Способ регулирования на холостом ходу частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания транспортного средства Советский патент 1992 года по МПК F02M3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания и касается регулирования работы двигателей на холостом ходу.

Известен способ регулирования на холостом ходу частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с потребителями мощности, заключающийся в том, что при работе двигателя на холостом ходу измеряют фактическое значение частоты вращения вала двигателя, сравнивают его с эталонным значением частоты вращения и при отклонении фактического значения от эталонного изменяют весовое наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом через байпасный канал холостого хода путем изменения проходного сечения последнего.

Недостатком известного способа является его инерционность. Кроме того, дросселирование поступающего- на впуск в двигатель воздуха специальным электромеханическим дозирующим устройством приводит к повышению механических потерь на газообмен, ухудшению сгорания, повышению неравномерности вращения коленчатого вала двигателя и, в конечном счете, к ухудшению его токсических показателей.

Известен способ регулирования на холостом ходу частоты вращения коленчатого

х|

Гь

ю ю

о

вала двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с электрическим генератором и подключенными бортовыми потребителями, заключающийся в том, что при работе двигателя на холостом ходу с комбинацией включенных бортовых потребителей, мощность сопротивления вращению коленчатого вала при работе которых не превышает максимальной электрической мощности генератора, измеряют фактиче- ское значение частоты вращения, сравнивают его с эталонным значением частоты вращения и при отклонении фактического значения от эталонного изменяют весовое наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом через байпасный канал холостого хода и величину электрической нагрузки на генератор, изменение весового наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом при отклонении текущего значения частоты вра- щения от эталонного осуществляют путем регулирования электроподогрева свежего заряда в байпасиом канале обратно пропорционально мощности подключаемых бортовых потребителей, используя разницу между электрической мощностью генератора и мощностью подключенных бортовых потребителей.

К недостаткам известного способа относится следующее. Увеличение силы тока в электрической цепи силовой обмотки генератора осуществляется путем плавного изменения напряжения в цепи обмотки возбуждения генератора лишь в начальный после включения потребителя электрической мощности период времени, пока увеличение проходного сечения байпасного канала холостого, хода не компенсирует падение фактического значения частоты вращения коленчатого вала относительно эталонного значения. Таким образом, данный способ регулирования частоты вращения с помощью генератора используется лишь кратковременно для повышения точности регулирования в момент повышения нагруз- ки на двигатель при включении лишь электрического потребителя. В то же время при выключении потребителя электрической мощности из-за инерционности способа регулирование частоты вращения изменени- ем проходного сечения байпасного канала и отсутствия возможности рассеивания избыточной мощности, вырабатываемой двигателем и генератором, над мощностью потребителей, будет происходить заброс фактического значения частоты вращения относительно его эталонного значения, что снижает точность регулирования, вызывает перерасход топлива и повышенный выброс вредных веществ с отработавшими газами.

По мере дросселирования регулирующим органом байпасного канала увеличиваются потери на газообмен и ухудшается процесс сгорания из-за высокого относительного количества остаточных газов в цилиндрах двигателя. Следствием этого является дополнительное повышение токсичности отработавших газов.

Цель изобретения - повышение точности регулирования частоты вращения коленчатого вала и снижение токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Для достижения этой цели в соответствии с способом регулирования на холостом ходу частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с электрическим генератором и подключенными бортовыми потребителями, заключающимся Б том, что при работе двигателя на холостом ходу с комбинацией включенных бортовых потребителей, мощность сопротивления вращению коленчатого вала при работе которых не превышает максимальной электрической мощности генератора, измеряют фактическое значение частоты вращения, сравнивают его с эталонным значением частоты вращения и при отклонении фактического значения от эталонного изменяют весовое наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом через байпасный канал холостого хода и величину электрической нагрузки на генератор, при этом изменение весового наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом при отклонении текущего значения частоты вращения от эталонного осуществляют пу- 1вм регулирования электроподогрева свежего заряда в байпасном канале обратно пропорционально мощности подключаемых бортовых потребителей, используя разницу между электрической мощностью генератора и мощностью подключенных бортовых потребителей.

