способ и устройство для регулирования температуры выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания регулированием детонации

Формула изобретения

1. Способ регулирования температуры выхлопных газов в двигателе 10 внутреннего сгорания с регулированием детонации путем изменения подаваемой в двигатель топливовоздушной смеси в зависимости от изменений момента зажигания в сторону позднего для предотвращения детонации, осуществляемых устройством 15 регулирования детонации, причем по мере увеличения изменения момента зажигания в сторону позднего увеличивают обогащение смеси, отличающийся тем, что обогащение селективно изменяют в зависимости от соответствующего изменения момента зажигания в сторону позднего в цилиндре 11.1 - 11.4.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для заданных пар значений частоты вращения и нагрузки коэффициенты максимального обогащения (FA MAX) устанавливают так, что при максимальном изменении момента зажигания в сторону позднего температура выхлопных газов остается ниже заданного значения.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что актуальный коэффициент максимального обогащения для актуальных значений частоты вращения, нагрузки и угла изменения момента зажигания в сторону позднего модифицируют путем умножения на коэффициент FV < 1, зависимый от актуального угла изменения момента зажигания в сторону позднего, с тем чтобы воспрепятствовать обогащению топливовоздушной смеси, ухудшающему состав выхлопных газов и увеличивающему расход топлива.

4. Устройство для регулирования температуры выхлопных газов в двигателе 10 внутреннего сгорания с регулированием детонации путем изменения подаваемой в двигатель топливовоздушной смеси в зависимости от изменений момента зажигания в сторону позднего во избежание детонации, осуществляемых устройством 15 регулирования детонации, причем по мере увеличения изменения момента зажигания в сторону позднего увеличивают обогащение смеси, содержащее устройство 15 регулирования детонации, которое выдает селективные сигналы угла изменения момента зажигания в сторону позднего, устройство 16 регулирования угла опережения зажигания, которое принимает селективные сигналы угла изменения зажигания в сторону позднего и с их помощью модифицирует углы опережения зажигания без опасности возникновения детонации, устройство 17 регулирования времени впрыска, которое независимо от угла опережения зажигания вычисляет время впрыска, в течение которого должны открываться форсунки 13.1 - 13.4 двигателя, и устройство 18.1 - 18.4 модификации времени впрыска, отличающееся тем, что устройство модификации времени впрыска содержит модифицирующий блок 18.1 - 18.4 на каждый цилиндр, который модифицирует время впрыска для каждого цилиндра, вычисленное устройством регулирования времени впрыска, в зависимости от угла изменения момента зажигания в сторону позднего действительного для этого цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для регулирования температуры выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания с регулированием детонации.

Ниже будет часто говориться о нагрузке или сигнале нагрузки. Речь идет при этом о сигнале, указывающем в основном требуемую в данный момент отдачу мощности от двигателя. Сигнал нагрузки зависит от системы управления двигателем, угла поворота дроссельной заслонки, разрежения во впускной трубе или количества впускаемого воздуха.

Система управления "Мотроник" фирмы "Роберт Бош", ФРГ уже давно располагает устройством регулирования детонации в выбранных цилиндрах и устройством общего увеличения времени впрыска во взаимодействии с устройством регулирования детонации. Если устройство регулирования детонации обнаруживает процесс детонации в цилиндре, то оно изменяет момент зажигания для этого цилиндра с заданным большим шагом в сторону позднего, а затем снова отменяет это изменение момента зажигания в сторону позднего небольшими шагами до тех пор, пока не будет больше необходимости в нем или пока не возникает повторная детонация. При изменении момента зажигания в сторону позднего лишь меньшая доля энергии сгорания, чем прежде, может быть преобразована в механическую энергию, что приводит к повышению температуры ОГ. Во избежание за счет этого тепловой перегрузки двигателя или выпускного коллектора время впрыска в том случае, когда сумма изменений момента зажигания в сторону позднего для всех цилиндров превысит заданное значение, увеличивают по мере возрастания значения этой суммы. Работавшее до этого устройство регулирования коэффициента избытка воздуха при этом выключается. За счет увеличения времени впрыска происходит обогащение рабочей смеси, чем достигается охлаждение.

Система управления "Мотроник" является тем самым устройством согласно ограничительной части п. 4, осуществляющим способ согласно ограничительной части п. 1, при котором устройство изменения времени впрыска выполнено так, что оно в зависимости от названной суммы увеличивает время впрыска для всех цилиндров, вычисленное устройство регулирования времени впрыска.

Из заявки США N 4825836 известно регулирование детонации для ДВС, при котором в зависимости от обнаруженной детонации угол опережения зажигания для всех цилиндров изменяют в сторону позднего. Вызванное изменением угла опережения зажигания в сторону позднего возрастание температуры ОГ ограничивают тем, что для всех цилиндров обогащают рабочую смесь.

