Способ стабилизации стехиометрического состава смеси в двигателе внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСНИХШйПЮЗНЕНВРЕСПУБЛИК 69 ОИ 4(5) Г 02 0 33/00 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ -:.10ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. Н АВТОБУСНОМУ СВИЗВТВЪСТВУффЩ аааа 1(72) Л.М.Регельсон и Э.Х.Черняев (71).Научно-исследовательский и экспериментальный институт автотракторного электрооборудования и авто- приборов(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 966267, кл. Р 02 Р 33/00, 198.(54) (57) С 11 ОСОБ СТАБКЛИЭАЦИИ СТЕХИО-МЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СМЕСИ В ДВИГА-ТЕПЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ по авт.св. В 966267, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности стабилизации, перед формированием управлякщего сигнала измеряютамплитуды разностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, покоторой подбирают коэффициент деления частоты следования импульсов,и управляющий сигнал фирмируют с учетом подобранного. коэффициента.Иэобретение относится к двигатепестроению, в частности к автоматическому регулированию двигателей внутреннего сгорания.По основному авт.св. М 966267 известен способ стабилизации стехиометрического состава смеси в двигателе внутреннего сгорания путем регистрации сигнала от датчика состава отработавших газов, задания уров О ня опорного напряжения, соответствующего стехиометрическому составу смеси, сравнения с ним сигнала датчика, выработки по результатам сравнения разностного сигнала и воздейст 15 вия на орган регулирования топливо- воздушной смеси на устранение этого сигнала, причем вырабатывают в одинаковую фазу каждого рабочего цикла двигателя импульс и формируют 2 О управляющий сигнал путем стробирования этим импульсом разностного сигнала, а результат воздействия калло" го управляющего сигнала на орган регулирования сохраняют до получе ния очередного управляющего сигна" ла 11.Однако данный способ является при емлемым для случаев, когда датчик состава отработавших газон расположен в начале выпускного трубопровода вблизи блока цилиндров. Такое расположение датчика обосйечивает. сравнительно малу,. инерционность системы стабилизации, но датчик реа 35 гирует на состав отработавших газов того цилиндра, в котором в данный момент осуществляется выпуск, чтообусловливает снижение качества процесса регулирования, так как изменение состава смеси происходит вовсех цилиндрах по составу-отработавших газов лишь одного иэ них.Для устранения этого несоответствия в некоторых системах датчикрасполагают в конце выходного трубопровода. В этом случае отработавшиегазы всех цилиндров до подхода к датчику успевают перемешиваться и датчик реагирует иа состав отработавших газон, обусловленный суммарным воздействием всех цилиндров. Кроме того, регулирование по соста" ву отработавших газов в конце выпускного трубопровода обосновано еще и темчто отработавшие газы непосредст венно после выпускного трубопровода попадают для очистки в трехкомпонент. ный каталитический нейтралиэатор,который действует только при составе отработавших газов, поступающихв него, точно соответствующем заданному стехиометрическому составусмеси.Расположение датчика в конце выпускного трубопровода неизбежно приводит к повышению инерционностисистемы регулирования (стабилизации ), поскольку на прохождение отработавших газов по выпускному трубопроводу затрачивается определенное время, существенно зависящее отчастоты вращения коленчатого вала,Кроме того, способ характеризуется недостаточной точностью и, какследствие этого, к ухудшенными качествами очистки (нейтрализации ) отработавших газов,Цель изобретения - повышение точности стабилизации стехиометрического состава смеси,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу стабилизации стехиометрического составасмеси в двигателе внутреннего сгорания путем регистрации сигнала от дат.