способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления
Классы МПК: | F02D41/06 для пуска или разогрева двигателя |
Автор(ы): | Каменев В.Ф., Кутенев В.Ф., Ефременков С.А., Довгалюк А.Ю., Гирявец А.К. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1989-07-05 публикация патента:
20.02.1995 |
Использование: управление и регулирование топливоподачи при изменяющихся условиях работы двигателя. Сущность изобретения: при работе двигателя состав смеси, подаваемой в цилиндры, поддерживают на пределе возможного обеднения посредством выработки основного и корректирующего сигналов управления, при этом для выработки корректирующего сигнала используют параметр обратной связи в виде величины, характеризующей рассеяние экстремальных значений пульсаций давления отработавших газов. Такое регулирование обеспечивает высокую точность дозирования топлива по пределам оптимального обеднения, следствием чего является высокая топливная экономичность двигателя и пониженная токсичность отработавших газов. Устройство содержит блок управления топливоподачей, формирователь сигналов измеряемого параметра, блок выявления квазистационарного режима работы и блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления. Описаны три варианта устройства, отличающиеся особенностями выполнения последнего из упомянутых блоков. 2 с. и 53 з.п. ф-лы, 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПО МЕЖЦИКЛОВОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 1. Способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания, заключающийся в том, что за заданный интервал времени определяют текущие параметры работы двигателя, определяют критерий оценки межцикловой нестабильности, сравнивают полученное значение с заранее заданным и в зависимости от результатов сравнения изменяют величину цикловой подачи топлива, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода топлива и токсичности отработавших газов за счет повышения точности регулирования топливоподачи, в качестве одного из параметров работы двигателя измеряют давление отработавших газов, в качестве критерия оценки межцикловой нестабильности работы двигателя определяют рассеяние экстремальных значений пульсаций давления отработавших газов в каждом последующем цикле по отношению к предыдущему, а критерий оценки межцикловой нестабильности работы двигателя определяют в квазистационарном режиме двигателя. 2. Устройство для управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания, содержащее блок управления топливоподачей с подключенными к его входам датчиками режимных параметров работы двигателя, формирователь сигналов измеряемого параметра рабочего процесса и задатчик порогового значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания в цилиндрах, подключенный к первому входу блока сравнения текущих и заранее заданных значений критерия межцикловой нестабильности, выход которого подключен к дополнительному входу блока управления топливоподачей, отличающееся тем, что, с целью уменьшения расхода топлива и токсичности отработавших газов за счет повышения точности регулирования топливопадачей, устройство снабжено установленным в выпускном тракте двигателя датчиком давления отработавших газов, подключенным к формирователю сигналов, блоком выявления квазистационарного режима работы двигателя и блоком вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления, входы которого подключены к выходам формирователя сигналов и блока выявления квазистационарных режимов работы двигателя, а выход - к второму входу блока для сравнения текущих и заранее заданных значений критерия межцикловой нестабильности. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что формирователь сигналов выполнен в виде усилителя тока, соединенного своим входом с датчиком давления отработавших газов и связанного своим выходом через выпрямитель с входом ограничителя напряжения, выход которого подключен к блоку для вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что блок выявления квазистационарного режима работы двигателя содержит суммирующий счетчик, логическую схему И, первый и второй кольцевые регистры, первый и второй интеграторы, первый и второй компараторы и первый и второй задатчики уровня компарации, при этом к первому входу суммирующего счетчика подключен датчик импульсов фазы выпуска одного из цилиндров двигателя, а к второму входу - датчик угловых импульсов положения вала двигателя, к входу первого регистра подключен датчик угловых импульсов положения вала двигателя, к входу второго регистра подключен датчик нагрузки, выходы первого и второго регистров подключены к входам соответственно первого и второго интеграторов, выходы интеграторов подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, к вторым входам которых подключены соответственно первый и второй задатчики опорного сигнала, выходы обоих компараторов и суммирующего счетчика подключены к входам логической схемы И, выход которой подключен к блоку вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления. 