При реализации способа достигается высокая точность поддержания частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания {благодаря малоинерционному регулированию момента сопротивления) при рас- ширении диапазона регулирования индикаторной мощности, а следовательно, частоты вращения двигателя за счетизменения температуры воздушного заряда. При этом обеспечиваются снижение потерь на газообмен и улучшение смесеобразования во впускной системе двигателя. Следствием этого является снижение токсичности его отработавших газов.

Нз фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - блок- схемс блока управления.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием 1 автомоби- теля с бортовыми потребителями 2, 3, 4 (кондиционер, фары и т.п.) электрической мощности и бортовыми потребителями механической мощности (гидроусилитель рулевого управления, гидротрансформатор автоматической трансмиссии и т.п., не показаны) содержит коленчатый вал 5 и впускной трубопровод 6 с установленной в нем дроссельной заслонкой 7 и байпасным каналом 8 холостого хода, в котором установлен регулировочный винт 9 для регулирования проходного сечения 8.

С коленчатым валом 5 двигателя кинематически связан генератор 10 переменного тока с выпрямителем, к силовой обмотке 11 которого подключены аккумулятор 12 и через соответствующие выключатели 13,14, 15 - потребители 2, 3, 4 электрической мощности и блок 16 управления, входными параметрами которого являются измеряемая с помощью датчика 17 фактическая частота (пфакт) вращения коленчного вала 5 двигателя и определяемое с помощью датчика 18 положение дроссельной заслонки 7 во впускном трубопроводе 6. В байпасном канале 8 размещен электроподогреватель 19, подключенный к выходу 20 блока 16 управления.

Блок 16 управления (рис. 2) включает измерительное устройство 21 для определения фактического значения частоты вращения (пфакт) коленчатого вала, блок 22 задания эталонного (пэтал) значения частоты вращения 22, блок 23 сравнения для вычисления ошибки регулирования частоты вращения А п Пэтал - пфакт), логический блок 24 для идентификации по входным параметрам режима холостого хода, регулятор 25 силы тока с ограничителем максимально допустимой ее величины, реле 26 времени для реализации временной задержки включения регулятора 25 силы тока при переходе на режим холостого хода.

При работе двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу момент от газовых сил Мг расходуется на компенсацию момента сопротивления внешних потребителей Мвнеш.потр., приведенных к коленчатому валу двигателя, на компенсацию его внутренних потерь (Мвнутр), и изменение его частоты вращения А п:

Mr Мвнеш потр + Мвнутр + J :- .

где J - момент инерции вращающихся частей двигателя внутреннего сгорания и агрегатов.

Момент от газовых сил, приведенный к оси коленчатого вала, пропорционален весовому наполнению цилиндров двигателя воздухом или часовому расходу воздуха. Последний определяется проходным сечением байпасного канала и плотностью воздуха,

которая зависит от его температуры. Момент внутренних потерь в первом приближении пропорционален частоте вращения коленчатого вала. Момент сопротивления вращению, вызванный внешними потреби0 телями, определяется их спецификой. В частности момент сопротивления, вызванный потребителями механической мощности, зависит от режима работы агрегатов, потребляющих эту мощность (усилителя руле5 вого управления, гидротрансформатора автоматической трансмиссии и т.д.).

Изменение момента сопротивления при неизменном сечении байпасного канала вызывает изменение частоты вращения

0 коленчатого вала двигателя на холостом ходу, измеряемой в блоке управления. Момент сопротивления, вызванный электропотребителями, зависит от силы тока, вырабатываемого электрогенератором для их

5 питания на холостом ходу работы двигателя. В связи с изменениями момента газовых сил при изменении состояния двигателя и внешних условий, частота вращения будет изменяться, что приведет к увеличению рас0 хода топлива двигателем или к его неравномерной работе на грани остановки.

