СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F02P5/15 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системе управления двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ регулирования угла опережения зажигания (УОЗ) в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания (ДВС), в котором корректируют УОЗ, сравнивая температуру отработанных газов с оптимальной температурой, вычисленной из внешних условий и режима работы ДВС (а.с. СССР N 1592566, М. Кл. F 02 P 5/14).

Однако используемый в данном случае параметр, по которому корректируется УОЗ (температура отработанных газов), является второстепенным и не полностью характеризует режим работы двигателя.

Известен также способ регулирования состава топливной смеси, в котором замеряют внешние условия работы и выходные параметры ДВС и по полученным данным корректируют состав смеси (см. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей; Под общ. ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова - М.: Машиностроение, 1985, гл. 2 5, с. 49 - 57).

Однако данный способ не обеспечивает оптимальный режим работы ДВС в силу того, что не оценивается влияние корректировки состава топливной системы на эффективность работы двигателя.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) к заявляемому изобретению является способ, в котором определяют положение пикового давления на характеристике давления сжатия в рабочем объеме двигателя на основе зарегистрированного положения пикового давления формируют характеризующий его информационный сигнал, который непосредственно используют в качестве регулировочного параметра в контуре регулирования, к контуру регулирования подводят получаемые входные параметры, момент зажигания регулируют с помощью контура регулирования таким образом, что положение пикового давления соответствует получаемым входным параметрам (Заявка ФРГ N 3917906, МКИ5 F 02 P 5/15, 1990).

Эффективность работы ДВС определяется положением коленчатого вала, соответствующим максимуму давления при подводе тепла к рабочему телу в цилиндре, и составом топливной смеси. По углу поворота коленчатого вала, соответствующему росту давления в цилиндре ДВС при сгорании, можно определить состав топливной смеси, что не реализовано в известном прототипе. Известный способ применим только к двигателям с принудительным зажиганием топливной смеси. Однако такая характеристика, как положение коленчатого вала, соответствующее максимуму давления, характеризует эффективную работу и других типов ДВС, в частности двигателей с самовоспламенением.

Задачей изобретения является создание способа оптимизации работы системы управления ДВС, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в улучшении эксплуатационных характеристик двигателя.

Этот технический результат в способе оптимизации работы системы управления ДВС, заключающемся в том, что определяют положение пикового давления на характеристики давления сжатия в рабочем объеме двигателя, на основе зарегистрированного положения пикового давления формируют характеризующий его информационный сигнал, который непосредственно используют в качестве регулировочного параметра в контуре регулирования, к контуру регулирования подводят получаемые входные параметры, достигается тем, что замеряют угол поворота коленчатого вала, соответствующий росту давления, вызванного подводом тепла к рабочему телу, на основе зарегистрированного угла поворота коленчатого вала формируют характеризующий его второй информационный сигнал, который непосредственно используют в качестве регулировочного параметра в контуре регулирования, сравнивают полученное значение угла поворота с заданным, на основе выработанного сигнала рассогласования корректируют состав топливной смеси или закон подачи топлива и величину УОЗ или угла опережения впрыска топлива, необходимость изменения которого вызвана изменением состава топливной смеси или закона подачи топлива, таким образом, чтобы положение коленчатого вала, соответствующее максимуму давления, было равно заданному.

Указанная совокупность новых признаков и признаков, общих с прототипом, позволяет получить технический результат, состоящий в улучшении эксплуатационных характеристик двигателя. Действительно, в способе-прототипе оптимизация работы ДВС осуществляется по одному параметру - положению максимума давления на индикаторной диаграмме. В то же время экономичность работы ДВС и токсичность выхлопных газов зависят от состава топливной смеси или закона подачи топлива в цилиндр. Поэтому существует необходимость постоянной корректировки состава топливной смеси, зависящей от многих внешних факторов (давления, температеры окружающей среды, эксплуатационных факторов и т.д.) в различных условиях и на различных режимах работы ДВС.

В реальных условиях учет большей части внешних факторов затруднен. Существующие системы корректируют состав топливной смеси в зависимости от внешних параметров, но не оценивают эффективность этой коррекции (см. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей; Под общ.ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова - М.: Машиностроение, 1985, гл. 2 5, с. 49 - 57).

