СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫБЕГОМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02D13/04 F02D41/06 F01L9/04 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу управления выбегом двигателя внутреннего сгорания (ДВС), при осуществлении которого поршень по меньшей мере в одном из цилиндров двигателя целенаправленно приводят в требуемое положение, соответствующее повороту коленчатого вала на угол, величина которого явно лежит за пройденной этим поршнем верхней мертвой точкой.

В ДВС с так называемым непосредственным внутренним пуском, стартером в котором служит сам ДВС, предпосылкой его пуска является нахождение поршня по меньшей мере в одном из цилиндров в положении, которое явно лежит за пройденной им верхней мертвой точкой. При последующем впрыскивании в цилиндр топлива и его воспламенении создаваемого при сгорании этого топлива момента оказывается вполне достаточно для пуска двигателя. Для пуска подобного ДВС с непосредственным пуском в заявке DE 19741294 А1 было предложено приводить коленчатый вал в заданное пусковое положение с помощью электрической машины с тем, чтобы воспламенение впрыскиваемого в "пусковой" цилиндр топлива происходило по достижении коленчатым валом пускового положения. Кроме того, в указанной заявке DE 19741294 А1 описано также, что целенаправленно установить поршень по меньшей мере в одном из цилиндров в необходимое для непосредственного пуска ДВС положение можно в процессе выбега коленчатого вала. Однако в указанной публикации ничего не говорится о средствах и способе, которые позволяли бы целенаправленно устанавливать поршень в это заданное положение остановки при выбеге двигателя.

Задача изобретения и ее решение

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ управления выбегом ДВС указанного в начале описания типа, который при минимально возможных затратах позволял бы при выбеге ДВС целенаправленно приводить поршень по меньшей мере в одном из цилиндров в требуемое положение, обеспечивающее непосредственный пуск двигателя.

Указанная задача решается с помощью отличительных признаков п.1 формулы изобретения благодаря тому, что клапаны одного или нескольких цилиндров ДВС после выключения зажигания закрывают на один или несколько временных интервалов, при этом моментами начала и окончания каждого временного интервала нахождения клапанов в закрытом состоянии управляют таким образом, чтобы коленчатый вал останавливался в требуемом положении остановки поршня при выбеге. Согласно изобретению при оснащении ДВС механизмом переменного клапанного газораспределения этот механизм можно использовать и для целенаправленного управления выбегом двигателя без необходимости использования в этом случае дополнительных средств.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы.

Так, в частности, в соответствии с одним из этих вариантов на первой стадии способа после выключения зажигания и совершения коленчатым валом заданного количества оборотов измеряют скорость его вращения при прохождении поршнем верхней мертвой точки. Затем на второй стадии по достижении поршнем последующей нижней мертвой точки клапаны указанного по меньшей мере одного цилиндра закрывают на первый временной интервал нахождения этих клапанов в закрытом состоянии. После этого на третьей стадии при прохождении коленчатым валом заданного углового положения за пройденной поршнем нижней мертвой точкой вновь измеряют скорость его вращения. Далее на четвертой стадии на основании обоих измеренных значений скорости вращения коленчатого вала определяют момент окончания первого временного интервала нахождения клапанов в закрытом состоянии. И, наконец, на завершающей стадии в том случае, если скорость вращения коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке и соответствующая некоторому максимальному значению кинетической энергии, клапаны по меньшей мере одного следующего цилиндра закрывают на второй временной интервал, при этом момент закрытия и момент открытия этих клапанов определяют на основании обоих измеренных значений скорости вращения коленчатого вала.