При способе, известном из заявки Великобритании N 2262615, подачу топлива и момент зажигания для каждого отдельного цилиндра регулируют так, что обнаруженная детонация исчезает. Это обеспечивается путем создания непосредственной связи между подаваемым количеством топлива (или продолжительностью впрыска) и степенью детонации. Подаваемое количество топлива не зависит здесь от температуры ОГ.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для регулирования температуры выхлопных газов в ДВС с регулированием детонации, с помощью которых можно воспрепятствовать локальным тепловым перегрузкам двигателя и его выпускного коллектора.

Решение в отношении способа приведено в отличительной части п. 1 формулы, а в отношении устройства - в отличительной части п. 4. В изобретении использован тот факт, что за счет выдаваемых устройством регулирования детонации специфичных для данного цилиндра значений изменения момента зажигания в сторону позднего имеются селективные значения, представляющие собой соответствующую меру повышения температуры, которого следует ожидать из-за изменения момента зажигания в сторону позднего в цилиндре и соответствующем выпускном коллекторе. Температуру ОГ можно поддерживать селективно, в основном постоянной за счет селективного обогащения рабочей смеси в зависимости от значения изменения момента зажигания в сторону позднего для данного цилиндра.

Преимущественно используют характеристическое поле, накапливающее адресуемые через значения частоты вращения и нагрузки максимальные значения обогащения горючей смеси, представляющие собой те значения, которые действительны, когда угол опережения зажигания максимально допустимым образом изменяют в сторону позднего, но тем не менее не должна быть превышена заданная температура ОГ. Эти максимальные значения используют для обогащения лишь частично, когда актуальное изменение момента зажигания в сторону позднего остается ниже максимально возможного. Благодаря этим мерам никогда не происходит слишком сильного обогащения, т.е. никогда не достигаются недопустимо плохие показатели состава ОГ или недопустимо высокий расход топлива.

Способ и устройство согласно изобретению позволяют надежно избежать локальных тепловых перегрузок с меньшим по сравнению с уровнем техники обогащением топливно-воздушной смеси. У уровня техники рабочую смесь для всех цилиндров обогащают даже тогда, когда детонация возникает только в одном цилиндре. Однако для того, чтобы состав ОГ не имел слишком плохих показателей, а расход топлива не был слишком высоким, смесь обогащали лишь по возможности мало. Это, однако, могло привести к тому, что при сильной детонации только одного цилиндра его нельзя было достаточно охладить. Изобретение позволяет установить все эти недостатки.

Фиг. 1 показывает схематичное изображение ДВС со свечами зажигания и форсунками, а также устройством регулирования температуры выхлопных газов путем обогащения рабочей смеси в случае изменения момента зажигания в сторону позднего.

Фиг. 2 - блок-схема устройства регулирования температуры ОГ.

На фиг. 1 схематично изображен ДВС 10 с четырьмя цилиндрами 11.1-11.4. Каждому цилиндру соответствует одна из четырех свечей 12.1-12.4 зажигания и одна из четырех форсунок 13.1-13.4. На головке блока цилиндров установлено два датчика 14.1, 14.2 детонации, подающих свои выходные сигналы к устройству 15 регулирования детонации. Установка момента зажигания для свечей происходит за счет выходных сигналов устройства 15 вместе с выходными сигналами устройства 16 регулирования угла опережения зажигания. Работу форсунок определяет выходной сигнал общего устройства 17 регулирования времени впрыска вместе с соответствующим выходным сигналом одного из четырех блоков 18.1-18.4 модификации времени зажигания.

На фиг. 2 блок-схема поясняет работу модифицирующих блоков 18.1-18.4, обозначенных одним общим блоком 18. Этот блок располагает характеристическим полем 19 максимального обогащения рабочей смеси, характеристическим полем 20 коэффициента уменьшения, схемой 21 вычитания, схемой 22 умножения и суммирующей схемой 23. Выходной сигнал модифицирующего блока 18 умножают в схеме 24 умножения коэффициента на выходной сигнал устройства 17 регулирования времени впрыска; образованный таким образом сигнал времени впрыска подают к соответствующей форсунке 13.1-13.4, к которой относится модифицирующий блок 18.

Когда двигатель 10 работает с определенной частотой вращения n и определенной нагрузкой L, устройство 16 регулирования угла опережения зажигания устанавливает соответствующий угол опережения зажигания сообща для всех цилиндров. Когда двигатель работает с этим углом опережения зажигания, детонации могут возникать по меньшей мере в одном из цилиндров, что регистрируется датчиками 14.1-14.4 детонации. По обоим сигналам устройство 15 регулирования детонации определяет, в каком цилиндре происходит детонационное сгорание. Оно устанавливает тогда для этого цилиндра изменение z угла опережения зажигания, которое суммирует в схеме 25 суммирования углов с углом опережения зажигания z , установленным посредством устройства 16 регулирования угла опережения зажигания, а затем зажигают свечу данного цилиндра в соответствии с этим суммированным углом опережения зажигания. Одновременно с этим к модифицирующему блоку подают сигнал z изменения угла.

