СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ ПО НАЧАЛУ ДЕТОНАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК F02P5/152 

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием для управления углом опережения зажигания в случае возникновения детонации.

Известен способ регулировки угла опережения зажигания по началу детонации, использующий в качестве сигнала о возникновении детонационного режима сгорания вибрации стенки блока цилиндров (Авт. св. 1733673 A1, кл. F 02 P 5/145, опубл. БИ 18, 1992; Пат. 4856481 США, кл. F 02 D 43/00, 1989).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток этого способа - на вибрацию деталей двигателя, обусловленную детонацией, накладываются помехи от вибраций, не связанных с процессом сгорания, что в конечном итоге приводит к частым ложным срабатываниям и снижает надежность работы системы.

Известен способ регистрации детонационного сгорания, использующий в качестве сигнала о начале детонационного сгорания изменение светимости пламени в цилиндре двигателя (Заявка ФРГ 3023013, кл. F 02 P 9/00, 1982).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата являются следующие недостатки этого способа - используемые при этом способе датчики детонации работают в условиях высоких температур, кроме того наблюдается загрязнение поверхностей, через которые проникает излучение. В результате эти недостатки приводят к постоянной потере работоспособности всей системы.

Наиболее близким к данному изобретению является способ регулирования двигателя внутреннего сгорания, позволяющий исключить детонационный режим работы (Авт. св. 1455032, кл. F 02 P 5/145, 1985), который заключается в том, что измеряют давление рабочего тела в цилиндре двигателя, фиксируют момент возникновения детонационного сгорания по изменению формы импульса давления рабочего тела, подавляют детонацию смещением угла опережения зажигания в сторону уменьшения до устранения причины, вызвавшей детонацию, после чего опережение воспламенения топлива устанавливают оптимальным с точки зрения максимума среднего эффективного давления.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток этого способа - поверхность датчика, формирующего сигнал о возникновении детонационного режима сгорания, соприкасается с горячими газами, что отрицательно сказывается на надежной работе системы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является возможность использования отработавших газов двигателя в качестве критерия для оценки возникновения детонационного сгорания.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение надежности используемого способа путем формирования сигнала о детонационном режиме сгорания таким образом, который уменьшит возможность ложных срабатываний и увеличит долговечность работы применяемых датчиков, что в итоге повышает надежность работы систем ограничения детонации.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при данном способе регулирования угла опережения зажигания по началу детонации измеряют показания датчика при детонационном сгорании, сравнивают показания датчика с пороговым значением и при превышении показаний датчика пороговых значений корректируют угол опережения зажигания, в качестве параметра, характеризующего процесс детонационного сгорания, используют диэлектрические свойства отработавших газов, которые прокачивают через емкостной датчик, замеряют емкость датчика при нормальном режиме двигателя, фиксируют момент возникновения детонационного сгорания по возрастанию емкости датчика и по результатам сравнения измеренных емкостей при нормальном и детонационном режимах работы регулируют угол опережения зажигания.

Отличием предлагаемого способа является использование в качестве формирующего сигнала о детонационном режиме сгорания свойств отработавших газов, в частности диэлектрических свойств, изменение которых при детонации можно отследить с достаточной точностью. Кроме того температура отработавших газов существенно ниже, чем температура в камере сгорания, что дает основания предполагать более долговечную работу используемого датчика.

Таким образом, использование диэлектрических свойств отработавших газов в качестве сигнала о возникновении детонационного режима сгорания позволяет уменьшить возможность ложных срабатываний, увеличить долговечность работы используемых датчиков и, в целом, повысить надежность работы систем ограничения детонации.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявители не обнаружили аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ, на фиг. 2 - схема используемого датчика детонации, на фиг. 3 - график зависимости емкости отработавших газов от режимов работы двигателя.

Система регулирования угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, реализующая предлагаемый способ регулирования, состоит (фиг. 1) из присоединенного к выпускной системе, например, четырехцилиндрового двигателя (1), емкостного датчика (2) (фиг. 2), устройства для прокачки отработавших газов (3) через емкостный датчик (2), в качестве устройства (3) может использоваться, например, обычный пылесос, охладителя отработавших газов (4), измерительного моста переменного тока (5), соединенного через блок сравнения (6) с блоком управления углом опережения зажигания (7), который включает в себя датчик начала отсчета угла поворота коленчатого вала (8), датчик угловых импульсов (9), выход которых через формирователь опорных сигналов (10) подсоединен ко входу формирователя момента зажигания (11), который через коммутатор (12) управляет моментом зажигания катушки (13).

