СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ КОМПЕНСАЦИИ НА ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ Российский патент 2018 года по МПК F02D41/30 F02D41/04 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Подобные ДВС общеизвестны и приводятся в действие путем подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания на такте впуска. Для образования топливовоздушной смеси топливо в заданном количестве впрыскивается, распыляясь, топливными форсунками во впускной трубопровод, сообщающийся через впускное отверстие с камерой сгорания. Во впускном трубопроводе расположена дроссельная заслонка, которой при этом определяется то количество свежего воздуха, в котором он всасывается в направлении камеры сгорания. При открытии дроссельной заслонки происходит возрастание давления во впускном трубопроводе, вследствие чего снижается склонность впрыскиваемого топлива к испарению. Топливо, которое, например, при его впрыскивании топливной форсункой попадает на стенку впускного трубопровода, оседает также на ней вследствие своей сниженной склонности к испарению при открытии дроссельной заслонки. При закрытии же дроссельной заслонки давление во впускном трубопроводе снижается, склонность топлива к испарению возрастает, и топливо, осевшее на стенке впускного трубопровода, испаряется в ограниченное им пространство, в результате чего топливовоздушная смесь обогащается. В обоих случаях поступающее в камеру сгорания количество топлива, соответственно фактическое количество топлива отлично от предусмотренного, соответственно заданного его количества.

Поэтому общеизвестно согласование или регулирование предусмотренного количества топлива, впрыскиваемого во впускной трубопровод, в том отношении, чтобы при изменении нагрузки компенсировать недостаточные, соответственно избыточные (дополнительные) количества топлива, обусловленные, например, оседанием топлива на стенке впускного трубопровода (т.е. компенсировать переобеднение, соответственно переобогащение рабочей смеси на переходных режимах). Подобный подход называется компенсацией на переходных режимах и описан, например, в DE 102007005381 А1. В рамках экономически и экологически целесообразной компенсации на переходных режимах необходимо, с одной стороны, знать величину требуемого для компенсации изменения количества топлива для конкретного рабочего режима (конкретной рабочей ситуации), а с другой стороны, использовать эти сведения для корректирования предусмотренного количества топлива в зависимости от рабочих параметров, таких, например, как давление во впускном трубопроводе. При этом чем точнее известна величина необходимого для компенсации на переходных режимах изменения количества топлива, тем точнее возможно согласование компенсации на переходных режимах. В отсутствие компенсации на переходных режимах или при неверной компенсации на переходных режимах существует опасность (пере-)обеднения, соответственно (пере-)обогащения топливовоздушной смеси в камере сгорания. В результате при таких условиях могут появиться "провалы" мощности двигателя вплоть до пропусков воспламенения. С другой стороны, определение необходимого для компенсации на переходных режимах количества топлива (компенсирующего количества топлива) с максимально возможной точностью обеспечивает равномерную работу ДВС с низким выбросом вредных веществ.

Для определения компенсирующего количества топлива можно использовать свойства пленки топлива на стенке впускного трубопровода. Количество осевшего топлива, а тем самым и свойства его образовавшейся на стенке пленки, прежде всего ее толщина, зависят от многочисленных параметров, таких, например, как температура во впускном трубопроводе, давление в нем и частота вращения вала двигателя. Поэтому целесообразно знать свойства образующейся на стенке пленки топлива в зависимости от этих параметров, прежде всего для разных рабочих режимов, и на основании сведений о такой зависимости обладать возможностью согласования компенсации на переходных режимах при различных условиях. При этом принято регулировать количество впрыскиваемого топлива блоком управления, соответственно устройством управления в зависимости от рабочего режима и при этом учитывать необходимую в каждом конкретном случае компенсацию на переходных режимах, прежде всего при скачкообразных изменениях нагрузки.

Даже зная индивидуальную для каждого ДВС зависимость величины необходимого для компенсации на переходных режимах изменения количества впрыскиваемого топлива от различных параметров, прежде всего от давления во впускном трубопроводе, и согласовав компенсацию на переходных режимах для каждого рабочего режима, нельзя исключить того, что величина необходимого для компенсации на переходных режимах изменения количества топлива изменится с течением времени. Фактически следует исходить скорее из того, что с течением времени будут изменяться свойства образующейся на стенке пленки топлива, а тем самым и величина необходимого для компенсации на переходных режимах изменения количества топлива, например из-за наличия загрязнений во впускном трубопроводе или из-за иных аналогичных факторов. Компенсация подобных вариаций требует обязательных повторных согласований компенсации на переходных режимах с целью обеспечить работу ДВС с минимально возможным выбросом вредных веществ. Повторное согласование компенсации на переходных режимах известными из уровня техники методами является затратоемким и длительным процессом и сопряжено со значительными расходами.

