СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС Российский патент 2004 года по МПК G01M15/00 F02M65/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для управления двигателем внутреннего сгорания (далее ДВС) с распределенным впрыском топлива.

Известны двигатели с распределенным циклическим групповым впрыском топлива во впускной тракт. Система управления впрыском топлива включает в себя датчик положения коленчатого вала, контроллер, выполненный на базе микроЭВМ, и топливные форсунки. Впрыск топлива осуществляется одновременно всеми топливными форсунками [1] или попарно-параллельно [2]. Впрыск топлива осуществляется путем включения в заданной фазе поворота (угловом положении) коленчатого вала топливных форсунок на определенное время, зависящее от режима работы ДВС и определяемое путем обработки сигнала датчика положения коленчатого вала.

Поскольку полный рабочий цикл ДВС осуществляется за два оборота коленчатого вала (720 угловых градусов или 4π радиан), угловое положение коленчатого вала не дает точной информации о фазе рабочего процесса. Угловое положение коленчатого вала позволяет точно определить фазу движения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке и от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, однако, неизвестно, какой рабочий такт совершается при этом, рабочий ход или впуск, либо соответственно сжатие или выпуск.

Известна [3] система управления ДВС с распределенным последовательным впрыском топлива, снабженная дополнительно датчиком положения распределительного вала (датчиком фаз). Сигнал датчика фаз, формирующийся в конкретном случае в конце такта сжатия первого цилиндра, в совокупности с данными о положении коленчатого вала ДВС позволяет определить фазу рабочего цикла ДВС.

Способ определения фазы рабочего цикла ДВС в такой системе заключается в следующем. Используя сигнал датчика фаз и сигнал датчика положения коленчатого вала, контроллером рассчитывают моменты включения форсунок таким образом, что впрыск для каждого цилиндра осуществляют в определенной фазе рабочего цикла (например, на закрытый впускной клапан перед началом такта впуска) для повышения эффективных показателей конкретного ДВС. Длительность включения форсунок, определяющая величину топливоподачи, рассчитывают, исходя из режима работы двигателя, в том числе угловой скорости вращения коленчатого вала ДВС, которую определяют путем измерения времени поворота вала на заданный угол, например, равный n-й части полного рабочего цикла:

Ф=4π/n,

где n - число цилиндров ДВС.

Недостатками описанной выше системы являются повышенные сложность и стоимость, что обусловлено наличием в системе датчика фаз и дополнительной проводки для подключения датчика к контроллеру.

Недостатком способа определения фазы рабочего цикла ДВС является сложность аппаратной реализации, обусловленная необходимостью применения датчика фаз.

Известен (см. патент RU 2170915, G 01 M 15/00, F 02 M 65/00, опубл. 20.07.2001 г.) “Способ определения фазы рабочего цикла ДВС”, при котором производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива в один из цилиндров ДВС, в последующих тактах рабочего процесса ДВС измеряют и сравнивают друг с другом значения времени поворота коленчатого вала на заданный угол, и определяют фазу рабочего процесса по изменению времени поворота на заданный угол по сравнению со временем, соответствующим предшествующему измерению. Недостатком этого способа является его ограниченное применение.

За прототип заявляемого способа взят способ определения фазы рабочего цикла ДВС с распределенным впрыском топлива, используемый в системе управления, снабженной датчиком фаз [3].

Задачей заявляемого изобретения является определение фазы рабочего цикла ДВС при отсутствии (пропадании) сигнала датчика фаз.

Указанная задача решается в способе определения фазы рабочего цикла 11-цилиндрового четырехтактного ДВС с распределенным групповым впрыском топлива во впускной тракт, при котором производят последовательное измерение значений угловой скорости коленчатого вала.

Задача решается тем, что в способе определения фазы рабочего цикла четырехтактного ДВС с распределенным групповым впрыском топлива, включающем последовательное измерение значений угловой скорости коленчатого вала, для каждого режима работы ДВС задают величину пороговой разности ΔΩ_пор между последующими измеренными значениями угловой скорости, производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива для одного из цилиндров, определяют разность ΔΩ между последующими измеренными значениями угловой скорости Ω, сравнивают разность ΔΩ с заданной для текущего режима работы ДВС величиной пороговой разности ΔΩ_пор и определяют такт рабочего хода данного цилиндра по условию: ΔΩ>ΔΩ_пор.

