способ управления работой двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, основанный на формировании воздушного потока и потока воздушной низкотемпературной плазмы, активизации углеводородного топлива сформированным потоком воздушной низкотемпературной плазмы и закаливании полученных продуктов плазмоэлектрохимического пиролиза, отличающийся тем, что регулируют интенсивность ранее сформированного воздушного потока, направляют отрегулированный воздушный поток и поток ранее закаленных продуктов плазмоэлектрохимического пиролиза в область ожидания и смешивания двигателя для их смешивания, сжимают полученную смесь до самовоспламенения, фиксируют в каждом цикле работы двигателя изменение ускорения вращения коленчатого вала и/или давления в камере сгорания и/или изменение акустических колебаний процесса сгорания топлива, измеряют интервал рассинхронизации и уменьшают в последующих циклах работы двигателя измеренное рассогласование зафиксированных физических состояний двигателя путем изменения состава горючей смеси и ее химической активности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигательных установках внутреннего сгорания для управления их работой.

Известен способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, основанный на прослушивании акустических шумов работы двигательной установки и/или определении изменения ускорения перемещения подвижного основания (транспортного средства), на котором установлен двигатель, с помощью вестибулярного аппарата оператора (водителя транспортного средства) и изменении расхода углеводородного топлива для обеспечения заданного оператором режима работы двигателя [1]. Недостаток известного способа состоит в низком быстродействии и большой утомляемости оператора при управлении работой двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, работа двигателя внутреннего сгорания определяется только заданным узким классом (типом) углеводородного топлива.

Наиболее близким известным техническим решением-прототипом является способ управления работой двигателя внутреннего сгорания за счет изменения горючей смеси, который характеризуется тем, что формируют воздушный поток и поток воздушной низкотемпературной плазмы, активируют углеводородное топливо сформированным потоком воздушной низкотемпературной плазмы и закаливают полученные продукты плазмоэлектрохимического пиролиза [2]. За счет изменения состава горючей смеси и ее химической активности с помощью карбюратора и плазмоэлектрохимической технологии осуществляется управление работой двигателя внутреннего сгорания с различными типами углеводородного топлива с принудительной электроискровой системой зажигания и/или с топливной аппаратурой высокого давления.

Недостаток прототипа состоит в низкой достоверности результата управления работой двигателя внутреннего сгорания, так как количество и качество приготовленной управляющей горючей смеси не учитывают физическое состояние работающей двигательной установки. Другой недостаток прототипа заключается в сложности технической реализации из-за необходимости включения в контур управления работой двигателя системы принудительного электроискрового зажигания и/или топливной аппаратуры высокого давления.

Целью изобретения является повышение достоверности управляющего воздействия изменения горючей смеси на работу двигателя внутреннего сгорания за счет автоматической коррекции состава и химической активности горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя. Другая цель изобретения состоит в упрощении технической реализации за счет замены сложной и дорогостоящей системы принудительного электроискрового зажигания и/или топливной аппаратуры высокого давления на более простую техническую реализацию плазмоэлектрохимической технологии внутрикамерных процессов двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения заключается в том, что, кроме известных и общих операций, а именно формирования воздушного потока и потока воздушной низкотемпературной плазмы, активизации углеводородного топлива сформированным потоком воздушной низкотемпературной плазмы и закаливания полученных продуктов плазмоэлектрохимического пиролиза, предлагается новая совокупность операций, которая характеризуется тем, что регулируют интенсивность ранее сформированного воздушного потока, направляют отрегулированный воздушный поток и поток ранее закаленных продуктов плазмоэлектрохимического пиролиза в область ожидания и смешивания двигателя для их смешивания, сжимают полученную смесь в камере сгорания для ее самовоспламенения, фиксируют в каждом цикле работы двигателя его физическое состояние, например, изменение ускорения вращения коленчатого вала и/или давления в камере сгорания и/или изменение акустических колебаний процесса сгорания топлива, измеряют интервал рассинхронизации и уменьшают в последующих циклах работы двигателя измеренное рассогласование зафиксированных физических состояний двигателя путем изменения состава горючей смеси и ее химической активности.