чика состава отработавших газов,задания уровня опорного напряжения,соответствующего стехиометрическому составу смеси, сравнения с нимсигнала датчика, выработки по результатам сравнения разностного сигнала и воздействия им на орган регулирования топливовоздушной смесина устранение этого сигнала, причемвырабатывают в одинаковую фазу каждого рабочего цикла импульс и формируют управляющий сигнал путем стробирования этим импульсом раэностного сигнала, а результат воздействиякаждого управляющего сигнала на орган регулирования сохраняют до получения очередного управляющего сигнала, перед формированием управляющего сигнала измеряют амплитуды раэностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, по которой подбираюткоэффициент деления частоты следования импульсов и управляющий сигналфирмируют с учетом этого коэффициента,На фиг.1 изображена упрощеннаяфункциональная схема для осуществления способа, на фиг,2 - зависимостьнапряжения 0 , вырабатываемого датчиком состава отработавших газов(кислородного датчика), от коэффициента избытка воздуха с( опорное(сигнал ошибки) 0 =18-0 ф.на Фиг.ЗФункций времени для случая расположения кислородного датчика в началевыпускного трубопровода при коэффициенте деления частоты следованияимпульсов, равном единице: напряжение, вырабатываемое кислороднымдатчиком 1, опорное напряжение Оши разностный сигнал (сигнал ошибки) 1 О0 ОШ (график а), напряжения на выходе компараторов (график 8), стробирующий импульс, вырабатываемый одновибратором (график 8)., управляющийсигнал на входе одного иэ электромагнитных клапанов ЭМК (график 1), .управляющий сигнал на входе другогоЭМК (график, положение золотника клапана-доэатора (график 8) и количество дополнительного регулируе 2 Омого воздуха (график ж) на Фиг.4 -Функции времени для случая расположения кислородного датчика в концевыпускного трубопровода: количествддополнительного регулируемого воздуха бв начале выпускного трубопровода (графика количество дополнительного регулируемого воздухаЭв месте установки датчика и количество дополнительного регулируемого воздухабод, соответствующее стехиометричесйому составу смеси (график 3)импульсы, вырабатываемыеодновибратором ( график ), стробирующие импульсы при оптимальномкоэффициенте деления ( график )положение золотника клапана-дозато-;ра (график) , на фиг,5 - клапандозатор,На Фиг. 1 " 5 и в тексте при,няты следующие обозначения: Ж " коэ" 40Фициент избытка воздуха; 1 - продолжительноть рабочего цикла двигателя,1 - напряжение, вырабатываемое кислородным датчиком; 10 - опорноенапряжение, Оц - разностный сигнал45(сигнал ошибки), 0 - напряжение навыходе одного из компараторов,0 - напряжение на выходе другогокомпаратора,- импульс, вырабатываемый одновибратором, У - стробирующий импульс при оптимальномкоэффициенте деления, Оо - управляющий сигнал на входе ЭКМ (1 О ),О - управляющий сигнал на входеЭКМ (11); Оатмосферное давление, 556 Р - раэреженче во всасывающем коллекторе," Г 1 - сила сжатия пружины,действующая на диафрагму, рк - сила 1 действующая на диафрагму от раэре" жения в камере клапана-дозатора,- количество дополнительного регулируемого воздуха в отработавших газах на входе выпускного трубопровода, СЭ -"количество дополнительног регулируемого воздуха в месте установки кислородного датчика; (- количество дополнительного регулируе" мого воздуха в отработавших газах, соответствующее стехиометрическому составу смеси 6- цикловой расход дополнительного воздухаф 5 - полоЭжение золотника клапана-доэатора.Система регулирования для осущест вления способа (Фиг.1 содержит потенциометр 1 опорного напряжения, кислородный датчик ( - зонд) 2, операционный усилитель 3, компараторы 4 и 5, схемы б и 7 совпадения, усилители 8 и 9 тока электромагнитные клапаны (ЭИК) 10 и 11, датчик 12 высоковольтного импульса зажигания одного из цилиндров, свеча 13 зажигания, .одновибратор 14, схема деления частоты следования импульсов 15.