Способ осуществляется следующим образом. Во время работы двигателя внутреннего сгорания (1) датчики начала отсчета (8) и угловых импульсов (9) вырабатывают сигналы, запускающие блоки 10 и 11, формирующие сигналы зажигания в каждом цикле с заданным УОЗ. Импульсом зажигания обеспечивается коммутатор (12), разрывая цепь катушки зажигания (13), в результате чего в ней индуцируется напряжение зажигания.

Отработавшие газы двигателя (1) с помощью устройства (3) прокачиваются сначала через охладитель отработавших газов (4), а затем через емкостной датчик (2). Емкость отработавших газов, проходящих через датчик (2), измеряется автоматически при помощи измерительного моста переменного тока стандартного типа (5). Далее показания емкостного датчика (2) оцениваются в блоке сравнения (6) или визуально. При отсутствии значений емкости, превышающих пороговое значение, момент зажигания, вырабатываемый блоком управления УОЗ (7), остается неизменным.

Момент возникновения детонационного сгорания фиксирует по увеличению показаний емкостного датчика до значений, превышающих пороговое значение. В этом случае угол опережения зажигания при помощи блока управления УОЗ (7) смещается в сторону уменьшения, например, вручную.

Пороговые значения показаний емкостного датчика, выше которых фиксируется детонационное сгорание, могут быть выбраны следующим образом. Используемый емкостной датчик представляет собой цилиндрический конденсатор, емкость которого может быть определена формулой:

где ε_o - электрическая постоянная;
ε - диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего зазор;
L - длина конденсатора;
D₁ - диаметр внутреннего электрода;
D₂ - диаметр внешнего электрода.

Анализ данной формулы показывает, что при неизменных геометрических размерах датчика величина C зависит только от диэлектрической проницаемости вещества, находящегося между электродами. Опытным путем установлено, что при бездетонационной работе двигателя величина диэлектрической проницаемости остается практически постоянной, что обеспечивает в свою очередь постоянство значений C независимо от режимных и регулировочных факторов. При возникновении детонационного сгорания величина ε отработавших газов существенно увеличивается, что влечет за собой увеличение C.

Для подтверждения вышеизложенного были предложены экспериментальные исследования.

Эксперимент проводился на четырехцилиндровом двигателе с искровым зажиганием. Цель эксперимента - определение влияния режимных и регулировочных факторов при нормальной и детонационной работе двигателя на диэлектрические свойства отработавших газов. Во время проведения эксперимента фиксировались значения следующих параметров: частоты вращения коленчатого вала двигателя, n (мин^-1); крутящего момента М_кр (кг•м); угла опережения зажигания θ_з; емкости отработавших газов C (пф). Появление детонационного сгорания достигалось увеличением крутящего момента при пониженных частотах вращения коленчатого вала или смещением угла опережения зажигания в сторону увеличения. Результаты эксперимента сведены в таблицу и представлены в виде графика зависимости отработавших газов от режима работы двигателя (фиг. 3).

Как видно из графика, появление детонационного режима сгорания достаточно четко отражается на диэлектрических свойствах отработавших газов, вызывая увеличение диэлектрической проницаемости. Это дает основание использовать данные свойства в качестве формирующего сигнала о начале детонационного сгорания.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- способ регулирования угла опережения зажигания по началу детонации может применяться в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием для управления углом опережения зажигания в случае возникновения детонации;
- для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Способ предназначен для управления углом опережения зажигания в случае возникновения детонации. Способ регулирования угла опережения зажигания по началу детонации заключается в том, что измеряют показания датчика при детонационном сгорании, сравнивают показания датчика с пороговым значением и при превышении показаний датчика пороговых значений корректируют угол опережения зажигания, в качестве параметра, характеризующего процесс детонационного сгорания, используют диэлектрические свойства отработавших газов, которые прокачивают через емкостной датчик, замеряют емкость датчика при нормальном режиме работы двигателя, фиксируют момент возникновения детонационного сгорания по возрастанию емкости датчика и по результатам сравнения измеренных емкостей при нормальном и детонационном режимах работы регулируют угол опережения зажигания. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы систем ограничения детонации. 3 ил., 1 табл.

Способ регулирования угла опережения зажигания по началу детонации, заключающийся в том, что измеряют показания датчика при детонационном сгорании, сравнивают показания датчика с пороговым значением и при превышении показаний датчика пороговых значений корректируют угол опережения зажигания, отличающийся тем, что в качестве параметра, характеризующего процесс детонационного сгорания, используют диэлектрические свойства отработавших газов, которые прокачивают через емкостной датчик, замеряют емкость датчика при нормальном режиме работы двигателя, фиксируют момент возникновения детонационного сгорания по возрастанию емкости датчика и по результатам сравнения измеренных емкостей при нормальном и детонационном режимах работы регулируют угол опережения зажигания.