В предложенном способе в качестве регистрируемых параметров используются угол поворота коленчатого вала ДВС, соответствующий росту давления в цилиндре при сгорании топливной смеси (см. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей; Под общ.ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова - М.: Машиностроение, 1983, с. 132, рис. 63), и положение коленчатого вала ДВС, соответствующее максимуму давления в цилиндре, характеризующее максимальную эффективность преобразования тепловой энергии в механическую (см. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей; Под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова - М.: Машиностроение, 1983, гл. 4, 4, с. 130 - 134). При несоответствии угла поворота коленчатого вала, соответствующего росту давления, заданному значению вырабатывается управляющее воздействие, приводящее к изменению состава топливной смеси, которое приводит к изменению данного регулируемого параметра. Данный процесс продолжается до тех пор, пока сигнал рассогласования угла поворота коленчатого вала не окажется в заданных пределах, что соответствует оптимальному расходу топлива. В то же время скорость сгорания топливной смеси зависит от ее состава, изменение которого требует изменения УОЗ с целью обеспечения оптимального положения максимума давления на индикаторной диаграмме ДВС (см. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова - М.: Машиностроение, 1983, гл. 4, 4, с. 130 - 134).

Таким образом, положение коленчатого вала, соответствующее максимуму давления, что определяет оптимальную работу ДВС, характеризуется как начальной установкой УОЗ, так и составом топливной смеси.

В случае последовательной работы системы корректируют состав топлива, что приводит к изменению положения максимума давления, и по новому положению максимума давления изменяют УОЗ таким образом, чтобы это положение соответствовало заданному. В этом случае увеличивается время выхода системы на новый режим работы по сравнению с параллельной работой, при которой одновременно корректируют состав топлива и изменяют соответствующим образом УОЗ. Таким образом, предлагаемая параллельная работа системы уменьшает время переходного периода, что улучшает эксплуатационные характеристики ДВС.

На чертеже приведена блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ.

Система оптимизации работы системы управления двигателя внутреннего сгорания, реализующая предлагаемый способ, состоит из не менее чем одного цилиндра ДВС 2 с установленным на нем датчиком давления (ДД) 3, датчиком положения коленчатого вала двигателя (ДПКВ) 10, соединенным с соответствующим входом программного блока 4, выходы которого управляют коммутаторами 9 и 15, счетчиками 5, 8, 14 и сумматорами 6, 7, 13, посредством которых производится сравнение истинных значений положения максимума давления и угла поворота коленчатого вала с заданными, заложенными в память 17, и формируются сигналы, корректирующие посредством цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12 и регулятора качества топливной смеси 11 состав топливной смеси, а также изменение угла опережения зажигания в блоке системы зажигания 1. Для изменения режима работы ДВС используется датчик мощности 16.

Система работает следующим образом. Во время вращения коленчатого вала двигателя при поступлении сигнала начала отсчета с ДПКВ 10 в счетчике 5 происходит счет импульсов, поступающих с ДПКВ 10. При совпадении количества импульсов, поступающих на счетчик 5, с заложенным в нем числом выдается сигнал на блок системы зажигания 1, который генерирует высоковольтный разряд. Топливная смесь в цилиндре 2 воспламеняется. Также при поступлении сигнала начала отсчета с ДПКВ 10 на вход 18 программного блока 4 с его выхода 23 подается сигнал, открывающий коммутатор 9, в результате чего импульсы с ДПКВ 10 поступают на вход счетчика 8. Сгорание топливной смеси в цилиндре 2 приводит к повышению давления, регистрируемого ДД 3. При прекращении роста давления, что соответствует полному сгоранию топливной смеси в цилиндре 2, коммутатор 9 закрывается и в счетчике 8 остается сформированный сигнал рассогласования между заданным значением положения максимума давления, предварительно засланным из памяти 17, и истинным, полученным в результате счета числа импульсов с ДПКВ 10, соответствующих положению коленчатого вала.