5. Устройство по пп.2 - 4, отличающееся тем, что блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления содержит первый, второй и третий интеграторы, сумматор, генератор отсчетов, замыкающий ключ, перемножающее устройство, коммутатор, два запоминающих устройства, триггер и два устройства деления, при этом с входом первого интегратора и первым входом замыкающего ключа связан ограничитель формирователя, вход генератора отсчетов соединен с выходом логической схемы И блока выявления квазистационарного режима работы двигателя, выход этого генератора соединен с вторым входом замыкающего ключа и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом первого устройства деления, к входам сумматора подключены выходы первого интегратора и замыкающего ключа, а выход сумматора подключен к первым входам перемножающего устройства, коммутатора и первого запоминающего устройства, выход которого подключен к второму входу коммутатора, выход коммутатора подключен к второму входу перемножающего устройства, выход которого подключен к входу третьего интегратора, вход триггера соединен с выходом упомянутой логической схемы И, прямой выход - с вторыми входами запоминающих устройств, а инверсный выход - с третьими входами запоминающих устройств, с третьим входом коммутатора и первым входом второго устройства деления, к второму входу которого подключен выход второго запоминающего устройства, а к третьему входу - первый вход второго запоминающего устройства и выход первого устройства деления, к второму входу которого подключен выход третьего интегратора, выход второго устройства деления подключен к блоку сравнения. 6. Устройство по пп.2 - 4, отличающееся тем, что блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления содержит три интегратора, два сумматора, генератор отсчетов, замыкающий ключ, перемножающее устройство, запоминающее устройство, триггер и устройство деления, при этом с входом первого интегратора и первым входом замыкающего ключа связан ограничитель формирователя, входы генератора отсчетов и триггера соединены с выходом логической схемы И блока выявления квазистационарного режима работы двигателя, выход генератора соединен с вторым входом замыкающего ключа и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом устройства деления, к входам первого сумматора подключены выходы первого интегратора и замыкающего ключа, а выход сумматора подключен к первому и второму входам перемножающего с устройства, выход которого соединен с входом третьего интегратора, выход второго и третьего интеграторов соединены с первым и вторым входами устройства деления, выход которого соединен с первыми входами запоминающего устройства и второго сумматора, выход запоминающего устройства соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к блоку сравнения, прямой выход триггера соединен с вторым входом запоминающего устройства, а инверсный - с третьим входом запоминающего устройства и третьим входом второго сумматора. 7. Устройство по пп.2 - 4, отличающееся тем, что блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления содержит интегратор, генератор отсчетов, замыкающий ключ и компаратор, при этом к входу интегратора и первому входу замыкающего ключа подключен ограничитель формирователя, к второму входу замыкающего ключа - выход генератора отсчетов, вход которого подключен к выходу блока выявления квазистационарного режима работы двигателя, а выход замыкающего ключа и выход интегратора подключены к входам компаратора, выход которого подключен к блоку сравнения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к двигателестроению и, в частности, к управлению и регулированию топливоподачи при изменяющихся условиях работы двигателя. Известны способы управления топливоподачей в двигатель внутреннего сгорания путем измерения режимных параметров двигателя, выработки сигнала управления топливоподачей; анализа состава отработавших газов (ОГ), выработки корректирующего сигнала на управление топливоподачей стехиометрического состава смеси (а = 1), например [1]. Используемое для реализации известного способа устройство содержит блок управления топливоподачей, к входам которого подключены датчики режимных параметров и контур обратной связи с датчиком содержания кислорода в отработавших газах. Недостатком известного способа, реализуемого с помощью известного устройства, является то, что при этом способе осуществляют вынужденную настройку системы питания на состав смеси с а = 1,0 на режимах, где двигатель может работать на более обедненных смесях, т.е. не достигается предельная толивная экономичность, которую могут обеспечивать современные усовершенствованные рабочие процессы. Известен способ управления топливоподачей в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания, заключающийся в том, что за заданный интервал времени определяют текущие параметры работы двигателя, определяют критерий оценки межцикловой нестабильности, сравнивают полученное значение с ранее заданным и в зависимости от результатов сравнения изменяют величину цикловой подачи топлива. В известном способе в качестве критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания используют величину неравномерности вращения коленчатого вала двигателя [2]. Известный способ реализуется с помощью известного устройства для управления топливоподачей в ДВС, содержащего блок управления топливоподачей с подключенными к его входам датчиками режимных параметров