СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВПРЫСКА ДВС Российский патент 2014 года по МПК F02D41/30 F02D43/00 F02D41/38 F02B75/12 F02M45/12 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к процессу сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (далее - ДВС).

Известен способ регулирования параметров впрыска ДВС с послойным смесеобразованием системы GDI, применяемый на автомобилях фирмы Mitsubishi (см. статью «GDI - Непосредственны впрыск бензина» на сайте: amastercar.ru/artirlles/ingection_fuel_1.shtml (раздел - устройство автомобиля - впрыск GDI)), заключающийся в управлении параметрами впрыска с обеспечением различных режимов работы ДВС. При этом режим с послойным смесеобразованием и сгоранием бедной топливной смеси заключается в организации отраженного от поршня впрыска с помощью сферической выборки в поршне в конце такта сжатия и направленного в сторону свечи небольшого облака слабо обогащенной топливной смеси, последующего его сгорания в объеме сжатого воздуха со средним соотношением топлива к воздуху 1:40, что обеспечивает наивысшие экономичность и чистоту выхлопных газов.

Недостатками способа являются низкая мощность двигателя и кратковременность его работы на высокообедненном режиме в узком диапазоне скоростей автомобиля (100-120 км в час), без повышенных нагрузок. В итоге суммарный результат повышения экономичности и экологичности незначителен.

Известен также способ регулирования параметров впрыска ДВС с послойным смесеобразованием, который допускает его работу в различных режимах смесеобразования (как послойном, так и в нескольких гомогенных) и переключение между ними (см. заявку РФ №2003105808/06, МПК F02D 41/30, опубл. 10.09.2004).

Недостатком такого способа является то, что при его реализации преобладают гомогенные режимы сгорания обедненной топливной смеси с повышенными уровнями токсичности и экономичности из-за малых пределов воспламенения обедненной рабочей смеси, что и обуславливает более низкие экологичность выхлопа и экономичность двигателя по сравнению с режимом послойного сгорания. Такой способ имеет лучшие показатели по экологичности и экономичности двигателя по сравнению со способом системы GDI, но в недостаточной степени улучшают их. Данный способ является наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению и выбран в качестве прототипа.

Цель (техническая задача) заявленного решения - расширение диапазона степеней обеднения топливной смеси, что повышает экономичность и чистоту выхлопных ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования параметров впрыска ДВС регулируют глубину впрыскивания топлива посредством изменения давления впрыска. При этом глубину впрыскивания могут регулировать в пределах всей глубины камеры сгорания, а давление впрыска могут изменять либо плавно, либо ступенчато, в частности посредством задатчика режимов. Причем задатчик режимов обеспечивает по меньшей мере два фиксированных режима послойного смесеобразования с возможностью их выбора и переключения между ними. При этом в пределах используемых режимов параметр длительности впрыска могут задавать в пропорциональной или в одном из видов нелинейной зависимости от давления впрыска: дифференциальной, интегральной, логарифмической или какой-либо другой.

Регулирование глубины впрыскивания топлива посредством изменения давления впрыска обеспечивает изменение глубины впрыскивания топлива и, как следствие, изменение соотношения обогащенного слоя и слоя бедной смеси и воздуха в камере сгорания, что позволяет регулировать степень обеднения смеси и подбирать наиболее оптимальный режим работы ДВС.

Регулирование глубины впрыскивания в пределах всей высоты камеры сгорания (от точки начала впрыскивания до нижней границы камеры сгорания) обеспечивает наибольший охват вариантов режимов смесеобразования и сгорания.

Плавное изменение давления впрыска обеспечивает наиболее оптимальный подбор значений параметров режима работы двигателя в зависимости от условий его эксплуатации.

Ступенчатое изменение давления впрыска обеспечит упрощенное регулирование степени послойности и одновременно степени обеднения процесса смесеобразования и, соответственно, упрощенное программное обеспечение управления.

Ступенчатое изменение давления впрыска посредством задатчика режимов упрощает выбор значений параметров и возможность переключения между ними.

Наличие по меньшей мере двух фиксированных режимов послойного смесеобразования (помимо гомогенного режима) позволяет использовать данный способ с упрощенным программным управлением для различных условий работы двигателя и применять его на двигателях большинства транспортных средств и стационарных установок.