Включение или выключение потребителей механической мощности, либо изменение механических потерь самого двигателя

5 при изменении его температурного режима при неизменном сечении байпасного канала вызывает изменение частоты вращения коленчатого вала.

Включение или выключение электро0 потребителей вызывает изменение силы тока в обмотке генератора, что сопровождается изменением момента сопротивления вращению коленчатого вала и при неизменном сечении байпасного канала - частоты

5 вращения. Таким образом, поддержание заданной частоты вращения может быть достигнуто регулированием силы тока в обмотке генератора, предварительно нагруженного электрическим балластом и имею0 щего кинематическую связь с коленчатым валом двигателя. При этом последний должен вырабатывать избыточную мощность для реализации возможности нагружения генератора балластом электрической мощ5 ности в виде электроподогревателя впускного воздуха.

При положительной величине А п сила тока уменьшается, при отрицательной - увеличивается. Одновременно часть мощности, вырабатываемая двигателем благодаря повышенному проходному сечению байпасно- го воздушного канала и отдаваемая генератору, используется для выделения тепла с поверхности электроподогревателя воздух, установленного в байпасном канале холостого хода и включенного в силовую электрическую цепь генератора, что вызывает изменение весового наполнения двигателя воздухом и уменьшение его индикаторного момента при постоянном, предварительно установленном проходном сечении байпас- ного канала, способствует расширению диапазона регулирования частоты вращения по сравнению со способом регулирования изменением величины нагружающей мощности генератора. Изменение силы тока в силовой обмотке генератора должно быть пропорционально разнице

An Пэтал Пфакт.

Способ реализуют следующим образом.

Предварительно, до ввода транспортного средства в эксплуатацию, устанавливают проходное сечение байпасного воздушного канала, обеспечивающее работу двигателя на холостом ходу с частотой вращения выше эталонного значения и с помощью сопротивления, превышающей сумарную мощность одновременно включаемых в эксплуатации бортовых потребителей. (Для автомобильного двигателя обычно суммарная мощность одновременно функционирующих бортовых потребителей при работе на холостом ходу меньше максимальной мощности, вырабатываемой генератором при эталонной частоте вращения коленчатого вала. Такой агрегат электрооборудования как стартер, потребляющий большую мощность в эксплуатации при работе двигателя на холостом ходу не включается). Затем запускают двигатель, и при его работе на холостом ходу подключают мощность сопротивления в виде электрических и (или) механических потребителей, или в виде тормозного устройства, величина которой должна быть больше мощности сопротивления одновременно функционирующих бортовых потребителей, включаемых в период эксплуатации автомобиля при работе двигателя на холостом ходу, но одновременно не должна достигать максимальной мощности, вырабатываемой генератором при частоте вращения его ротора, соответствующей эталонному значению частоты вращения коленчатого вала,

Предпочтительная величина мощности сопротивления, которой нагружается двигатель при установке сечения байпасного воздушного канала, может быть вычислена по формуле

N

Мген Ь N6opT.noTp.

сопр

Ј.

где Nconp - мощность сопротивления;

Мген - максимальная электрическая

мощность генератора;

Мборт.потр. - суммарная мощность бортовых потребителей, функционирующих одновременно при работе двигателя на холостом ходу.

0При больших значениях мощности сопротивления, а значит больших сечениях байпасного канала, хотя и достигается эффект по точности регулирования и снижению токсичности отработавших газов, но

5 при этом может происходить некоторое ухудшение топливной экономичности. Меньшие значения мощности сопротивления могут не обеспечить запаса по регулированию частоты вращения. Регулируя

0 проходное сечение байпасного воздушного канала 8 холостого хода с помощью винта 9, устанавливают такое его значение, которое обеспечивает работу двигателя с частотой вращения коленчатого вала, равной эталон5 ному значению.