Прежде чем более подробно пояснить, какое действие сигнал z изменения угла опережения зажигания вызывает в модифицирующем блоке 18, следует описать функцию характеристического поля 19 максимального обогащения. Оно составляется следующим образом. Двигатель эксплуатируют на бензине с высокой склонностью к детонации и с очень теплым впускаемым воздухом так, что для устранения детонации приходится устанавливать максимально допустимое изменение угла опережения зажигания в сторону позднего. Затем определяют, насколько сильно требуется обогатить подаваемую двигателю смесь, чтобы температура ОГ не возросла выше допустимого значения. Степень обогащения выражают коэффициентом обогащения. Практически испытания показали, что этот коэффициент может возрастать до значения 2 и что двигатель получает, следовательно, почти вдвое больше топлива, чем это потребовалось бы стехиометрически. Такой коэффициент обогащения определяют для различных комбинаций частоты вращения n и нагрузки L и записывают в характеристическое поле 19 максимального обогащения, адресуя через соответствующие значения n и L.

При работе двигателя в менее неблагоприятных условиях, чем они были установлены для составления характеристического поля максимального обогащения, для устранения детонации достаточно меньшего, чем максимально возможно, изменения угла опережения зажигания. Если максимально возможное изменение z угла опережения зажигания составляет, например, 15^o и при определенной комбинации значений n и L требуется максимальный коэффициент обогащения 1,5, с тем чтобы температура ОГ не превышала заданное значение, то коэффициент обогащения, требующийся при изменении угла опережения зажигания всего 5^o при тех же значениях n и L, с тем чтобы температура не превышала названное значение, составляет всего 1,1. Максимальный коэффициент обогащения необходимо, следовательно, модифицировать в зависимости от данного значения изменения z угла опережения зажигания. Этому служит характеристическое поле 20 коэффициента уменьшения.

Различные функциональные группы внутри модифицирующего блока 18 взаимодействуют между собой так, что для каждого цилиндра выполнена следующая зависимость:

FAR = FV_:(z_i)(FA_MAX-1)+1.

При этом FV_: является коэффициентом уменьшения (коэффициент > 1), соответственно считанным из характеристического поля 20 коэффициента уменьшения в соответствии с актуальным изменением z угла опережения зажигания. FA_MAX является коэффициентом максимального обогащения, считанным из характеристического поля 19 максимального обогащения для актуальных значений n и L. Умножение в приведенном управлении осуществляется схемой 22 умножения, вычитание значения 1 из значения FA_MAX - схемой 21 вычитания, а сложение значения 1 - в суммирующей схеме 23. Полученный таким образом коэффициент FAR обогащения умножают с помощью схемы 24 умножения коэффициента на время впрыска, заданное устройством 17 регулирования времени впрыска. При этом регулирование коэффициента избытка воздуха в устройстве 17 регулирования времени впрыска выключено, тогда как обогащение активировано благодаря функции предотвращения детонации. Для того чтобы задержать регулирование коэффициента избытка воздуха, устройство 17 регулирования времени впрыска получает от устройства 15 регулирования детонации сигнал, указывающий на то, что устанавливается такое изменение угла опережения зажигания, что для компенсации зависимости от этого повышения температуры топлива необходимо обогатить смесь.

В описанном примере выполнения из характеристического поля 20 уменьшения коэффициента считывают соответствующий коэффициент уменьшения только в зависимости от изменения z угла опережения зажигания. Однако это характеристическое поле может быть также зависимым от нагрузки и частоты вращения.

Вместо того, чтобы для каждой пары значений частоты вращения и нагрузки исходить из максимального коэффициента обогащения и модифицировать его коэффициентом уменьшения, можно считывать коэффициенты обогащения > 1 в зависимости от изменения z угла опережения зажигания из характеристики или характеристического поля, в которое входят в другие величины, а затем ограничить это значение до максимально допустимого в зависимости от актуальных значений частоты вращения и нагрузки. Однако особенно оптимальными являются действия, описанные с помощью фиг. 2.

В примере выполнения использовались два датчика детонации. Можно, однако, использовать также более двух или же всего один. Селективное обнаружение детонации возможно и в последнем случае, если все сигналы детонации могут надежно регистрироваться, поскольку зарегистрированный сигнал детонации может исходить всегда только от того цилиндра, в котором происходит воспламенение смеси.