Способ управления двигателем внутреннего сгорания с электроуправляемыми форсунками Советский патент 1986 года по МПК G05D13/00 

Изобретение относится к управлению двигателем внутреннего сгорания, оснащенным аккумуляторной системой топливоподачи и электроуправляемья-ш форсунками и элек.тронным управляющим усгройством.

Цель изобретения - повышение качества управления путем снижения рас™, хода топлива и улучшения параметров переходных процессов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы управления, действующей по предлагаемому способу; на фиг. 2 --график зависимо ти задания опережения впрыскивания Т, относительно мгновенного значения сигнала Т и , на фиг. 3 - график зависимости задания давления впрыскивания топлива Рдц (давления топлива в аккумуляторе) от значения Т t,,. /t,„ (t,,: и t

т - Ч

-у;

текущее и

4 10

15

, яе

у; и ц,„ - соответственно номинальное значения; управляющий электрический сигнал, определяющий продолжительность впрыс кивания топлива); на фиг. 4 - график зависимости давления наддува Р от Ту; на фиг„ 5 - график зависимости задания количества i, работающизс цилиндров; на фиг. 6 - график зависи- мости задания закона впрыскивания (Р f(qn) ; на фиг. 7 - график зависимости задания угла перекрытия 9 пер клапанов; на фиг. 8 - график зависимости степени сжатия в .

Автоматический регулятор частоты вращения двигателя 1 через систему 2 топливоподачи, выходным устройством которой является электроуправляемая форсунка 3, воздействует на двигатель 4,

Продолжительность впрыскивания t определяется электрическим сигналом на выходе регулятора частоты вращения, этот же сигнал определяет задание регулятору 5 опережения впрыскивания, формирующему задержку импульса впрыскивания и воздействующего на систему 2 топливоподачи, автоматическому регулятору 6 давления топлива в аккумуляторе, определяющему давление впрыскивания и воздействующему на систему 2 топливоподачи, автоматическому регулятору 7 закона подачи, определяющему закон подачи и воздей20

25

40

45

двигатель t, автоматическому регулятору 9 давления наддува, определяющему давление наддува и воздействующего на двигг тель 4, Автоматическому регулятору 10 фаз газораспределения, определяющему фазы газораспределения и воздействующего на двигатель 4, ав томатическому регулятору 11 геометри ческой степени сжатия, изменяющему степень сжатия и воздействующего на двигатель 4.

Зависимость каждого из заданий от электрического сигнала на выходе регулятора частоты вращения двигателя устанавливается экспериментально исходя из условий оптимизации качества управления.

Величина корректирующего сигнала по действительной частоте вращения двигателя для каждого регулятора выбирается также по результатам экспериментов. Величины корректирующих сигналов по производным выбираются экспериментально.

При изменении частотного или нагрузочного режима происходит изменение электрического сигнала на выходе регулятора частоты вращения двигател и изменяется продолжительность впрыс кивания, одновременно при изменении электрического сигнала на выходе регулятора частоты вращения происходит .изменение задания регулятором опережения впрыскивания, давления топлива в аккумуляторе, закона подачи, числа 5 работакицих цилиндров и пропусков подач в них, давления наддува, фаз газораспределения, геометрической степени сжатия, а также производится коррекция задания по действительной частоте вращения двигателя, что позволяет поддерживать оптимальное соче тание параметров впрыскивания и воздушного заряда на всех режимах работы двигателя. Введение сигналов по производным улучшает качество переходных процессов.

30

При рассмотрении предлагаемого ,способа управления двигателем с элек роуправляемыми форсунками в составе аккумуляторной системы топливоподачи и с электронным управлякяцим устройст вом необходимо учитывать то, что определякяцим (базовым) каналом регуствующему на систему 2 топливоподачи, 55 лирования в электронном управляющем

автоматическому регулятору 8 числа и пропусков подач в них, воздействующему на систему 2 топливоподачи и на

5

0

5

0

5

двигатель t, автоматическому регулятору 9 давления наддува, определяющему давление наддува и воздействующего на двигг тель 4, Автоматическому регулятору 10 фаз газораспределения, определяющему фазы газораспределения и воздействующего на двигатель 4, автоматическому регулятору 11 геометрической степени сжатия, изменяющему степень сжатия и воздействующего на двигатель 4.