Клапан-дозатор содержит электромагнитные клапаны (ЭМК) 10 и 11, диафрагму 1 б, пружину 17, камеру 18 дозатора и золотник 19.Для пояснения процесса регулирования (стабилизации) рассмотрим пред" варительно случай, когда кислородный датчик установлен в начале выпускного трубопровода и коэффициент деления частоты слецования равен еди: нице, т.ецеления не производят.Процесс регулирования протекает следующим образом. Если к началурегулирования смесь богатая, то Ц, =0 -0 0 (график д, Фиг.З) процессы в цепях схемы осуществляются так, что сигнал ошибки, преобразованный операционным чсилителем 3, поступает на компаратор 5 и с его выхода напряжение 1 (график 5, Фиг.З) поступает на схему 7 совпадения, где оно стробируется импульсом(график 1, фиг.31. Стробирующий импульс 4 получают с одновибратора 14, который запускается импульсом зажигания свечи 13 одного из. цилиндров, генерируемых высоко- вольтной катушкой (датчиком 12). Таким образом стробирующий импульс вырабатывают в одинаковуюфазу каждого рабочего цикла двигателя, в данном случаев моментначала воспламенения в одном определенном цилиндре, 1137228Далее преобразованный сигналошибки, т.е. разностный сигнал стро.бируемый импульсом 1 ц, с выходасхемы 7 совпадения через усилительтока 9 постчпает с периодичностьюТ в качестве чправляюшего сигналаЦ, на ЭИК 11 (график диг.З).На время действия управляю".;егосигнала ЭИК 11 (Лиг.5 ) открывает достчп разрежению .60 в камеру доэатора 18. пружина 17 сжимается и золот"ник 19 вместе с диафрагмой 1 б передвигается (график е, фиг,З), увеличивая доступ дополнительного атмосферного воздуха (давление РО 1 во 15всасывающий коллектор 1,графикафиг. 3), обеспечивая тем самым обеднение смеси (графика фиг.З).Положение золотника 19 сохраняет"ся до прихода следующего управляющего сигнала, т.е, воздействие управляющего сигнала на орган регулирования сохраняется до получения очередного управляющего сигнала,Когда смесь становится бедной и 25сигнал ошибки ЦО =О- Оо(О то полученное на выходе операционногоусилителя 3 напряжение преобразованного сигнала ошибки воздействуетна компаратор 4 и далее через усилитель 8 стробируемый управляющий сиг-нал поступает на ЭМК 1 О (графикфиг.З 1 который на время действияэтого сигнала пропускает в камеруклапана-дозатора атмосферное давпе 35ние 1 оказывая ка дозатор воэдей 0с вие, противоположное укаэанномувьппе т.е. обогащая смесь.Если до формирования очередногоуправляющего сигнала смесь (фиг,З)еще ке успела пройти через состояниеА=1 то повторяются предыдущие процессы.Таким образом, разностный сигнал,т;е, сигнал ошибки, воздействует наорган регулирования на устранениеэтого сигнала. случае расположения датчика в конце выпускного трубопровода ра"(3 циональко осуществлять деление частоты следования импульса, стробирующего раэностный сигнал, так как требуется определенное время на продвижение отработавших газов от вход 5 кого до выходного конца выпускного грубопровода, а также на перемеши" ванне при этом отработавших газов от выхода разных цилиндров При отсутствии глушителя указанное время продвижения приблизитель" но равно продолжительности рабочего цикла двигателя Т . При наличии глупителя условия для перемешивания улучшаются, но время продвижения отработавших газов существенно увеличивается. Можно полагать, что время 1продвижения данной порции отработавших газов равно суммарной продолжительности нескольких рабочих цик-лов.Поэтому изменение состава отработавших газов Чот дополнительно регулируемого воздуха на входе выпускного трубопровода (график ц, Фиг.4) отражается на его выходе, т.е, в месте установки датчика с задержкой во времени, например, 4 в виде изменения перемешанного состава отработавших газов С д (графикБ, Фиг,4), Именно на этот состав отработавших газов реагирует кислородный датчик, расположенный в конце выходного трубопровода.