Согласно другому предпочтительному варианту в зависимости от разности обоих измеренных значений скорости вращения и от скорости вращения коленчатого вала, измеренной после прохождения поршнем нижней мертвой точки, момент окончания первого временного интервала нахождения клапанов в закрытом состоянии определяют по первой многопараметровой характеристике, момент начала второго временного интервала нахождения клапанов в закрытом состоянии определяют по второй многопараметровой характеристике, а момент окончания второго временного интервала нахождения клапанов в закрытом состоянии определяют по третьей многопараметровой характеристике.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом в том случае, если скорость вращения коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке, соответствует минимальному значению кинетической энергии, то первый временной интервал нахождения клапанов в закрытом состоянии заканчивают по достижении коленчатым валом углового положения, которое на 180° предшествует заданному положению остановки поршня при выбеге, а в том случае, если скорость вращения коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке, соответствует максимальному значению кинетической энергии, то первый временной интервал нахождения клапанов в закрытом состоянии заканчивают по достижении коленчатым валом углового положения, которое на 90° предшествует заданному положению остановки поршня при выбеге.

В том случае, если скорость вращения коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке, соответствует максимальному значению кинетической энергии, то предпочтительно, чтобы второй временной интервал нахождения клапанов в закрытом состоянии начинался по достижении коленчатым валом углового положения, которое на 90° предшествует заданному положению остановки поршня при выбеге, и заканчивался по достижении коленчатым валом углового положения, которое лежит вблизи положения остановки поршня при выбеге.

Целесообразно далее корректировать определяемые по многопараметровым характеристикам моменты начала и окончания временных интервалов нахождения клапанов в закрытом состоянии введением поправок, значения которых определяют на основании характеристик, зависящих от температуры двигателя.

Чертежи

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1а и 1б - диаграммы, на которых показаны положения клапанов четырех цилиндров при выбеге ДВС,

на фиг.2 - функциональная схема, иллюстрирующая процесс управления выбегом ДВС.

Описание варианта выполнения

Лежащий в основе изобретения принцип управления выбегом двигателя рассмотрен ниже на примере четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Для приведения поршней, например, в 1-м и 4-м цилиндрах после выключения зажигания в требуемое положение, которое соответствует, например, повороту коленчатого вала на угол 90° после прохождения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ), клапаны механизма газораспределения (впускные и выпускные клапаны) закрывают и вновь открывают в определенном режиме, проиллюстрированном на фиг.1а и 1б. Показанная на фиг.2 диаграмма позволяет пояснить процесс управления отдельными клапанами механизма газораспределения, обеспечивающий при выбеге ДВС остановку поршней, например, в 1-м и 4-м цилиндрах, в требуемом положении. На фиг.1а и 1б, где показана зависимость временных интервалов V1 и V2 нахождения в закрытом состоянии клапанов цилиндров 1, 4 и цилиндров 2, 3 в зависимости от угла поворота коленчатого вала УПКВ, требуемое положение остановки поршня при выбеге, которое обозначено сокращенно как ПОВ, соответствует повороту коленчатого вала на угол 90° после прохождения поршнем верхней мертвой точки ВМТ.

Процесс управления выбегом ДВС начинается с измерения скорости вращения коленчатого вала при прохождении поршнем верхней мертвой точки ВМТ после выключения зажигания и после совершения коленчатым валом заданного количества оборотов. Измеренное значение скорости вращения коленчатого вала условно обозначено на фиг.1а, 1б и 2 как M1. Угол поворота коленчатого вала УПКВ и скорость вращения M1 коленчатого вала определяют известным способом (см., например, DE 3932072 А1) с помощью установленного на этом коленчатом валу специального диска с кодовыми метками. При установке поршней после прохождения ими верхней мертвой точки ВМТ, в которой измеряют первое значение скорости вращения M1, в нижнюю мертвую точку НМТ закрывают клапаны механизма газораспределения, управляющие соединением 1-го и 4-го цилиндров с впускным и выпускным трубопроводами. В рассматриваемом варианте указанная нижняя мертвая точка НМТ отстоит от положения остановки поршня при выбеге ПОВ на угол поворота коленчатого вала, равный -270°. Этот первый, начинающийся в нижней мертвой точке НМТ временной интервал V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии заканчивается при повороте коленчатого вала на угол в пределах от -180° до -90°, предшествующий положению остановки поршня при выбеге ПОВ. Каким образом определяется точный момент окончания V1E первого временного интервала V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии, поясняется ниже с помощью функциональной схемы, показанной на фиг.2. Для определения момента окончания V1E первого временного интервала V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии измеряют скорость вращения коленчатого вала при прохождении им точки, соответствующей его повороту на угол -180°, предшествующий положению остановки поршня при выбеге ПОВ. Это второе измеренное значение условно обозначено как М2.