Зависимость каждого из заданий от электрического сигнала на выходе регулятора частоты вращения двигателя устанавливается экспериментально исходя из условий оптимизации качества управления.

Величина корректирующего сигнала по действительной частоте вращения двигателя для каждого регулятора выбирается также по результатам экспериментов. Величины корректирующих сигналов по производным выбираются экспериментально.

При изменении частотного или нагрузочного режима происходит изменение электрического сигнала на выходе регулятора частоты вращения двигателя и изменяется продолжительность впрыскивания, одновременно при изменении электрического сигнала на выходе регулятора частоты вращения происходит .изменение задания регулятором опережения впрыскивания, давления топлива в аккумуляторе, закона подачи, числа 5 работакицих цилиндров и пропусков подач в них, давления наддува, фаз газораспределения, геометрической степени сжатия, а также производится коррекция задания по действительной частоте вращения двигателя, что позволяет поддерживать оптимальное сочетание параметров впрыскивания и воздушного заряда на всех режимах работы двигателя. Введение сигналов по производным улучшает качество переходных процессов.

0

При рассмотрении предлагаемого ,способа управления двигателем с элект- роуправляемыми форсунками в составе аккумуляторной системы топливоподачи и с электронным управлякяцим устройством необходимо учитывать то, что определякяцим (базовым) каналом регуустройстве выбран канал по регулированию частоты вращения двигателя, который определяет величину цикловой

подачи топлива на всех известных режимах работы двигателя; основным режимом работы двигателя для построения алгоритма функционирования электронного управляющего устройства выбран нагрузочный (постоянная частота вращения) , на котором в наибольщей степени и практически пропорционально мощности двигателя меняется величина

наименьшем часовом расходе топлива, наилучших показателях дымности и токсичности, а также при устойчивой цикловой подаче топлива электроуправляе- мыми форсунками двигателя. Так, для

дизеля 12 ЧН 18/20, ;„ 0,7 мс

0,28; ,0.

А, В - коз|ффициентыЛ зависящие

от параметра, который подвергается

цикловой подачи топлива; особенностью 10 регулированию, и диапазона его регуфункционирования известных электронных автоматических регуляторов частоты вращения является то, что на выходе их формируется управляющий электрический сигнал ty, определяющий практически однозначно продолжительность впрыскивания топлива.

-0,155

Электрический сигнал tn по каналу Тд 0,44 +(0,5б4-0,2)Ть

4-0,06- J

35

регулирования частоты вращения изменяется в различной степени не только 20 от изменения нагрузки дви1ателя, но и от изменения частоты вращения на установившихся частотно-нагрузочньпс режимах и в переходных процессах (сброс - наброс нагрузки), т,е. tu является 25 функцией состояния (режима работы) двигателя-,

Таким образом, вместо известного способа одновременного раздельного (независимого) управления (регулиро- зо вания) параметрами: частота вращения, опережение и давление впрыскивания топлива, закон подачи топлива, давление наддувочного воздуха, степень сжатия, число работающих цилиндров двигателя и порядок пропусков подачи топлива в них предлагается путем автоматического выбора совокупности наилучших значений рабочих параметров двигателя устанавливать задания электронным автоматическим регуляторам указанных параметров соответственно мгновенному значению управляющего электрического сигнала tn.

Причем на установившихся нагрузочных режимах область значений каждого из заданий определяется зависимостью

T,«,,j,

где Ту - относительное мгновенное

значение сигнала tg, определяемое

:как отношение текущего значения

f

40

45

50

К номинальному значению tun (на номинальном нагрузочном режиме) конкретного двигателя. Наименьшее допусти- 55 мое значение Ту„;„ должно обеспечивать работу двигателя на холостом ходу при номинальной частоте вращения.

при этом наименьшее значение у режения при Ти р,; 0,28 равно п.к,в,, что в относительных ве

нах задания соответствует 0,6 0,28,

Зависимость задания давлени кивания топлива Рд (давление в аккумуляторе) (фиг, 3) описы уравнением

Q( +0i 5 - 0,3,„,, Ч0,69,„,. )Т,

Jap. . ,1 при этом наименьшее значение д в аккумуляторе равно 30,0 МПа

Umin относительны чинах соответствует 0,5.