Раскрытие изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении способа согласования компенсации на переходных режимах для ДВС согласно главному пункту формулы изобретения перед уровнем техники состоит в возможности малозатратным и не связанным со значительными дополнительными расходами путем делать вывод об отклонениях от предусмотренного для подачи в камеру сгорания количества топлива. Согласно изобретению на первой стадии предлагаемого в нем способа предотвращают впрыскивание топлива в один из ведущих в камеру сгорания впускных каналов впускного трубопровода (т.е. в первый впускной канал). Одновременно с этим на первой стадии в камеру сгорания по другому (т.е. по второму), соответственно по нескольким другим впускным каналам подают топливо в эквивалентном количестве, которое соответствует тому количеству топлива, в котором оно впрыскивается при работе в нормальном режиме в оба, соответственно во все впускные каналы впускного трубопровода (впускного коллектора).

На первой стадии то топливо, которое осело на стенке первого впускного канала, испаряется и обогащает топливовоздушную смесь, поступающую в камеру сгорания.

Происходящее на первой стадии обогащение топливовоздушной смеси можно выявить по изменению лямбда-показателя. Лямбда-показатель, которым количественно оценивается остаточное содержание кислорода в отработавших газах (ОГ), выходящих из камеры сгорания, определяется при этом лямбда-зондом (кислородным датчиком), который расположен преимущественно на выходе камеры сгорания, соответственно на выходе множества имеющихся в ДВС камер сгорания или в выпускном тракте. На первой стадии прежде всего можно наблюдать временное обогащение топливовоздушной смеси, т.е. уменьшение лямбда-показателя с последующим его увеличением.

На второй стадии предлагаемого в изобретении способа впрыскивают топливо первой топливной форсункой в первый впускной канал в первом тестовом количестве и второй топливной форсункой во второй впускной канал во втором тестовом количестве. Сумма первого и второго количеств топлива соответствует при этом заданному количеству топлива при работе в нормальном режиме, соответственно эквивалентному количеству топлива. В результате этого в первом впускном канале на его стенке оседает топливо, и происходит обеднение поступающей в камеру сгорания топливовоздушной смеси. На второй стадии характер изменения лямбда-показателя соответствует временному обеднению топливовоздушной смеси, т.е. лямбда-показатель сначала увеличивается, а затем вновь уменьшается.

Величина и продолжительность временного обогащения, соответственно обеднения топливовоздушной смеси являются мерой количественной разницы между фактическим и заданным количествами топлива в камере сгорания. Поэтому согласно изобретению наблюдаемые для каждого рабочего режима изменения лямбда-показателя используют для согласования компенсации на переходных режимах. При этом согласно изобретению предпочтительно применение обычно уже предусмотренного в выпускном тракте ДВС лямбда-зонда, поскольку он позволяет отказаться от использования других и поэтому обуславливающих дополнительные затраты измерительно-преобразовательных средств, например тех, которые определяют свойства пленки топлива на стенке впускного канала. Помимо этого преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в том, что учитываются не только те отклонения от заданного количества топлива, которые появляются в результате оседания топлива на стенке впускного канала, но и те, которые являются следствием других возможных причин.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения во впускной канал топливо впрыскивают при нормальных условиях работы в одинаковых первом и втором количествах и/или впрыскивают на второй стадии в одинаковых первом и втором тестовых количествах. Достигаемое при этом преимущество состоит в возможности использования конструктивно одинаковых топливных форсунок, благодаря чему исключаются дополнительные затраты, которые потребовались бы на изготовление топливных форсунок другой конструкции.

Повторно осуществляя предлагаемый в изобретении способ для других рабочих режимов, получают общее представление об отклонениях фактического количества топлива от заданного в зависимости от всех возможных рабочих режимов, что позволяет согласовывать компенсацию на переходных режимах для каждого рабочего режима. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения в данном случае предусмотрено создание многопараметровой характеристики (т.е. характеристики, устанавливающей зависимость выходного параметра от двух или более входных параметров), которая конкретному рабочему режиму ставит в соответствие согласованную компенсацию на переходных режимах. В данном случае прежде всего предусмотрено корректирование количества впрыскиваемого топлива для каждого рабочего режима посредством управляющей программы, такой, например, как DOE-программа. Особое преимущество этого варианта заключается в возможности обеспечить работу ДВС в различных режимах с особо низким выбросом вредных веществ и при этом с высокой равномерностью.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения изменение лямбда-показателя определяют в начале выполнения первой стадии и/или в начале выполнения второй стадии. При регистрации изменения лямбда-показателя только в начале выполнения первой стадии или только в начале выполнения второй стадии удается эффективно снизить затраты на обработку результатов измерений, выполняемых лямбда-зондом. Отслеживание же изменения лямбда-показателя в начале выполнения первой стадии и в начале выполнения второй стадии позволяет повысить точность измерений.