В точке V логического объединения определяется разность между обоими измеренными значениями M1 и М2 скорости вращения коленчатого вала. На основании этой разности указанных измеренных значений, а также на основании второго измеренного значения М2 по первой многопараметровой характеристике KF1 в зависимости от обеих указанных входных величин определяется момент окончания V1E первого временного интервала V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии. Иными словами, выходной сигнал V1E, полученный в соответствии с первой многопараметровой характеристикой KF1, соответствует тому угловому положению коленчатого вала, по достижении которого должен закончиться первый временной интервал V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии.

В показанной на чертеже функциональной схеме принимается решение о пороговом значении для первого измеренного значения M1 скорости вращения коленчатого вала, полученного при прохождении верхней мертвой точки ВМТ, что условно обозначено в виде блока принятия решения о пороговом значении ПРПЗ. При указанном принятии решения о пороговом значении ПРПЗ определяют, соответствует ли первое измеренное значение M1 минимальной кинетической энергии Е_min или максимальной кинетической энергии Е_max вращения коленчатого вала. Оба этих пороговых значения Е_min и Е_max кинетической энергии зависят после выключения зажигания от свойств конкретного двигателя и его вспомогательных механизмов.

Как показано на фиг.1б, непосредственно за первым временным интервалом V1 нахождения в закрытом состоянии клапанов 1-го и 4-го цилиндров следует второй временной интервал V2 нахождения в закрытом состоянии клапанов 2-го и 3-го цилиндров. Этот второй временной интервал V2 начинается самое раннее по достижении коленчатым валом углового положения -90°, предшествующего положению остановки поршня при выбеге ПОВ, и заканчивается самое позднее непосредственно вблизи от положения остановки при выбеге ПОВ. Точные данные о моментах начала и окончания второго временного интервала V2 нахождения клапанов в закрытом состоянии считываются по второй многопараметровой характеристике KF2 и третьей многопараметровой характеристике KF3. При этом входными величинами, используемыми для определения соответствующих выходных данных по обеим этим многопараметровым характеристикам KF2 и KF3, также служат разность между обоими измеренными значениями M1 и М2 и само измеренное значение М2. В зависимости от указанных входных величин по второй многопараметровой характеристике KF2 определяется момент начала V2B, а по третьей многопараметровой характеристике KF3 определяется момент окончания V2E второго временного интервала V2 нахождения клапанов в закрытом состоянии. Под моментами начала V2B и окончания V2E второго временного интервала нахождения клапанов в закрытом состоянии во всех случаях понимаются угловые положения коленчатого вала относительно положения остановки поршня при выбеге ПОВ. Входными величинами для второй и третьей многопараметровых характеристик KF2 и KF3 служат также выходные сигналы, полученные в результате принятия решения о пороговом значении ПРПЗ. Так, в частности, если первое измеренное значение M1 скорости вращения коленчатого вала в момент прохождения поршнем верхней мертвой точки после выключения зажигания соответствует минимальной кинетической энергии Е_min, то на основании обеих многопараметровых характеристик KF2 и KF3 второй временной интервал нахождения клапанов в закрытом состоянии подавляется, в результате чего клапаны 2-го и 3-го цилиндров остаются открытыми. В другом экстремальном случае, когда первое измеренное значение M1 соответствует верхнему предельному значению Е_max кинетической энергии, на основании второй многопараметровой характеристики KF2 в качестве момента начала V2B второго временного интервала V2 нахождения клапанов в закрытом состоянии выдается значение, соответствующее достижению коленчатым валом угла -90°, предшествующего положению остановки поршня при выбеге ПОВ, как это показано на фиг.1б. В этом случае на основании третьей многопараметровой характеристики KF3 в качестве момента окончания V2E второго временного интервала V2 нахождения клапанов в закрытом состоянии выдается, как показано на фиг.1б, значение, соответствующее угловому положению коленчатого вала непосредственно вблизи от положения остановки поршня при выбеге ПОВ.

