СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДВС Российский патент 2003 года по МПК F02M65/00 G01M15/00 

Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к способам оценки технического состояния двигателей по их энергетическим, экономическим и экологическим показателям, и может быть использовано, например, при регулировании топливной аппаратуры ДВС на пунктах экологического контроля тепловозов.

В двигателестроении при создании и испытаниях ДВС известны способы определения оптимальных углов опережения впрыска и продолжительности подачи топлива, при которых осуществляется нахождение максимума среднеиндикаторного давления при заданном расходе топлива [1]. Однако этим нельзя достичь снижения токсичности выброса двигателя, к тому же поиск оптимального угла начала подачи топлива и его корректировка не осуществляются в эксплуатационных условиях при частичных нагрузках [2].

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу регулирования угла опережения впрыска топлива является способ, при котором за угол опережения впрыска ϕ_о.впр принимается значение несколько меньше того, при котором достигается максимум среднеиндикаторного давления при заданном расходе топлива, что приводит к существенному снижению максимального давления цикла Р_z, жесткости процесса и некоторому снижению выбросов оксидов азота NO_x [1].

Однако известный способ имеет ряд недостатков. При таком способе определения оптимального угла опережения впрыска топлива при сравнительно небольшом ухудшении индикаторных показателей заметно возрастают выбросы продуктов неполного сгорания - углеводороды С_nН_m и диоксид углерода СО, а также дымность отработавших газов. В результате при чрезмерном уменьшении угла опережения впрыска существенно ухудшаются энергетические, экономические и экологические показатели работы дизеля. Кроме этого, оптимальное значение угла опережения впрыска существенно зависит от режима работы теплового двигателя и требует корректировок в зависимости от фактического технического состояния машины. В режиме холостого хода относительные величины токсичных выбросов увеличиваются, а начальная фаза топливоподачи остается прежней. Известно, что в эксплуатационных условиях для дизелей наибольшие валовые выбросы в атмосферу приходятся именно на сажу, оксиды азота, углерода и углеводороды, при этом данные вещества имеют следующие коэффициенты агрессивности, нормированные по СО (А_со=1): А_тч=200...300, A_NOх=41,1 и А_сн=3,16 в зависимости от сорта топлива [3]. Таким образом, известный способ определения оптимального угла опережения впрыска ϕ_о.впр не учитывает совокупный показатель вредности выхлопных газов Е, определяющий влияние всего спектра вредных веществ на экологические показатели двигателя.

Техническим результатом изобретения является снижение токсичности выбросов ДВС во всем диапазоне нагрузок за счет использования совокупного показателя вредности выбросов в процессе регулирования угла опережения впрыска топлива.

Технический результат достигается тем, что способ регулирования угла опережения впрыска топлива ДВС, при котором за угол опережения впрыска принимают такое его значение, при котором достигается максимальное среднеиндикаторное давление при заданном расходе топлива, отличающийся тем, что значение величины угла опрежения впрыска по средней ндикаторному давлению корректируется в допустимом диапазоне регулирования так, что совокупный показатель вредности выхлопных газов получается минимальным.

Другое отличие способа регулирования угла опережения впрыска топлива состоит в том, что в совокупном показателе вредности выхлопных газов используют частицы сажи, оксиды азота, углерода и углеводороды.

На фиг.1 приведена блок-схема реализации способа.

Как следует из фиг.1, аналоговые сигналы от датчика давления 2 в цилиндре двигателя 1 и от сенсоров газоанализатора 6, установленных на выпускном коллекторе 5, поступают на входы соответственно блока вычисления совокупного показателя вредности выхлопных газов 7 и блока вычисления среднеиндикаторного давления 8. Выходы блоков 7 и 8 поступают на блок сравнения 9, где формируется сигнал управления, который поступает на блок регулирования угла опережения впрыска топлива 10, далее к регулирующему органу топливного насоса высокого давления 4, осуществляющего подачу топлива в камеру сгорания через форсунку 3. Функции блоков 7, 8 и 9 может выполнять персональный компьютер. Кроме этого, в ПЭВМ могут заноситься технические характеристики испытуемого двигателя и паспорт на топливо. В результате вычисляются все критичные параметры, по которым осуществляется поиск оптимального угла опережения впрыска топлива. А именно, среднеиндикаторное давление и совокупный показатель вредности выхлопных газов Е при заданном расходе топлива. В результате решения на компьютере оптимизационной задачи автоматически определяется и регулируется искомый угол опережения впрыска топлива.