Зависимость задания давлени дува (Р){) (фиг. 4) описывается уравнением

Т,р 0.75(8 ч-(0,25,0,,8

при этом наименьшее значение д наддува равно 1,03 кгс/см при

ГУ п

0,28, что в относительных вел соответствует 0,82,

Зависимость задания количес работающих цилиндров (аналогич пропускам подач топлива) 1ц (ф описывается уравнением

Т5ц(2,1или 1,5) Ту-(0,26и

при этом количество работающих линдров, например, для двигате 12 ЧН 18/20 принято 4 при-Ти„;у 0,28, 6, 8, 10 и 12 при , что соответствует в относитель личинах 0,33, 0,5, 0,67, 0,82 Зависимость задания закона кивания топлива, показанная на где позицией 12 обозначен одно позицией 13 - ступенчатый и по

ияа

12576024

наименьшем часовом расходе топлива, наилучших показателях дымности и токсичности, а также при устойчивой цикловой подаче топлива электроуправляе- мыми форсунками двигателя. Так, для

дизеля 12 ЧН 18/20, ;„ 0,7 мс

0,28; ,0.

А, В - коз|ффициентыЛ зависящие

от параметра, который подвергается

лирования, определяемого конструкцией двигателя и исполнительного устройства данного регулятора.

Зависимость задания опережения впрыскивания топлива (фиг, 2) описывается уравнением

-0,155

Тд 0,44 +(0,5б4-0,2)Ть

при этом наименьшее значение угла опережения при Ти р,; 0,28 равно 20 п.к,в,, что в относительных величи5

0 5

о

0

5

0

5

и Т

5)nin

нах задания соответствует 0,6 0,28,

Зависимость задания давления впрыскивания топлива Рд (давление топлива в аккумуляторе) (фиг, 3) описывается уравнением

Q( +0i 5 - 0,3,„,, Ч0,69,„,. )Т,

Jap. . ,1 при этом наименьшее значение давления в аккумуляторе равно 30,0 МПа при

Umin относительных величинах соответствует 0,5.

Зависимость задания давления наддува (Р){) (фиг. 4) описывается уравнением

Т,р 0.75(8 ч-(0,25,0,,8

при этом наименьшее значение давления наддува равно 1,03 кгс/см при Т.. -

ГУ п

0,28, что в относительных величинах соответствует 0,82,

Зависимость задания количества работающих цилиндров (аналогично пропускам подач топлива) 1ц (фиг,5) описывается уравнением

Т5ц(2,1или 1,5) Ту-(0,26илиО,1),

при этом количество работающих цилиндров, например, для двигателя 12 ЧН 18/20 принято 4 при-Ти„;у, 0,28, 6, 8, 10 и 12 при ,6, что соответствует в относительных величинах 0,33, 0,5, 0,67, 0,82 и 1,0. Зависимость задания закона впрыскивания топлива, показанная на фиг.6, где позицией 12 обозначен однофазный, позицией 13 - ступенчатый и позицией 14 - двухфазный, описывается уравнением

Т,5 ,,,p ,

где, для 0,28 i T,,6 , ,7; для 0,6 iT,,8 ,0, ,25;

для 0,8 ,Q ,0, ,0, при этом однофазный закон впрыскивания топлива орга низуется условно от О при 0,28, что в относительных величинах больше 0.

Зависимость задания угла перекрытия впускных и выпускных клапанов б

(фиг. 7). описывается уравнением

пер

(1,) Т, -(0, ),

при этим наименьшее значение угла перекрытия клапанов равно 10°п.к.в. при Ту ; 0,28, что соответствует в относительных величинах 0,1.

Зависимость задания степени сжати (фиг. 8) описывается уравнением

Tj,1.2-°- -(О. )Т,,

при этом наименьшее значение рав- но 8 при ,0, что соответствует в относительных величинах 0,5.