Зарегистрированное датчиком ДД 3 начало роста давления в цилиндре 2, вызванное горением топливной смеси, подается на вход 19 программного блока 4, что приводит к появлению сигнала на выходе 24 и открытию коммутатора 15 на период роста давления в цилиндре 2. За это время в счетчике 14 формируется сигнал рассогласования как разность между заданным значением угла поворота коленчатого вала, соответствующего росту давления, предварительно засланным в счетчик 14 из памяти 17, и истинным, соответствующим числу импульсов, поступивших от ДПКВ 10 через коммутатор 15 в период роста давления, вызванного сгоранием топливной смеси в цилиндре 2.

Таким образом, в момент достижения давлением в цилиндре 2 максимума оказываются сформированы два сигнала рассогласования: положения максимума давления - в счетчике 8; и угла поворота коленчатого вала, что характеризует состав топливной смеси, - в счетчике 15.

По сигналу, сформированному на выходе 23 программного блока 4, происходит суммирование корректирующих поправок на изменение УОЗ в сумматоре 7 и коррекция текущего значения состава топливной смеси в сумматоре 13, с которого скорректированный цифровой сигнал поступает на вход ЦАП 12, где преобразуется в аналоговый управляющий сигнал, при подаче которого на вход регулятора качества топливной смеси 11, происходит корректировка состава топливной смеси, поступающей в цилиндр 2.

В дальнейшем на выходе 22 программного блока 4 формируется сигнал, который подается на счетчики 8 и 14, в результате чего в них засылаются из памяти 17 заданные значения положения коленчатого вала и угла поворота его соответственно. Сформированный далее на выходе 21 программного блока 4 управляющий сигнал подается на сумматор 6, где происходит коррекция текущего значения УОЗ. Появляющийся на выходе 20 программного блока 4 управляющий сигнал записывает в счетчик 5 скорректированное значение УОЗ. Система подготовлена к следующему циклу работы.

В случае отсутствия сигнала с датчика давления 3, что возможно в случае неисправности блока зажигания 1 или установки ДД 3 не на всех цилиндрах, программный блок 4 выдает сигналы после окончания поступления импульсов с ДПКВ 10 только на выходы 20 и 22, что обеспечивает работу системы при ранее установленных УОЗ и составе топливной смеси.

В режиме максимальной мощности, когда требуется богатая смесь, сигнал с датчика нагрузки 16 блокирует включение коммутатора 15, обновляет счетчик 14 и устанавливает регулятор качества топливной смеси 11 в положение, обеспечивающее богатую топливную смесь вне зависимости от сигнала с ЦАП 12. В этом случае коррекция УОЗ, вызванная изменением состава топливной смеси, отсутствует, и изменение установки УОЗ вызывается только изменением положения максимума давления на индикаторной диаграмме ДВС.

Способ и устройство, предложенное в качестве варианта реализации способа, обладает высоким быстродействием, точностью, надежностью и простотой в результате использования для оптимального регулирования УОЗ обратной связи по положению максимума давления и углу поворота коленчатого вала ДВС, характеризующих экономичность работы ДВС на всех режимах.

Способ предназначен для систем управления ДВС. Способ реализуется следующим образом. Во всем диапазоне частоты вращения ДВС угол опережения зажигания изменяют в зависимости от положения максимума давления на индикаторной диаграмме ДВС и от состава топливной смеси, а также корректируют состав топливной смеси с целью поддержания его заданного значения. Технический результат - повышение точности работы системы управления двигателя и увеличение ее быстродействия. 1 ил.

Способ оптимизации работы системы управления двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что определяют положение пикового давления на характеристике давления сжатия в рабочем объеме двигателя, на основе зарегистрированного положения пикового давления формируют характеризующий его информационный сигнал, который непосредственно используют в качестве регулировочного параметра в контуре регулирования, к контуру регулирования подводят получаемые входные параметры, отличающийся тем, что замеряют угол поворота коленчатого вала, соответствующий росту давления, вызванного подводом тепла к рабочему телу, на основе зарегистрированного угла поворота коленчатого вала формируют характеризующий его второй информационный сигнал, который непосредственно используют в качестве регулировочного параметра в контуре регулирования, сравнивают полученное значение с заданным, на основе выработанного сигнала рассогласования корректируют состав топливной смеси или закон подачи топлива и величину угла опережения зажигания или угла опережения впрыска топлива, необходимость изменения которого вызвана изменением состава топливной смеси или закона подачи топлива, таким образом, чтобы положение коленчатого вала, соответствующее максимуму давления, было равно заданному.