В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается выполнять первую и вторую стадии, т.е. определять величину отклонения от предусмотренного для подачи в камеру сгорания заданного количества топлива и использовать эту величину для согласования компенсации на переходных режимах, при работе ДВС в эксплуатационном режиме. Под эксплуатационным режимом работы при этом подразумевается режим, который служит не исключительно тестовым целям. Особое преимущество при этом состоит в возможности отказаться от связанного с высокими затратами времени предварительного тестирования всех возможных рабочих режимов и последующего создания многопараметровой характеристики. Вместо этого предусмотрено постепенное формирование многопараметровой характеристики фактических и заданных количеств топлива, т.е. свойств пленки на стенке впускного канала, для чего ранее созданную и уже существующую многопараметровую характеристику дополняют согласованной компенсацией на переходных режимах, соответственно корректируют на согласованную компенсацию на переходных режимах, как только ДВС начинает работать в ранее не учтенном режиме.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по истечении заданного времени компенсацию на переходных режимах вновь согласуют для разных рабочих режимов. В том случае, если для некоторого рабочего режима изменилась зависимость свойств пленки топлива на стенке впускного канала, соответственно изменилась величина отклонения от предусмотренного для подачи в камеру сгорания в ДВС количества топлива, вновь согласованные компенсации на переходных режимах заменяют собой те, которые использовались до этого момента.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ДВС самостоятельно переходит при первой возможности в фазу тестирования (т.е. выполняются первая и вторая стадии предлагаемого в изобретении способа), как только будет выявлено изменение, прежде всего ухудшение, его показателей выброса вредных веществ после процесса сгорания. Так, например, подобное ухудшение могло бы проявляться в отклонении лямбда-показателя от заданного значения или же в ухудшении показателей токсичности отработавших газов при работе в нормальном режиме. В фазе тестирования определяют одним из представленных выше способов свойства пленки топлива на стенке впускного канала в разных возможных рабочих режимах и затем вновь согласуют компенсацию на переходных режимах.

Настоящее изобретение более подробно рассмотрено в последующем описании на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан фрагмент ДВС.

На фиг. 2а схематично показан фрагмент ДВС при выполнении им первой стадии способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом на фиг. 2б и фиг. 2в показаны графики изменения количества осевшего топлива во времени, а на фиг. 2г показан график изменения лямбда-показателя во времени.

На фиг. 3а схематично показан фрагмент ДВС при выполнении им второй стадии способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом на фиг. 3б и фиг. 3в показаны графики изменения количества осевшего топлива во времени, а на фиг. 3г показан график изменения лямбда-показателя во времени.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 показан фрагмент ДВС 1, имеющего камеру 2 сгорания, топливную форсунку 12 с распылительным отверстием 14, впускной клапан 10', воспламеняющее средство 13, впускное отверстие 10 и впускной трубопровод с первым впускным каналом 11, в который впрыскивается топливо 3 в направлении камеры сгорания, при этом предусмотрен также второй впускной канал (на фиг. 1 не показан). При впрыскивании топлива оно распыляется в виде конусообразных струй, что на фиг. 1 обозначено штриховыми линиями. Из приведенного на чертеже изображения следует, что у реального ДВС 1 топливо 3 при его впрыскивании попадает также на стенку впускного канала 11.