Новизна изобретения состоит в том, что регулируют интенсивность ранее сформированного воздушного потока, направляют отрегулированный воздушный поток и поток ранее закаленных продуктов плазмоэлектрохимического пиролиза в область ожидания и смешивания двигателя для их смешивания, сжимают полученную смесь в камере сгорания для ее самовоспламенения, фиксируют в каждом цикле работы двигателя его физическое состояние, например, изменение ускорения вращения коленчатого вала и/или давления в камере сгорания и/или изменение акустических колебаний процесса сгорания топлива, измеряют интервал рассинхронизации и уменьшают в последующих циклах работы двигателя измеренное рассогласование зафиксированных физических состояний двигателя путем изменения состава горючей смеси и ее химической активности, что позволяет упростить техническую реализацию и повысить достоверность управляющего воздействия изменения горючей смеси на работу двигателя внутреннего сгорания за счет автоматической коррекции состава и химической активности горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя.

Функциональная схема примера реализации предлагаемого способа управления двигателя внутреннего сгорания приведена на чертеже, где обозначено: 1 - двигатель внутреннего сгорания; 2 - область ожидания и смешивания (впускной коллектор); 3 - блок n силовых цилиндров; 4 - плазмоэлектрохимический генератор; 5 - блок электрического питания; 6 - регулятор расхода электрической энергии; 7 - генератор низкотемпературной плазмы; 8 - плазмохимический реактор; 9 - блок закаливания продуктов плазмоэлектрохимического пиролиза углеводородного топлива (блок снижения скорости рекомбинации химически активных частиц); 10 - система подачи воздуха; 11 - регулятор расхода воздуха; 12 - исполнительное устройство регулятора блока закаливания; 13 - воздушная дроссельная заслонка; 14 - система подачи углеводородного топлива; 15 - регулятор расхода топлива; 16 - контроллер; 17 - блок ввода исходных (начальных) данных; 18 - блок датчиков; 19 - элемент задания (задатчик) режима работы двигателя водителем (оператором).

На чертеже показано, что в исходном состоянии двигатель внутреннего сгорания 1 своей областью ожидания и смешивания 2 соединен с соответствующими n силовыми цилиндрами блока цилиндров 3. Первый вход плазмоэлектрохимического генератора 4 подключен к выходу блока электрического питания 5 через регулятор расхода электрической энергии 6 и последовательно соединенные между собой генератор низкотемпературной плазмы 7, плазмохимический реактор 8 и блок закаливания 9 к входу области ожидания и смешивания 2. Выход системы подачи воздуха 10 через регулятор расхода воздуха 11 соединен со вторым входом генератора низкотемпературной плазмы 7. Выход исполнительного устройства 12 регулятора подключен ко второму входу блока закаливания 9. Воздушная дроссельная заслонка 13 включена между выходом системы подачи воздуха 10 и вторым входом области ожидания и смешивания 2. Выход системы подачи углеводородного топлива 14 через регулятор 15 соединен со вторым входом плазмохимического реактора 8. Выходы контроллера 16 подключены к управляющим входам соответствующих регуляторов 6, 11-13 и 15. Выход блока 17 подключен к входу ввода исходных (начальных) данных контроллера 16. Информационные входы контроллера 16 соединены через блок датчиков 18 к выходам соответствующего элемента 19 задания режима работы и выходам двигателя внутреннего сгорания 1.

Пример технической реализации предлагаемого способа управления двигателем внутреннего сгорания работает следующим образом.

Воздушный поток с выхода системы подачи воздуха 10 через регулятор 11 поступает на один из входов генератора 7, в котором образуется низкотемпературная плазма, что реализует известные операции формирования воздушного потока и потока воздушной низкотемпературной плазмы. Расход воздуха из воздушной системы 10 для генерации плазмы не превышает (1-2%). Электрическое напряжение для генерации плазмы поступает с выхода блока электрического питания 5 через регулятор 6.