При работе двигателя на частотах вращения отличных от номинальной частоты должна выполняться коррекция каждого из полученных заданий перечисленным регуляторам по действительному значению частоты вращения, т.е. с выбранным коэффициентом пропорциональности относительно софдц,/С0щ,„ .

При работе двигателя на переход- ных процессах, например при мгновенном сбросе - набросе нагрузки, должна выполняться также и коррекция каждого из полученных заданий перечисленным регуляторам практически про- порционально производной от резко изменяющегося управляющего сигнала t

-а

Формула изобретения

Способ управления двигателем внутреннего сгорания с электроуправляемы- ми форсунками в составе топливной аппаратуры и с электронным управляю- щим устройством включающий одновременное раздельное регулирование час- пготы вращения двигателя, в процессе выполнения которого вырабатывается управляющий (выходной) электрический

s

5

5

0

5

сигнал, определяющий продолжительность впрыскивания топлива, опережения и давления впрыскивания, закона подачи топлива, давления наддувочного воздуха, числа работающих цилиндров двигателя и порядка пропусков подачи топлива в них, угла перекрытия клапанов и степени сжатия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества управления двигателем путем автоматического выбора совокупности оптимальных значений рабочих параметров двигателя, устанавливают задания автоматическим регуляторам опережения и давления, впрыскивания, закона подачи топлива, давления наддувочного воздуха, числа работающих цилиндров двигателя и порядка пропусков подачи топлива в них, степени сжатия соответственно мгновенному значению управляющего (выходного) сигнала автоматического регулятора частоты вращения, причем на установившихся нагрузочных режимах область значений каждого из заданий определяется зависимостью

Тзт А„+В,Т,,,

где коэффициенты А и В составляют при регулировании каждого из параметров соответственно для опережения впрыскивания 0,39...0,5 и О,76...0,36; для , давления впрыскивания 0,2 .. .0,4 и .1,04.. .0,35; для давления наддува О,75...0,67 и 0,25...0,53; для количества работающих цилиндров -0,26 или -0,1 и 2,1, или 1,5 для 0, 0,6; для закона впрыскивания топлива О или 1, или 2,0 и 1,7, или 1,25 или 1,0 соответственно для 0,28 Тц tO,6; или 0,6 fn-iO,8 или Р,8 Tij c1,0; для угла перекрытия клапанов от -0,25 до -0,44 и 1,25...1,94; для степени сжатия 1,2...1,1 и от -0,69 до-0,22, на частичных режимах выполняют дополнительную коррекцию каждого из заданий перечисленным автоматическим регуляторам по действительному значению частоты вращения двигателя, а при переходных процессах выполняют также и коррекцию каждого из заданий пере.- численным автоматическим регуляторам по производным от изменяющегося управляющего (выходного) сигнала автоматического регулятора частоты вращения.

BMt/

Изобретение относится к области управления двигателем внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение качества управления. Частота вращения, опережение и давление впрыскивания топлива, закон подачи топлива, давление наддувочного воздуха, степень сжатия, число работающих цилиндров двигателя и порядок пропусков подачи топлива в них определяются путем автоматического выбора совокупности оптимальных значений рабочих параметров двигателя. По этой совокупности устанавливаются задания электронным автоматическим регуляторам указанных параметров соответственно мгновенному значению управляющего электрического сигнала t . На установившихся режимах определены коэффициенты соотношения для каждого из параметров. На частичных режимах вьшолняется дополнительная их коррекция по действительному значению частоты вращения двигателя, а на переходных - по производным от изменяющегося управляющего (выходного) сигнала автоматического регулятора частоты вращения. Основным выбран канал по регулированию частоты вращения двигателя. Управляющий электрический сигнал t(. определяет практически однозначно продолжительность впрыскивания топлива. 8 ил. $ (Л

0.8

0.6

0.28 О.Ц.

0.6 о,а

Фиа. Z

8,18 0,0JR8l&

a4

ff.e0,8

Фиг.

ДД,

Wry

.33о.га §л

f

5 I

a

f.9 ГУ

фиё.З

0.1

О.2В ОЯ О.6 0.8 Фае, 7

to Ту

Составитель Н.Патрахальцев Редактор А.Лежнина Техред А.Кравчук Корректор В.Синицкая.

Заказ 4916/45 Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 ,