работы двигателя, формирователь сигналов измеряемого параметра рабочего процесса и задатчик порогового значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания в цилиндрах, подключенный к первому входу блока сравнения текущих и эталонного значений критерия межцикловой нестабильности, выход которого подключен к дополнительному входу блока управления топливоподачей. Устройство снабжено блоком для вычисления текущего значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания - неравномерности частоты вращения коленчатого вала, включенным в контур обратной связи и функционирующим на режимах холостого хода. Известный способ, реализуемый с помощью известного устройства, не обеспечивает достаточную точность регулирования топливоподачи, поскольку величина неравномерности вращения коленчатого вала неоднозначна действительной межцикловой нестабильности рабочего процесса двигателя. Погрешности вносятся вследствие внешних воздействий (вибрации, тряски) и большой инерционности маховика двигателя. К недостаткам рассматриваемого устройства относится также то, что контур обратной связи функционирует только на холостом ходу. Следствием недостаточной точности управления топливоподачей двигателя внутренного сгорания служат повышенные расходы топлива и токсичность отработавших газов. Целью изобретения является уменьшение расхода топлива и токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания за счет повышения точности регулирования топливоподачи. Для достижения цели в соответствии с заявляемым способом управления топливоподачей двигателя внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания, заключающемся в том, что за заданный интервал времени определяют текущие параметры работы двигателя, определяют критерий оценки межцикловой нестабильности, сравнивают полученное значение с заранее заданным и в зависимости от результатов сравнения изменяют величину цикловой подачи топлива, в качестве одного из параметров работы двигателя измеряют давление отработавших газов, в качестве критерия оценки межцикловой нестабильности работы двигателя определяют рассеяние экстремальных значений пульсаций давления отработавших газов в каждом последующем цикле по отношению к предыдущему, а критерий оценки межцикловой нестабильности определяют в квазистационарном режиме двигателя. Для достижения той же цели устройство для управления топливоподачей в ДВС, содержащее блок управления топливоподачей с подключенными к его входам датчиками режимных параметров работы двигателя, формирователь сигналов измеряемого параметра рабочего процесса и задатчик порогового значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания в цилиндрах, подключенный к первому входу блока сравнения текущих и заранее заданных значений критерия межцикловой нестабильности, выход которого подключен к дополнительному входу блока управления топливоподачей, снабжено установленным в выпускном тракте двигателя датчиком давления отработавших газов, подключенным к формирователю сигналов, блоком выявления квазистационарного режима работы двигателя и блоком вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления, входы которого подключены к выходам формирователя сигналов и блока выявления квазистационарных режимов работы двигателя, а выход - к второму входу блока для сравнения текущих и заранее заданных значений критерия межцикловой нестабильности. Формирователь сигналов выполнен в виде усилителя тока, соединенного своим входом с датчиком давления отработавших газов и связанного своим выходом через выпрямитель с входом ограничителя напряжения, выход которого подключен к блоку для вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления. Блок выявления квазистационарного режима работы двигателя содержит суммирующий счетчик, логическую схему И, первый и второй кольцевые регистры, первый и второй интеграторы, первый и второй компараторы и первый и второй задатчики уровня компарации, при этом к первому входу суммирующего счетчика подключен датчик импульсов фазы выпуска одного из цилиндров двигателя, а к второму входу - датчик угловых импульсов положения вала двигателя, к входу первого регистра подключен датчик угловых импульсов положения вала двигателя, к входу второго регистра подключен датчик нагрузки, выходы первого и второго регистров подключены к входам соответственно первого и второго интеграторов, выходы интеграторов подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, к вторым входам которых подключены соответственно первый и второй задатчики опорного сигнала, выходы обоих компараторов и суммирующего счетчика подключены к входам логической схемы И, выход которой подключен к блоку вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления. Блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления по первому варианту выполнения устройства содержит первый, второй и третий интеграторы, сумматор, генератор отсчетов, замыкающий ключ, перемножающее устройство, коммутатор, два запоминающих устройства, триггер и два устройства деления, при этом с входом первого интегратора и первым входом замыкающего ключа связан ограничитель формирователя, вход генератора отсчетов соединен с выходом логической схемы И блока выявления квазистационарного