Сформированный воздушный поток низкотемпературной плазмы с выхода генератора плазмы 7 направляется в плазмохимический реактор 8, где происходит известная операция активирования углеводородного топлива, которое из топливной системы 14 через регулятор 15 поступает в реактор 8. Для исключения последующего несанкционированного воспламенения полученного активированного углеводородного топлива его закаливают известным в прототипе приемом с помощью блока закаливания 9.

Ранее сформированный воздушный поток с выхода воздушной системы 10 предлагается отрегулировать с помощью воздушной дроссельной заслонки 13 и направить его в область ожидания и смешивания 2 двигателя внутреннего сгорания 1, куда предлагается направить ранее полученные закаленные продукты плазмоэлектрохимического пиролиза с выхода блока 9 закаливания. В области ожидания и смешивания 2 двигателя 1 реализуется предлагаемая операция смешивания воздуха и закаленных продуктов пиролиза. Полученную смесь сжимают в камере сгорания до ее воспламенения. Момент воспламенения горючей смеси задается ее сформированным в блоке 2 составом и химической активностью.

Далее предлагается в каждом цикле работы двигателя фиксировать его физическое состояние, например, путем измерения вариаций ускорения вращения коленчатого вала и/или давления в камере сгорания и/или измерение изменения акустических колебаний процесса сгорания топлива. Указанная операция фиксирования физических параметров двигателя реализуется с помощью блока датчиков 18, выходные сигналы которых поступают на информационные входы контроллера 16, с помощью которого осуществляется также измерение интервала межцикловой рассинхронизации работы двигателя.

Измеренное рассогласование зафиксированных физических состояний двигателя в каждом цикле его работы уменьшают до нулевого (пренебрежимо малого) значения путем изменения состава горючей смеси и ее химической активности. Для этого управляющие сигналы с выхода контроллера 16 воздействуют на соответствующие регуляторы расхода электрической энергии 6, воздуха 11 и 13, топлива 15 и степени закалки 12 с учетом заданных исходных (начальных) данных в блоке 17 исходных данных.

При изменении режима работы двигателя элементом 19 возникшее рассогласование его фиксированных параметров автоматически устраняется, что повышает достоверность управления двигателем внутреннего сгорания.

Промышленная применимость предлагаемого способа управления двигателем внутреннего сгорания достигается тем, что предлагаемые новые операции реализуются типовыми функциональными блоками, а именно датчиками 18, контроллером 16 и регуляторами 6, 11-13 и 15, которые используются по своему прямому известному назначению и указаны в работе [3]. По материалам предлагаемого изобретения в 1999-2000 гг. авторами разработана техническая документация и проводятся испытания опытных образцов ДВС в сотрудничестве с АО "АВТОВАЗ" и ДОАО "ИЖМАШ-АВТО".

Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что повышается приблизительно в два раза достоверность управляющего воздействия на двигатель внутреннего сгорания за счет увеличения потока управляющей информации от датчиков в цепи обратной связи управления работой двигателя внутреннего сгорания.

Кроме того, упрощается техническая реализация управления рабочими процессами двигателя внутреннего сгорания за счет замены сложной и дорогостоящей топливной аппаратуры высокого давления и/или системы принудительного электроискрового зажигания на более простую техническую реализацию плазмоэлектрохимической технологии внутрикамерных процессов двигателя внутреннего сгорания.

Литература

1. Сига X. , Мидзутани С. Введение в автомобильную электронику. Пер. с японского. - М.: Мир, 1989 г., с.11-31 (аналог).

2. Патент РФ 2051289 "Способ приготовления топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления", МПК F 02 М 27/00, 1992 г. (прототип).

3. Автомобильный справочник. Пер. с англ., Первое Русское издание. М., За рулем, 2000 г., с.434-479.1