На фиг.2 представлены расчетные графики зависимости среднеиндикаторного давления Р_i и совокупного показателя вредности выхлопных газов Е от величины угла опережения впрыска топлива ϕ_о.впр для тепловозного дизеля.

Небольшое увеличение угла опережения впрыска топлива приводит к существенному уменьшению токсичности вредных выбросов сажи, оксида углерода и углеводородов (по показателю Е) при незначительном увеличении выбросов NО_x, уменьшении среднеиндикаторного давления и увеличении P_z. Заштрихованная область графика - зона регулирования угла опережения впрыска топлива.

В таблице приведены значения относительных изменений совокупного показателя вредности и среднеиндикаторного давления двигателя.

Изменение (уменьшение или увеличение) угла опережения впрыска топлива на один град. п.к.в. приводит к относительному изменению удельного валового выброса Е на 30 - 35%, при этом потери в среднеиндикаторном давлении Р_i не превышают 0,5%. Показатель Е в усл.гр/кг топл. определяется из формулы:
Е=ΣA_ie_i,
где А_i - относительная агрессивность вещества,
е_i - удельный выброс химических компонентов (гр/кг топл.) в выхлопных газах двигателя.

Предлагаемый способ регулирования угла опережения впрыска топлива может быть реализован для любых режимов работы двигателя, отличных от номинальных.

Способ применим и для карбюраторных двигателей, тем более, что в их отработавших газах наибольшее объемное содержание вредных веществ приходится на СО (около 6%).

Источники информации
1. Двигатели внутреннего сгорания /Хачиян А.С. и др. - М.: Высш. шк., 1985. - 311 с. (прототип).

2. Аствацатуров А.Е., Булыгин Ю.И. и др. //Компьютерная модель термогазодинамики и химических превращений в поршневом двигателе //Изв. вузов. Сев. -Кав. регион. Техн. науки, 2001. - N 1.

3. Кутенев В. Ф. , Звонов Г.А., Корнилов Г.С. //Стандарты и качество, 1998. - N 5. - С. 96-101.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам регулирования угла опережения впрыска топлива ДВС. Данное изобретение позволяет снизить токсичность выбросов ДВС во всем диапазоне нагрузок. В способе за угол опережения впрыска принимают такое его значение, при котором достигается максимальное среднеиндикаторное давление при заданном расходе топлива. Значение величины угла опережения впрыска по среднеиндикаторному давлению корректируется в допустимом диапазоне регулирования так, что совокупный показатель вредности выхлопных газов получается минимальным. Аналоговые сигналы от датчика давления и от сенсоров газоанализатора поступают на входы соответственно блока вычисления совокупного показателя вредности выхлопных газов и блока вычисления среднего индикаторного давления, далее на блок сравнения, где формируется сигнал управления, который поступает на блок регулирования угла опережения впрыска топлива, далее к регулирующему органу топливного насоса высокого давления, осуществляющего подачу топлива в камеру сгорания через форсунку. В совокупном показателе вредности выхлопных газов используют частицы сажи, оксиды азота, углерода и углеводороды. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ регулирования угла опережения впрыска топлива ДВС, при котором за угол опережения впрыска принимают такое его значение, при котором достигается максимальное среднеиндикаторное давление при заданном расходе топлива, отличающийся тем, что значение величины угла опережения впрыска по среднеиндикаторному давлению корректируется в допустимом диапазоне регулирования так, что совокупный показатель вредности выхлопных газов получается минимальным, для этого аналоговые сигналы от датчика давления и от сенсоров газоанализатора поступают на входы соответственно блока вычисления совокупного показателя вредности выхлопных газов и блока вычисления среднего индикаторного давления, далее на блок сравнения, где формируется сигнал управления, который поступает на блок регулирования угла опережения впрыска топлива, далее к регулирующему органу топливного насоса высокого давления, осуществляющего подачу топлива в камеру сгорания через форсунку. 2. Способ регулирования угла опережения впрыска топлива ДВС по п. 1, отличающийся тем, что в совокупном показателе вредности выхлопных газов используют частицы сажи, оксиды азота, углерода и углеводороды.