В качестве заданной величины пороговой разности ΔΩ_пор может быть использовано максимальное значение величины разности между последующими измеренными значениями угловой скорости, определенными непосредственно перед тестовым впрыском.

Угловую скорость вала ДВС измеряют по времени поворота вала на угол Ф≤4π/n (определяется экспериментально), причем угловой сектор выбирают так, чтобы он целиком принадлежал одному такту работы ДВС.

Задаваемую величину пороговой разности между последующими значениями угловой скорости определяют либо непосредственно перед тестовым впрыском, либо заранее, на этапе испытаний (калибровки) ДВС.

В первом случае, например, проводят последовательное измерение скорости коленчатого вала ДВС, определяют значения разности между последующими значениями угловой скорости и методом сортировки выделяют максимальную величину разности, которую непосредственно или после модификации (аддитивной или мультипликативной) задают в качестве порогового значения.

Во втором случае значение пороговой разности для каждого режима ДВС определяют на этапе испытаний ДВС и записывают в устройство памяти контроллера, а перед тестовым впрыском измеряют угловую скорость и извлекают из устройства памяти контроллера соответствующее ей заданное значение пороговой разности.

Определение фазы рабочего цикла для одного из цилиндров четырехтактного ДВС позволяет однозначно определять фазы рабочего цикла для всех остальных цилиндров, что обусловлено конструкцией ДВС. Работа четырехтактного ДВС представляет собой жесткую периодическую последовательность тактов рабочего процесса (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), поэтому однократное определение текущей фазы работы ДВС и измерение положения коленчатого вала позволяет знать текущую фазу работы каждого цилиндра во всех последующих циклах работы до остановки ДВС.

Заявляемый способ позволяет осуществлять последовательный впрыск топлива в ДВС с сохранением эффективных показателей его работы при отказе датчика фаз (если система снабжена таким датчиком), что повышает надежность системы. Способ позволяет осуществлять последовательный впрыск топлива в ДВС при отсутствии датчика фаз в системе управления, что упрощает ее и, следовательно, повышает надежность за счет упрощения, а также снижает себестоимость системы.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 изображена структурная схема системы управления ДВС для реализации заявляемого способа.

Фиг.2 показывает характер изменения угловой скорости ω=dϕ/dt коленчатого вала ДВС, где ϕ - угол поворота вала, t - текущее время.

В примере показана система управления четырехцилиндровым ДВС (n=4), но способ осуществим для ДВС с любым числом цилиндров.

Символы, приведенные на фиг.2, обозначают:

- ω_а - амплитудное значение пульсаций угловой скорости, вызванных пульсациями давления в цилиндрах ДВС;

- +Δω - изменение амплитудного значения угловой скорости, вызванного тестовым впрыском с увеличенным количеством топлива;

- -Δω - изменение амплитудного значения угловой скорости, вызванного тестовым впрыском с уменьшенным количеством топлива.

Заявляемый способ может быть реализован в системе управления ДВС (см. фиг.1), включающей в себя контроллер 1, выполненный на базе микроЭВМ и снабженный устройством памяти, датчик 2 углового положения коленчатого вала, подключенный ко входу контроллера 1, и топливные форсунки 3, подключенные к выходам контроллера 1.

Система также может содержать другие датчики режима работы ДВС, такие как датчик 4 расхода воздуха, датчик 5 положения дроссельной заслонки, датчик 6 температуры охлаждающей жидкости и т.п., подключенные к соответствующим входам контроллера 1.

Датчик 2 может быть выполнен, например, в виде магнитоиндукционного чувствительного элемента, размещенного над зубчатым диском, жестко закрепленным на коленчатом валу двигателя и имеющим 60-2 зуба, положение пропущенных зубьев относительно ВМТ определено.

Для реализации способа выполняют следующую последовательность действий.

Задают путем записи в устройство памяти контроллера 1 величину максимального значения пороговой разности между последующими значениями угловой скорости.

Задаваемое значение пороговой разности могут вычислять непосредственно перед тестовым впрыском путем сортировки значений разности следующих друг за другом измеренных значений угловой скорости и определения среди них максимальной величины разности, либо извлекать из устройства памяти контроллера 1 величины пороговой разности между последующими значениями угловой скорости, определенные заранее для соответствующих параметров режима работы ДВС.