режима работы двигателя, выход этого генератора соединен с вторым входом замыкающего ключа и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом первого устройства деления, к входам сумматора подключены выходы первого интегратора и замыкающего ключа, а выход сумматора подключен к первым входам перемножающего устройства, коммутатора и первого запоминающего устройства, выход которого подключен к второму входу коммутатора, выход коммутатора подключен к второму входу перемножающего устройства, выход которого подключен к входу третьего интегратора, вход триггера соединен с выходом упомянутой логической схемы И, прямой выход - с вторыми входами запоминающих устройств, а инверсный выход - с третьими входами запоминающих устройств, с третьим входом коммутатора и первым входом второго устройства деления, к второму входу которого подключен выход второго запоминающего устройства, а к третьему входу - первый вход второго запоминающего устройства и выход первого устройства деления, к второму входу которого подключен выход третьего интегратора, выход второго устройства деления подключен к блоку сравнения. Блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления по второму варианту выполнения устройства содержит три интегратора, два сумматора, генератор отсчета, замыкающий ключ, перемножающее устройство, запоминающее устройство, триггер и устройство деления, при этом с входом первого интегратора и первым входом замыкающего ключа связан ограничитель формирователя, входы генератора отсчетов и триггера соединены с выходом логической схемы И блока выявления квазистационарного режима работы двигателя, выход генератора соединен с вторым входом замыкающего ключа и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом устройства деления, к входам первого сумматора подключены выходы первого интегратора и замыкающего ключа, а выход сумматора подключен к первому и второму входам перемножающего устройства, выход которого соединен с входом третьего интегратора, выходы второго и третьего интеграторов соединены с первым и вторым входами устройства деления, выход которого соединен с первыми входами запоминающего устройства и второго сумматора, выход запоминающего устройства соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к блоку сравнения, прямой выход триггера соединен с вторым входом запоминающего устройства, а инверсный - с третьим входом запоминающего устройства и третьим входом второго сумматора. Блок вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций давления по третьему варианту выполнения устройства содержит интегратор, генератор отсчетов, замыкающий ключ и компаратор, при этом к входу интегратора и первому входу замыкающего ключа подключен ограничитель формирователя, к второму входу замыкающего ключа - выход генератора отсчетов, вход которого подключен к выходу блока выявления квазистационарного режима работы двигателя, а выход замыкающего ключа и выход интегратора подключены к входам компаратора, выход которого подключен к блоку сравнения. Использование заявляемого способа управления посредством заявляемого устройства, учитывающего в качестве параметра обратной связи величину, характеризующую рассеяние экстремальных значений пульсаций давления ОГ за ряд последовательных циклов, обеспечивает высокую точность дозирования топлива по пределам возможного обеднения смеси. Следствием этого является высокая топливная экономичность двигателя и пониженная токсичность отработавших газов. На фиг. 1 показана зависимость количества рабочих циклов двигателя внутреннего сгорания с пропусками сгорания от состава смеси; на фиг. 2, 3 изображены осциллограммы давления отработавших газов при оптимальном и переобедненном составах смеси; на фиг. 4 приведена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 5-7 приведены функциональные схемы трех вариантов устройства для реализации заявляемого способа. На фиг. 1...7 и в тексте приняты следующие обозначения: Nп - количество рабочих циклов с ухудшенным горением; Nи - количество измеренных рабочих циклов; К - предельный коэффициент отношения Nп/Nи;![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029004/945.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029017/916.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029037/177.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029017/916.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029037/177.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/931.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029037/177.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029017/916.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029124/2029124t.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029038/963.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029038/963.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029037/177.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029017/916.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029005/729.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029037/177.gif)
![способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления, патент № 2029124](/images/patents/444/2029017/916.gif)
Класс F02D41/06 для пуска или разогрева двигателя