства 8 равно числу цилиндров двигателя. В каждом канале запоминаются результаты деления, поступившие от делителя 7, и по окончании цикла работы всех цилиндров двигателя два значения максимальное и минимальное поступают в сумматор 9. Последний по результатам разности сигналов через аналоговый преобразователь 10 воздействует на исполнительный орган 11. Исполнительный орган 11 воздействует на механизм, изменяющий коэффициент избытка воздуха.

Процесс работы структурной схемы, представленный на фиг. 1, непрерывно повторяется.

Чем больше равномерность работы цилиндров, тем меньше сигнал сумматора и тем больше коэффициент a и наоборот. Экспериментально установлено, что для многих двигателей с принудительной системой зажигания коэффициент избытка воздуха на режимах холостого хода, например, приближается к 0,95-1 и более и этот уровень, устанавливаемый экспериментально для каждого типа ДВС, может быть принят для нулевого сигнала от сумматора 9. По мере увеличения сигнала, выходящего с сумматора 9, что характеризует неравномерность работы цилиндров в пределах каждого полного поворота коленчатого вала, исполнительный орган 11 смещает регулятор в сторону уменьшения a, минимальное значение которого также устанавливается экспериментально для каждого типа ДВС.

В варианте способа (фиг.2) сигнал от вибрационного датчика 12 проходит через фильтр 13, в котором отсеиваются высокочастотные гармонические составляющие и попадает в пороговое устройство 14, где выделяется максимальный сигнал импульс, характеризующий фазу максимального давления в работающем двигателе 1. И этот импульс поступает в счетчик 4. В остальном структурная схема работает аналогично описанной по фиг. 1, с той разницей, что в делитель 7 от датчика 4 поступает число импульсов, определяемое разницей между сигналом от датчика п.к.в. 2 и моментом максимального давления в работающем цилиндре от порогового устройства 14.

Первый вариант технического решения по данному способу реализуется более просто, однако во втором варианте оценка результатов более объективна, так как при неисправно работающем двигателе может иметь место пропуск искры зажигания, что не регистрируется в первом варианте структурной схемы.

Тем не менее при надежно работающей схеме зажигания, например бесконтактной, как показывают эксперименты, эффекты аналогичны. При этом в обоих вариантах технологического решения по данному способу практически определяется разброс углов системы зажигания, приведенный к числу оборотов распределительного вала.

Экспериментально установлено, что оптимизация коэффициента избытка воздуха по критерию равномерности работы двигателя позволяет уменьшить расход топлива на 7% а токсичность выхлопа, в частности по монооксиду углерода, снижается на 50%
Таким образом, преимущества заявляемого способа заключаются в следующем:
снижается потребление топлива:
снижается токсичность выхлопа:
повышается мощность и крутящий момент двигателя, особенно на частных режимах работы.

Использование: двигатели внутреннего сгорания с принудительной системой зажигания. Сущность изобретения: на основе сопоставления по времени положения коленчатого вала и момента подачи искры зажигания определяют относительный межцикловый и межцилиндровый разброс углов опережения зажигания в пределах каждого полного цикла работы ДВС и на основе результатов измерения воздействуют на регулятор избытка воздуха так, что при повышении нестабильности работы системы зажигания коэффициент избытка воздуха α снижают и наоборот. Возможен вариант решения, при котором разброс углов опережения зажигания определяется по времени максимального давления в цилиндрах. 2 ил.

Способ оптимизации режима работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в воздействии по сигналам датчика частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на дроссельную заслонку, отличающийся тем, что измеряют максимальный межцикловый и межцилиндровый относительный разброс угла зажигания, по результатам измерения воздействуют на регулятор коэффициента избытка воздуха так, что при уменьшении межцилиндровых углов разброса коэффициент смещают в сторону обеднения рабочей смеси, а при увеличении углов разброса- в сторону обогащения рабочей смеси.