Задание параметра длительности впрыска в одном из видов зависимости от давления впрыска - пропорциональной или в одном из видов нелинейной зависимости (дифференциальной, интегральной, логарифмической или какой-либо другой), позволяет подобрать наиболее подходящий алгоритм регулирования смесеобразования для конкретных вариантов конструкции ДВС и определенных эксплуатационных условий их работы.

Предлагаемый способ регулирования параметров впрыска ДВС иллюстрируется следующим примером для двухтактного бензинового двигателя.

Для осуществления способа в таком ДВС, он оборудуется задатчиком режимов 1, связанным с процессором-контроллером 2, датчиком расхода воздуха 3 и топливным насосом с управляемым регулятором давления 4, а камера сгорания 5 каждого его цилиндра 6 с поршнем 7 содержит форсунку 8 и свечу зажигания 9. Кроме этого, ДВС может быть дополнительно снабжен корректирующими датчиками и датчиками обратной связи 10 по таким параметрам, как обороты двигателя, крутящий момент, содержание O₂ в выхлопных газах и другим. При этом возможны режимы различных вариантов послойного сгорания («а») или гомогенного сгорания («б»). Режим выбирается задатчиком режимов 1, определяющим тот или иной вариант алгоритма работы процессора-контроллера 2, который с учетом текущих данных от датчика расхода воздуха 3 во впускном коллекторе, а также различных корректирующих датчиков 10 (в частности, температурные), вырабатывает управляющие сигналы работы по давлению Р_i для регулятора топлива 4 и по длительности открытого состояния t_i - для форсунки 8.

Тем самым можно регулировать высоту Н_i впрыска струи распыленного топлива 11, получая два слоя с различными физическими параметрами, разделенных между собой границей 12. Выше этой границы 12 образуется слой обогащенной топливной смеси (за счет испарения распыленного топлива) в зоне свечи зажигания 9, обеспечивающей воспламенение в момент времени Т. Ниже границы 12 образуется слой бедной смеси и воздуха.

При достижении максимального давления Р_mах и максимальной высоты впрыска Н_mах (т.е. практически равной высоте камеры сгорания 5) обеспечивается режим гомогенного сгорания («б»), переключением задатчика 1 в соответствующее положение. Гомогенный режим требует повышенного расхода топлива, но необходим, например, для обеспечения максимальной динамики разгона.

При этом обеспечивают соотношение впрыскиваемого топлива к поступившему в цилиндры воздуху от минимального 1:80 на высокообедненных режимах до максимального 1:12 на мощностных режимах.

Таким образом, возможность осуществления заявленного способа регулирования параметров впрыска ДВС обеспечивается с помощью известных технических устройств, а само техническое решение позволяет повысить экономичность и чистоту выхлопа ДВС.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в процессах сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат - расширение диапазона степеней обеднения смеси, что повышает экономичность и чистоту выхлопных ДВС. В способе обеспечивается как послойное, так и гомогенное смесеобразование путем изменения по меньшей мере одного параметра впрыска. Способ заключается в регулировании глубины впрыскивания топлива посредством изменения давления впрыска. Глубину впрыскивания регулируют в пределах всей глубины камеры сгорания, а давление впрыска изменяют либо плавно, либо ступенчато, в частности посредством задатчика режимов. Задатчик режимов обеспечивает по меньшей мере два фиксированных режима послойного смесеобразования с возможностью их выбора и переключения между ними. При этом в пределах используемых режимов параметр длительности впрыска могут задавать в пропорцианальной или в одном из видов нелинейной зависимости от давления впрыска: дифференциальной, интегральной, логарифмической или любой другой нелинейной зависимости. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регулирования параметров впрыска ДВС с обеспечением как послойного, так и гомогенного смесеобразования, заключающийся в изменении по меньшей мере одного параметра впрыска, отличающийся тем, что регулируют глубину впрыскивания топлива посредством изменения давления впрыска.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубину впрыскивания регулируют в пределах всей высоты камеры сгорания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление впрыска изменяют плавно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление впрыска изменяют ступенчато.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ступенчатое изменение давления впрыска обеспечивают задатчиком режимов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что обеспечивают по меньшей мере два фиксированных режима послойного смесеобразования.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметр длительности впрыска задают в пропорцианальной зависимости от давления впрыска.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметр длительности впрыска задают в нелинейной зависимости от давления впрыска.