Следует отметить, что существует целый ряд факторов или помех, таких, например, как изменяющийся в зависимости от температуры и степени загрязнения коэффициент трения, а также обусловленные старением воздействия, препятствующих точной остановке поршня в требуемом положении при выбеге ПОВ. Для учета подобных факторов выходные величины, получаемые на основании многопараметровых характеристик KF1, KF2 и KF3, целесообразно корректировать, вводя соответствующие поправки K1, K2 и К3. С этой целью предусмотрены, как показано на фиг.2, точки VP1, VP2 и VP3 логического объединения, в которых выходные сигналы, полученные на основании многопараметровых характеристик KF1, KF2 и KF3, логически объединяются путем умножения или сложения с поправками K1, K2, К3, считываемыми по характеристикам KL1, KL2 и KL3. На основании характеристик KL1, KL2 и KL3 определяются зависящие от температуры двигателя Т_двиг. поправки K1 (для момента окончания V1E первого временного интервала V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии), K2 (для момента начала V2B второго временного интервала V2 нахождения клапанов в закрытом состоянии) и К3 (для момента окончания V2E второго временного интервала V2 нахождения клапанов в закрытом состоянии). Наряду с температурой двигателя T_двиг. в характеристиках KL1, KL2 и KL3 при формировании поправок K1, K2 и К3 можно было бы учитывать и зависящий от пробега износ двигателя.