На фиг. 2а схематично показан фрагмент ДВС 1 при выполнении им первой стадии способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения. ДВС имеет камеру 2 сгорания, впускной трубопровод с первым и вторым впускными каналами 11, 21 и по меньшей мере по одной из расчета на каждый впускной канал топливной форсунке, т.е. по меньшей мере две топливные форсунки 12, 22. Камера 2 сгорания выполнена таким образом, что в ней может перемещаться поршень (не показан на чертеже), и имеет в своей стенке два впускных отверстия 10, 20, через которые впускается топливовоздушная смесь, и два выпускных отверстия 30, 31, через которые исходно образовавшиеся ("сырые") ОГ выпускаются по завершении процесса сгорания топливовоздушной смеси из камеры 2 сгорания в выпускные каналы 32, 33 выпускного трубопровода. На выходе камеры 2 сгорания обычно находится лямбда-зонд, способный определять остаточное содержание кислорода в ОГ. При работе в нормальном режиме обеими топливными форсунками 12, 22 топливо впрыскивается в заданном количестве во впускные каналы 11, 12 в направлении соответствующих впускных отверстий 10, 20, в результате чего в соответствующем впускном канале совместно со всасываемым в него воздухом образуется топливовоздушная смесь. Количество всасываемого воздуха регулируется дроссельной заслонкой. В том случае, когда ДВС 1 должен, например, развивать повышенный крутящий момент, дроссельная заслонка открывается. В этом случае давление во впускном трубопроводе, соответственно в его впускном канале 11, 21 повышается, склонность топлива к испарению снижается, и часть топлива оседает на стенке впускного канала. Топливо, которое при его впрыскивании попало на стенку впускного канала, отсутствует в осевшем на стенке количестве в топливовоздушной смеси при ее поступлении в камеру 2 сгорания. При закрытии дроссельной заслонки давление во впускном трубопроводе, соответственно в его впускном канале падает, склонность топлива к испарению повышается, топливо, осевшее на стенке впускного канала, испаряется в его объем и в конечном итоге дополнительно поступает в камеру 2 сгорания. Поэтому при закрытии, равно как и при открытии дроссельной заслонки следует учитывать то, что топливо попадает в камеру сгорания не в предусмотренном количестве. Иными словами, поступающее в камеру сгорания количество топлива отлично от его заданного количества. С целью учесть при предварительном определении количества впрыскиваемого топлива изменения его количества, обусловленные, например, оседанием топлива на стенке впускного канала 11, 12, необходимо знать, насколько фактическое количество топлива отличается от его заданного количества.

На фиг. 2а представлена первая стадия предлагаемого в изобретении способа, на которой первую топливную форсунку 12 оставляют закрытой на протяжении по меньшей мере одного полного рабочего цикла, в результате чего топливо не впрыскивается в первый впускной канал 11, а пленка топлива на его стенке исчезает. Одновременно с этим второй топливной форсункой 22 топливо впрыскивается во второй впускной канал 21 в эквивалентном количестве 4, которое точно соответствует тому количеству топлива, в котором оно в общей сложности впрыскивалось бы совместно обеими топливными форсунками при работе в нормальном режиме (на чертеже такое условно двукратное количество топлива обозначено через 2х). Из приведенного на фиг. 2б графика следует, что на первой стадии количество 310 топлива, осевшего на стенке первого впускного канала, уменьшается с течением времени 300. В отличие от этого количество 320 топлива, осевшего на стенке второго впускного канала, остается постоянным с течением времени 300, как это показано на фиг. 2в.

С помощью лямбда-зонда устанавливают, что в процессе исчезновения пленки топлива на стенке впускного канала измеренное значение лямбда-показателя 330 сначала уменьшается с течением времени 300, а затем вновь возвращается к значению, измеренному лямбда-зондом перед закрытием первой топливной форсунки. Такое кратковременное уменьшение и последующее увеличение лямбда-показателя, т.е. такое его изменение, обозначается как временное обогащение топливовоздушной смеси и в графическом виде представлено на фиг. 2г.

На фиг. 3а схематично проиллюстрирована вторая стадия способа в соответствии с одним из рассматриваемых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения. На этой второй стадии первую топливную форсунку 12 вновь открывают и в первый впускной канал 11 впрыскивают топливо в первом тестовом количестве 6. Это первое тестовое количество 6 топлива в сумме со вторым тестовым количеством 6' топлива, в котором оно впрыскивается второй топливной форсункой 22 во второй впускной канал 21, равняется тому количеству топлива, которое соответствует заданному количеству топлива при работе в нормальном режиме, соответственно эквивалентному количеству топлива. При выполнении второй стадии на стенке первого впускного канала 11 вновь оседает топливо, т.е. количество 310 топлива, осевшего на стенке первого впускного канала, увеличивается с течением времени 300. Сказанное в графическом виде представлено на фиг. 3б. Из приведенного на фиг. 3в графика следует, что количество 320 топлива, осевшего на стенке второго впускного канала, остается постоянным. На второй стадии устанавливают также, что лямбда-показатель 330 с течением времени 300 сначала увеличивается, а затем возвращается к значению, измеренному лямбда-зондом перед открытием первой топливной форсунки. Такое кратковременное увеличение и последующее уменьшение лямбда-показателя обозначается как временное обеднение топливовоздушной смеси и в графическом виде представлено на фиг. 3г.

