Способ регистрации детонации в цилиндре двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01L23/22 

Изобретение относится к способам регистрации детонации в двигателях внутрен- него сгорания (ДВС) с искровым зажиганием, а также устройствам, содержащим датчик давления, комбинированный с системой зажигания ДВС, и может быть использовано для управления, моментом опережения зажигания.

Цель изобретения - упрощение способа за счет того, что фиксируется только наличие или отсутствие пробоя межэлектродного зазора свечи датчика зажигания при отсутствии или наличии детонации.

Цель второго независимого изобретения -упрощение устройства за счет упрощения схемы регистрации и ее связи со схемой подключения.

На фиг. 1 показаны кривые нарастания давления в камере сгорания 1 - без детонации, 2-е детонацией части топливного заряда, 3-е детонацией всего топливного заряда (для удобства иллюстрации процессов горения кривые представлены в кусочно-линейной аппроксимации).

На фиг. 2 показана зависимость напряжения на электродах датчика, при этом сплошная линия соответствует 1, сплошная - пунктирная - (2), сплошная - штрихпунк- тирная -- пунктирная 3 фиг. 1.

На фиг. 3 показана блок-схема устройства для регистрации детонации.

На примере ЛВС ВА32101 с рабочим объемом 1200 см способ реализуется следующим образом.

На датчик, представляющий собой два электрода с фиксированным промежутком между ними, размещенный в камере сгорания цилиндра, одновременно с импульсом зажигания подают серию импульсов (а именно, 4 импульса противоположной полярности) высокого напряжения, например, в виде синусоиды.

Амплитуду импульсов устанавливают большей величины напряжения пробоя, соответствующего давлению в камере сгорания в начале воспламенения смеси и меньшей величины пробоя межэлектродного промежутка, соответствующей максимальному давлению в камере сгорания, а именно, 18-20 кВ при межэлектродном промежутке 0,6 мм. Общая длительность импульсов составляла 1 мс, что приблизительно равно времени нормального горения tcr, топлива в камере сгорания цилиндра ДВС. Характер изменения напряжения на электродах определяли с помощью схемы регистрации. Благодаря тому, что серия импульсов подавалась одновременно с импульсом зажигания, то начало процесса воспламенения смеси было совмещено с подачей напряжения на датчик. При бездетонационном горении (кривая 1 на фиг. 1) скорость нарастания давления в камере сгорания до максимального составляла около 20 атм/мс, а если учестцчто в момент зажигания предварительное сжатие в цилиндре Рнач. порядка 10 атм. то к началу второго импульса из серии давление в цилиндре достигало 15 атм, к началу третьего - 20 атм, а к началу четвертого - 25 атм. В соответствии с фиг. 2 (сплошная линия) предпробойное.напряжение l/предпр. и пробивное напряжение Unp. с каждым импульсом нарастает, и уже к моменту прихода третьего импульса, т. е. ко времени, составляющему 0,5 tcr. давление в цилиндре дости- гает такой величины, что пробоя не наступает, что можно наблюдать по отсутствию на третьем и четвертом импульсах Unp., т. е. полки, характерной для искры. При воспламенении топлива со значительным опережением картина изменяется, и уже к моменту прихода второго импульса пробоя не наступает (см. фиг. 2 сплошная и пунктирная линии), а т. к. очевидно, что скорость нарастания давления при горении составляет более hfcJ . r (кривая 2 на фиг. 1), то это

U|O СМ

соответствует детонации около 50% топливного заряда, Если продолжать увеличивать опережение, можно добиться характера процесса горения, в результате которого наблюдалась картина, изображенная на фиг. 2 (сплошная, штрихпунктирная и пунктирная линии), где увеличение пробивного напря- жения вплоть до срыва искры уже первого импульса отображает скорость изменения

20 атм давления при горении порядка -/гт-г-, что

и, f СМ

соответствует почти полкой детонации топливного заряда (кривая 3 фиг. 1), т. е. нарастание давления в камере сгорания за время порядка 0,1 tcr. Такой характер протекания горения авторы наблюдали и при изменении октанового числа топлива в сторону уменьшения, например, если вместо бензина АН-93, с которым проводился эксперимент в случае, изображенном на

фиг. 2, использовать бензин А-76. Таким образом, предлагаемый авторами способ позволяет регистрировать не только нали- чие .детонации в цилиндре ДВС, но и фазы возникновения детонации, т. е. позволяет

установить, какой процент объема топлива детонирует.