Если приэтом сохранить равным единице коэффициект деления частоты следования импульсов, стробирующих разкосткык сигнал, т,е. если производить стабилизацию в соответствии с известным способом без предлагаемого дополнения, то каждый импульс одновибратора 14 (график 3, фиг.4) стробирует разкосткый сигнал, т.е, управление золотником клапана-доза- .тора осуществляется один раз в течение каждого рабочего цикла Т,Учитывая отмеченное ка графике 3 фкг,4 штриховой линией количество дополнительно регулируемого воздуха в отработавших газах, соответствующее стехиометрическому составу .смеси 6. получаем ка графикеФиг.4 положение золотника клапанадозатора 1при коэффициенте деления частоты следования, равном единице (тонкая ступенчатая линия), При этом воздействие клапана-дозатора ка сос тав отработавших газов, являющееся следствием регулирования состава смеси, показано ка графиках д и ц фиг,4 тонкими ступенчатыми линиями к отражает наличие отрицательной об ратной связи. Последнее иллюстрирует ся тем, что при количестве дополнительного регулируемого воздуха в месте установки датчика большем, чем количество регулируемого воздуха, соответствующего стехиометричес1137228 7кому составу смеси(график 8) золотник клапана-дозатора передвигается в такую сторону, что количество воздуха уменьшается. При количестве дополнительного регулируемого воздуха меньшем 10 происходит обратный процесс. При этом видно, что состав смеси в процессе регулирования существенно отклоняется от стехиометрического, поскольку происходит су щественное отклонение количества дополнительного регулируемого воздуха от о, э.е. точность стабилизации невелика,В изобретении с целью повышения 15точности стабилизации перед формиро.ванием управляющего сигнала измеряюамплитуды разностного сигнала, фиксируют минимальную амплитуду, по которой подбирают коэффициент деления 2 Очастоты, следования импульсов и управляющий сигнал формируют с учетомподобранного коэффициента,Полученные для этого случая стробируюшие импульсы 0при оптимальном д 5коэффициенте делении показаны на графикефиг,4, Жирными ступенчаты-,ми линиями показаны на фиг.4 дляэтого случая положение золотникаклапана-доэатора 8 (график ) и воздвйстви клапана-дозатора на составотработавших газов ( графики а и 3) .ГраФ: 5 фиг,4 показывает, чтов предложенном способе отклонениесостава отработавших газов от .соста 35ва отработавших газов, соответствующего стехиометрическому составусмеси, в процессе регулирования мень.ше и , следовательно, точность стабилизации выше, чем в способе Ц . Подбор коэффициента деления осуществляется для каждой марки автомобиля или с учетом конкретных условий установки двигателя вне автомобиля,Подбор коэффициента деления осуществляют по минимальной амплитуде разностного сигнала. Правомерность такого подхода поясняется следующим образом. В процессе подбора коэффициента деления при его изменении изменяется максимальное отклонение количества дополнительного регулируе мого воздуха 5 в месте установки датчика от количества этого воздуха, , соответствующего стехиометрическому составу смеси (график 3 фиг,4 ),В соответствии с этим изменяется амплитуда разностного сигнала, т.е. сигнала ошибки 0 (фиг.2) .Поэтому, получая, например, осциллограммы раз ностного сигнала, типа осциллограммы, показанной на графике д фиг.1, в процессе подбора коэффициента деления добиваются получения минимапьной амплитуды разностиого сигнала, что соответствует минимальному откло нению состава смеси от стехиометрического, т.е. максимальной точности стабилизации. Выбрав коэффициент деления частоты следования импульсов по минимальной амплитуде разностного сигнала, этот коэффициентсохраняют на все время осуществления процесса регулирования. Использование изобретения в карбюраторных двигателях позволяет снирить уровень основных токсических компонентов-окислов азота, углерода и углеводорода в окружающей среде.1137228 Рак з,Х каз 10491/24 Тираж 538 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР м изобретений и открытий 11 ква, ЖРаушская наб., д. 4/5