Повторение первой и второй стадий предлагаемого в изобретении способа в различных рабочих режимах позволяет определять разность между фактическим и заданным количествами подаваемого в камеру сгорания топлива для конкретного рабочего режима. Сведения о величине отклонения от предусмотренного для подачи в камеру 2 сгорания количества топлива позволяют затем корректировать для каждого рабочего режима ДВС 1 заданное количество топлива, т.е. согласовывать компенсацию на переходных режимах для конкретного рабочего режима.

Изобретение относится к способу и устройству управления для двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении точности вывода об отклонениях от предусмотренного для подачи в камеру сгорания количества топлива на переходных режимах. Предложен способ согласования компенсации на переходных режимах на основании изменения лямбда-показателя для обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания с камерой сгорания, которая имеет первое впускное отверстие, сообщающееся с первым впускным каналом впускного трубопровода, в каковом впускном канале расположена первая топливная форсунка, и второе впускное отверстие, сообщающееся со вторым впускным каналом впускного трубопровода, в каковом впускном канале расположена вторая топливная форсунка, при этом при работе в нормальном режиме впрыскивают топливо в заданном количестве, которое складывается из первого количества топлива, в котором оно впрыскивается через первый впускной клапан, и из второго количества топлива, в котором оно впрыскивается через второй впускной клапан. На первой стадии первую топливную форсунку оставляют закрытой, а на второй стадии первую топливную форсунку вновь открывают и в камеру сгорания впрыскивают топливо через первое впускное отверстие в первом тестовом количестве и через второе впускное отверстие во втором тестовом количестве, при этом первое тестовое количество топлива и второе тестовое количество топлива в сумме составляют заданное количество топлива. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ обеспечения работы двигателя (1) внутреннего сгорания (ДВС) с камерой (2) сгорания, которая имеет первое впускное отверстие (10), сообщающееся с первым впускным каналом (11) впускного трубопровода, в каковом впускном канале расположена первая топливная форсунка (12), и второе впускное отверстие (20), сообщающееся со вторым впускным каналом (21) впускного трубопровода, в каковом впускном канале расположена вторая топливная форсунка (22), при этом при работе в нормальном режиме впрыскивают топливо в заданном количестве, которое складывается из первого количества топлива, в котором оно впрыскивается первой топливной форсункой (12), и из второго количества топлива, в котором оно впрыскивается второй топливной форсункой (22), причем на первой стадии первую топливную форсунку (12) оставляют закрытой, а на второй стадии первую топливную форсунку (12) вновь открывают и впрыскивают топливо первой топливной форсункой (12) в первом тестовом количестве (6) и второй топливной форсункой (22) во втором тестовом количестве (6'), при этом первое тестовое количество (6) топлива и второе тестовое количество (6') топлива в сумме составляют заданное количество топлива, отличающийся тем, что для различных рабочих режимов выполняют согласование компенсации на переходных режимах на основании изменения лямбда-показателя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что согласование компенсации на переходных режимах на основании изменения лямбда-показателя для различных рабочих режимов выполняют таким образом, что на первой стадии наблюдают временное обогащение топливовоздушной смеси по соответствующему уменьшению лямбда-показателя с последующим его увеличением и/или на второй стадии наблюдают временное обеднение топливовоздушной смеси по соответствующему увеличению лямбда-показателя с последующим его уменьшением и величину и продолжительность временного обогащения и/или временного обеднения топливовоздушной смеси используют в качестве меры количественной разницы между фактическим и заданным количествами топлива для согласования компенсации на переходных режимах.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при работе в нормальном режиме первое количество топлива, в котором оно впрыскивается первой топливной форсункой (12), и второе количество топлива, в котором оно впрыскивается второй топливной форсункой (22), одинаковы и/или на второй стадии первое тестовое количество топлива, в котором оно впрыскивается первой топливной форсункой (12), и второе тестовое количество топлива, в котором оно впрыскивается второй топливной форсункой (22), одинаковы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение лямбда-показателя отслеживают в начале и/или в процессе выполнения первой стадии и/или второй стадии.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что согласованные переходные компенсации на переходных режимах для конкретных рабочих режимов сохраняют и при работе ДВС (1) в нормальном режиме учитывают для конкретного рабочего режима при впрыскивании топлива.

6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что компенсацию на переходных режимах повторно согласуют для по меньшей мере одного рабочего режима, как только выявляют выходящее за заданное значение изменение характеристик выбросов ДВС (1).

7. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что по истечении заданного периода работы ДВС (1) в эксплуатационном режиме повторно согласуют компенсацию на переходных режимах.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контроль количества впрыскиваемого топлива осуществляется под управлением компьютера.