Устройство для регистрации детонации содержит генератор импульсов 1 специальной формы высокого напряжения, его выход

соединен со схемой подключения 2 в виде трансформатора и с первым входом схемы регистрации 3 в виде компаратора, выход схемы подключения 2 соединен со вторым входом схемы регистрации 3 и с датчиком

детонации 4, в виде свечи зажигания, причем схема регистрации 3 выполнена в виде компаратора.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы высокого напряжения и нормированной длительности вырабатываются генератором 1, попадают на вход схемы подключения 2 и на первый вход схемы регистрации 3. С выхода схемы подключения

2 импульсы попадают на датчик 4 и на второй вход схемы регистрации 3.

В случае нормального процесса горения схема регистрации 3 фиксирует равенство третьей и четвертой амплитуды импульсов

на входе схемы 2 третьей и четвертой амплитудам на выходе схемы 2, т. е. через 0,5 tcr с начала подачи серии и присутствующих на входе схемы 2 первой и второй амплитудам на выходе схемы 2.

в случае горения с детонацией около 50% топлива, схема регистрации 3 фиксирует равенство второй, третьей и четвертой амплитуд импульсов на входе и выходе схемы 2 и неравенство первой амплитуды на

входе схемы 2 первой амплитуде на выходе схемы 2.

В случае детонации всего обьема топлива схема регистрации 3 фиксирует наличие совпадения амплитуды первого импульса на входе схемы 2 и выходе схемы 2, лишь через 0,1 tcr с начала подачи серии, а также совпадения амплитуд второго, третьего и четвертого импульсов на входе и выходе схемы 2 соответственно. В то же время на амплитудно-временных характеристиках фиг. 1-2 показана возможность фиксации фаз детонации (25%. 50%. 75% и 100% всего объема), причем в принципе это процентное содержание продетонировавшего топлива можно определить сколь угодно точно, увеличивая число импульсов в серии.

Таким образом благодаря наличию компаратора и его связи со схемой подключения достигается упрощение устройства.

Форму л а изо б ре тени я

1. Способ регистрации детонации в цилиндре двигателя внутреннего сгорания,заключающийся в том, чтр во время сгорания топливной смеси подают серию импульсов напряжения на электроды датчика, размещенного в камере сгорания цилиндра, и с помощью схемы регистрации определяют характер изменения напряжения на электродах, отличающийся тем, что, с целью его упрощения, амплитуду подаваемых импульсов устанавливают большей величины напряжения пробоя межэлектродного промежутка датчика, соответствующей давлению в камере сгорания в начале воспламенения смеси, и меньшей величины напряжения пробоя межэлектродного промежутка датчика, соответствующей давлению в камере сгорания в начале воспламенения смеси, и меньшей величины напряжения пробоя межэлектродного промежутка, соответствующей максимальному давлению в камере сгорания, при этом после начала подачи импульсов в течение промежутка времени, равного (0,1-0,5) tcr, где tcr время сгорания топлива, по характеру изменения напряжения на электродах датчика фиксируют наличие пробоев межэлектродного промежутка.

2. Устройство для регистрации детонации в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик, выполненный в виде свечи зажигания, схему подключения, генератор импульсов, соединенный с электродами датчика через схему подключения, и схему регистрации, одним выводом соединенную с выходом схемы подключения, о т- личающееся тем, что, с целью упрощения его конструкции, второй вывод схемы регистрации соединен с входом схемы подключения, причем схема регистрации выполнена в виде компаратора.

Использование: электронные системы управления моментом опережения зажигания в ДВС. Изобретение позволяет повысить достоверность регистрации детонации за счет того, что информацию, о ней получают непосредственно из камеры сгорания. Сущность изобретения: датчик детонации размещают внутри цилиндра, на электроды датчика одновременно с импульсом зажигзния подают серию импульсов высокого напряжения специальной формы, при этом длительность серии равна времени сгорания топлива в цилиндре tcr, а амплитуда импульсов удовлетворяют условию , где Ui, U2 - напряжение пробоя межэлектродного промежутка при нормальном давлении и при максимальном давлении продуктов сгорания соответственно, и по истечении времени (0,1-0,5)tCr регистрируют наличие детонации по отсутствию пробоя и наоборот. Устройство, реализующее способ, отличается тем; что содержит генератор, вырабатывающий импульсы высокого напряжения специальной формы, попадающие затем на вход схемы подключения и на первый вход схемы регистрации, с выхода схемы подключения - на датчик и на второй вход схемы регистрации, где через время. (0,1-0,5) tcr фиксируют фазу детонации. В качестве датчика детонации используют свечу зажигания. 2 с. п. ф-лы, 3 ил. со

(Я 02 05 М OS Oo 07 08 09 1

t«

$ИГ. I

5 /

1

3

73-л 1

L -f- J