Выше способ управления выбегом ДВС рассмотрен на примере четырехцилиндрового двигателя. Однако предлагаемый способ применим и для ДВС с иным количеством цилиндров, при этом необходима иная группировка цилиндров для одного, двух или нескольких временных интервалов нахождения их клапанов в закрытом состоянии. Хотя в рассмотренном выше варианте предполагалось, что момент начала первого временного интервала V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии имеет фиксированное значение, а именно соответствует угловому положению коленчатого вала УПКВ -270°, предшествующему положению остановки поршня при выбеге ПОВ, в принципе этот момент начала первого временного интервала V1 нахождения клапанов в закрытом состоянии можно определять и по отдельной многопараметровой характеристике в зависимости от соответствующих измеренных значений M1 и М2.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу управления выбегом двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет разработать способ управления выбегом ДВС, который при минимально возможных затратах позволял бы при выбеге ДВС целенаправленно приводить поршень по меньшей мере в одном из цилиндров в требуемое положение, обеспечивающее непосредственный пуск двигателя. Способ управления выбегом двигателя внутреннего сгорания (ДВС) заключается в том, что поршень по меньшей мере в одном из цилиндров двигателя целенаправленно приводят в требуемое положение, соответствующее повороту коленчатого вала на угол, величина которого явно лежит за пройденной этим поршнем верхней мертвой точкой. Клапаны одного или нескольких цилиндров ДВС после выключения зажигания закрывают на один или несколько временных интервалов (V1, V2). Моментами начала (V2B) и окончания (V1E, V2E) каждого временного интервала (V1, V2) нахождения клапанов в закрытом состоянии управляют таким образом, чтобы коленчатый вал останавливался в требуемом положении остановки поршня при выбеге (ПОВ). 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления выбегом двигателя внутреннего сгорания (ДВС), при осуществлении которого поршень по меньшей мере в одном из цилиндров двигателя целенаправленно приводят в требуемое положение, соответствующее повороту коленчатого вала на угол, величина которого явно лежит за пройденной этим поршнем верхней мертвой точкой, отличающийся тем, что клапаны одного или нескольких цилиндров ДВС после выключения зажигания закрывают на один или несколько временных интервалов (VI, V2), при этом моментами начала (V2B) и окончания (VIE, V2E) каждого временного интервала (VI, V2) нахождения клапанов в закрытом состоянии управляют таким образом, чтобы коленчатый вал останавливался в требуемом положении остановки поршня при выбеге (ПОВ).2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выключения зажигания и совершения коленчатым валом заданного количества оборотов измеряют скорость его вращения (M1) при прохождении поршнем верхней мертвой точки (ВМТ), по достижении поршнем последующей нижней мертвой точки (НМТ) клапаны указанного по меньшей мере одного цилиндра закрывают на первый временной интервал (VI) нахождения этих клапанов в закрытом состоянии, при прохождении коленчатым валом заданного углового положения за пройденной поршнем нижней мертвой точкой (НМТ) вновь измеряют скорость его вращения (М2), на основании обоих измеренных значений скорости вращения (M1, M2) коленчатого вала определяют момент окончания (VIE) первого временного интервала (VI) нахождения клапанов в закрытом состоянии и в том случае, если скорость вращения (M1) коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), превышает некоторое минимальное значение (Е_min) кинетической энергии, клапаны по меньшей мере одного следующего цилиндра закрывают на второй временной интервал (V2), при этом момент закрытия (V2E) и момент открытия (V2B) этих клапанов определяют на основании обоих измеренных значений скорости вращения (M1, M2) коленчатого вала.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в зависимости от разности обоих измеренных значений скорости вращения (M1, M2) и от скорости вращения (M2) коленчатого вала, измеренной после прохождения поршнем нижней мертвой точки (НМТ), момент окончания (VIE) первого временного интервала (VI) нахождения клапанов в закрытом состоянии определяют по первой многопараметровой характеристике (KF1), момент начала (V2B) второго временного интервала (V2) нахождения клапанов в закрытом состоянии определяют по второй многопараметровой характеристике (KF2), а момент окончания (V2E) второго временного интервала (V2) нахождения клапанов в закрытом состоянии определяют по третьей многопараметровой характеристике (KF3).4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что в том случае, если скорость вращения (M1) коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), соответствует минимальному значению (E_min) кинетической энергии, то первый временной интервал (VI) нахождения клапанов в закрытом состоянии заканчивают по достижении коленчатым валом углового положения, которое на 180° предшествует заданному положению остановки поршня при выбеге (ПОВ), а в том случае, если скорость вращения (M1) коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), соответствует максимальному значению (Е_mах) кинетической энергии, то первый временной интервал (VI) нахождения клапанов в закрытом состоянии заканчивают по достижении коленчатым валом углового положения, которое на 90° предшествует заданному положению остановки поршня при выбеге (ПОВ).5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что в том случае, если скорость вращения (M1) коленчатого вала, измеренная при нахождении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), соответствует максимальному значению (E_max) кинетической энергии, то второй временной интервал (V2) нахождения клапанов в закрытом состоянии начинают по достижении коленчатым валом углового положения, которое на 90° предшествует заданному положению остановки поршня при выбеге (ПОВ), и заканчивают по достижении коленчатым валом углового положения, которое лежит вблизи положения остановки поршня при выбеге (ПОВ).6. Способ по п.3, отличающийся тем, что определяемые по многопараметровым характеристикам (KF1, KF2, KF3) моменты начала и окончания (VIE, V2B, V2E) временных интервалов (VI, V2) нахождения клапанов в закрытом состоянии корректируют, вводя поправки (K1, K2, К3), значения которых определяют на основании характеристик (KL1, KL2, KL3), зависящих от температуры двигателя (Т_двиг.).