При реализации способа на транспортном средстве, у которого суммарная мощность бортовых потребителей, одновременно функционирующих при работе

0 двигателя в экспулатации на холостом ходу, может превысить максимальную мощность генератора, NeopT.norp. должна соответствовать такой комбинации максимально возможного числа потребителей, при котором

5 Nconp. меньше Мген.макс.

В дальнейшем при работе двигателя в эксплуатации на холостом ходу изменение

весового наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом, при отклонении текущего

0 значения частоты вращения от эталонного, осуществляют путем изменения подогрева свежего заряда в байпасном канале 8 холостого хода электрическим подогревателем 19, включенным в электрическую цепь сило5 вой обмотки 11 генератора 10, используя превышение мощности, вырабатываемой генератором, над мощностью сопротивления, возникающей при включении потребителей.

0 Максимальная мощность подогревателя должна быть не ниже мощности сопротивления, которой нагружается двигатель при установке сечения байпасного канала. При этом посредством малоинерционного

5 регулирования силы тока, протекающего через электрический подогреватель и силовую обмотку генератора, достигаете одновременное изменение сопротивления вращению коленчатого э.3, имеющего кинематическую связь с валом генератора, и температуры воздушного заряда, поступающего в цилиндры двигателя.

При переходе на другой режим работы двигателя регулятор 25 силы тока, идущего через подогреватель, может быть отключен. В этом случае при обратном переходе на режим самостоятельного холостого хода, например, с режима принудительного холостого хода для компенсации инерционности двигателя, посредством реле 26 времени вводится временная задержка включения регулятора тока через электроподогреватель, чем обеспечивается повышенная мощность двигателя в переходной период. Это способствует повышению точности регулирования частоты вращения коленчатого вала, а также исключается опасность его самопроизвольной остановки.

Таким образом, благодаря способу регулирования достигается высокая точность- стабилизации частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на минимальном уровне без забросов и провалов, что способствует снижению токсичности отработавших газов, но при неизменном сечении байпасного воздушного канала, что упрощает конструкцию исполнительного устройстЕа, установленного на двигателе внутреннего сгорания, и повышает его надежность. Повышение температуры заряда способствует снижению разрежения в задроссельном пространстве и потерь на газообмен, улучшению смесеобразования во впускной системе и как следствие дополнительному снижению токсичности отработавших газов.

Формула изобретения Способ регулирования на холостом ходу

частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с электрическим генератором и подключаемыми бортовыми потребителями, заключающийся в том, что при работе

двигателя на холостом ходу с комбинацией включенных бортовых потребителей, мощность сопротивления вращению коленчатого вала при работе которых не превышает максимальной электрической мощности генератора, измеряют фактическое значение частоты вращения, сравнивают его с эталонным значением частоты вращения и при от- клонении фактического значения от эталонного изменяют весовое наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом через байпасный канал холостого хода и величину электрической нагрузки на генераторе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и снижения

токсичности отработавших газов, изменение весового наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом при отклонении текущего значения частоты вращения от эталонного осуществляют путем регулирования -гпектрог.одогрева свежего заряда п байпасном канале обратно пропорционально мощности подключаемых бортовых потребителей, используя разницу между электрической мощностью генератора и

мощностью подключенных бортовых потребителей.

Использование: изобретение относится к регулированию работы двигателей на холостом ходу и направлено на повышение точности регулирования и снижение токсичности отработавших газов. Сущность изобретения: способ регулирования заключается в том, что при работе двигателя на холостом ходу измеряют фактическое значение частоты вращения, сравнивают его с эталонным значением частоты вращения и при отклонении фактического значения от эталонного изменяют весовое наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом через байпасный канал холостого хода и величину электрической нагрузки на генератор. Изменение весового наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом при отклонении текущего значения частоты вращения от эталонного осуществляют путем регулирования электроподогрева свежего заряда в байпасном канале обратно пропорционально мощности подключаемых бортовых потребителей, используя разницу между электрической мощностью генератора и мощностью подключенных бортовых потребителей 2 ил. (Л С

п-тр-я

Ю

Ч

Фи г. Z