В режиме прокрутки ДВС при помощи стартера (этот режим работы ДВС называется пусковым) датчиком 2 углового положения коленчатого вала генерируют электрические импульсы, которые позволяют точно определять угловое положение вала относительно верхней мертвой точки (ВМТ).

Контроллером 1 системы управления по сигналу датчика 2 определяют текущее положение коленчатого вала ДВС относительно ВМТ.

Используя сигналы датчиков 2 (4, 5, 6), контроллером 1 измеряют угловую скорость и другие параметры, например положение дроссельной заслонки, температуру охлаждающей жидкости и т.п., и производят попарно-параллельное управление впрыском топлива посредством открытия форсунок 3 соответствующих пар (1-4 и 3-2) цилиндров в определенном угловом положении коленчатого вала.

При достижении угловой скорости коленчатого вала ДВС заданной величины определяют конец пускового режима.

Выполняют тестовый впрыск пониженного или повышенного количества топлива для одного из цилиндров, например первого, на величину, определяемую заранее при испытаниях ДВС.

После выполнения тестового впрыска производят последовательность измерений угловой скорости в угловом секторе Ф=720:4=180 градусов поворота коленчатого вала ДВС, вычитают последующие измеренные значения из предшествующих и сравнивают полученные значения разности с заданной пороговой разностью.

При превышении полученного значения разности над величиной пороговой разности контроллером 1 определяют, что текущий угловой сектор Ф принадлежит такту рабочего хода первого цилиндра.

После этого контроллер переводят в режим последовательного впрыска топлива, при котором форсунки включают последовательно в соответствии с порядком работы цилиндров ДВС. Впрыск топлива для каждого цилиндра производят в определенной фазе рабочего процесса, например для ДВС ВАЗ-2112 впрыск топлива осуществляют на закрытый впускной клапан перед началом такта впуска.

Предложенная последовательность действий позволяет определить фазу рабочего процесса ДВС без обработки сигнала датчика фаз. Благодаря этому, упрощается структура и стоимость системы управления ДВС и повышается ее надежность.

Источники информации

1. Автомобили ВАЗ-21083, ВАЗ-21093, ВАЗ-21099, ВАЗ-21102, ВАЗ-2111. Система управления двигателем ВАЗ-2111 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. М.: Ливр, 1998 г., стр. 11.

2. Система управления двигателями ВАЗ-2111 и ВАЗ-2112 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. М.: Третий Рим, 1999 г., стр. 15, 16.

3. Система управления двигателями ВАЗ-2111 и ВАЗ-2112 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. М.: Третий Рим, 1999 г., стр. 158, 159.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС) с распределенным впрыском топлива. Изобретение позволяет определять фазы рабочего цикла ДВС при отсутствии (пропадании) сигнала датчика фаз. В способе определения фазы рабочего цикла четырехтактного ДВС с распределенным групповым впрыском топлива, включающем последовательное измерение значений угловой скорости коленчатого вала, для каждого режима работы ДВС задают величину пороговой разности Δ Ω _пор между последующими измеренными значениями угловой скорости. Производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива для одного из цилиндров. Определяют разность Δ Ω между последующими измеренными значениями угловой скорости Ω . Сравнивают разность Δ Ω с заданной для текущего режима работы ДВС величиной пороговой разности Δ Ω _пор и определяют такт рабочего хода данного цилиндра по условию: Δ Ω >Δ Ω _пор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения фазы рабочего цикла четырехтактного ДВС с распределенным групповым впрыском топлива, включающий последовательное измерение значений угловой скорости коленчатого вала, отличающийся тем, что для каждого режима работы ДВС задают величину пороговой разности Δ Ω _пор между последующими измеренными значениями угловой скорости, производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива для одного из цилиндров, определяют разность Δ Ω между последующими измеренными значениями угловой скорости Ω , сравнивают разность Δ Ω с заданной для текущего режима работы ДВС величиной пороговой разности Δ Ω _пор и определяют такт рабочего хода данного цилиндра по условию: Δ Ω >Δ Ω _пор.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заданной величины пороговой разности Δ Ω _пор используют максимальное значение величины разности между последующими измеренными значениями угловой скорости, определенными непосредственно перед тестовым впрыском.