Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания

ОЮЗ СОВЕТСНИКОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 ЯО 2 0 51)4 Е 02 Р 33/00 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ кии и э томобил и автоприбо боких,л и тво СССР О, 1979ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем измерения каждого временного интервала, вычисления текущей нестабильности вращения коленчатого вала как разности величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних временных интервалов, измерения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, определения по результатам измерения опорного уровня нестабильности, соответствующего оптимизируемому выходному параметру, вычисления разности между текущим значением и опорным уровнем нестабильности и фор мирования по этой разности управляющего сигнала на ее устранение, о т чающиися тем, что, с ц ью улучшения процесса регулирования, принимают в качестве временного интервала продолжительность рабочего цикла двигателя, измеряют частоту вращения в одинаковую фазу каждого цикла, определяют приращение частоты вращения за время между двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла и принимают его за параметр вращения.128016Изобретение относится к регулиро"ванию двигателей внутреннего сгорания, в частности к регулированию двигаталей легкого топлива, в т.ч. сфоркамерно-факельным зажиганием.Известен способ регулирования двигателя внутреннего сгорания путемизмерения каждого временного интервала, вычисления текущей нестабильности вращения коленчатого вала как 10разности величин параметра вращения,определяемых в течение двух соседнихвременных интервалов, измерения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, определения по результатамизмерения опорного уровня нестабильности, соответствующего оптимизируемому выходному параметру, вычисленияразности между текущим значением иопорным уровнем нестабильности и формирования по этой разности управляющего сигнала на ее устранение Ц .Применение способа приводит к повышению экономичности двигателя и кснижению токсичности отработавшихгазов, но он имеет некоторые существенные недостаткиОни определяютсятем, что в качестве временного интервала и в качестве параметра вращенияиспользован период вращения коленчатого вала.При выбранном параметре вращениянестабильность может быть определенатолько на установившихся скоростныхрежимах двигателя, а на неустановившихся скоростных режимах она не может быть выявлена на фоне регулярныхизменений частоты вращения коленчатого вала.40При выбранном временном интервале неисправность одного из цилиндров многоцилиндрового двигателя вызывает ложный сигнал нестабильностизначительной величины, что снижает45качество регулирования,Цель изобретения - улучшение процесса регулирования.С этой целью в качестве временно 50 го интервала принимают продолжительность рабочего цикла двигателя, измеряют частоту вращения в одинаковую фазу каждого цикла, определяют приращение частоты вращения за время меж 5 ду двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла и принимают его за параметр вращения. 2 2На фиг. 1 изображено в общем видепримерное семейство экспериментальных зависимостей нестабильностиотнагрузки двигателя Р (график д ), изменения частоты вращения п и нагрузки двигателя Р по времени (график е ),изменение опорного уровня нестабильности йи разности между текущимзначением нестабильности и опорнымуровнем Ь - 5 по времени (граопфик 1), изменение циклового расходатоплива С по времени (график 2 );на фиг, 2 - зависимости коэффициента избытка воздуха с и удельногорасхоДа топлива я е от нагрузки двигателя Р при постоянном значениичастоты вращения и = и, = сопяТ; нафиг. 3 - линейное изменение частотывращения и во времени и ее приращения за счет нестабильности на фиг.4 - кривая . разгона двигателяи ее аппроксимация; на фиг,5упрощенная функциональная схемасистемы для реализации способа.На фиг. 1-5 и в описании принятыследующие обозначения: Р - нагрузкадвигателя; И - частота вращения коленчатого вала; йп - приращениечастоты вращения коленчатого валаза счет регулярных изменений; 8 дприращение частоты вращения коленчатого вала за счет честабильности;Т - продолжительность рабочего цикла двигателя; л - настабильностьвращения коленчатого, вала; а- текущее значение нестабильности вращения коленчатого вала; Ь- опорныйуровень нестабильности вращения коленчатого вала; С - цикловой расход топлива; я Е - удельный расходтоплива; рею - минимальный относительный уровень удельного расходатоплива; о - коэффициент избыткавоздуха,Способ предусматривает оптимизацию одновременно одного выходного параметра при использовании одновременно одного регулируемого параметра.Оптимизируемыми выходными параметрами могут являться, например, относительный уровень удельного расходатоплива (экономичность), относительный уровень токсичности отработавшихгазов (минимизация), относительныйуровень максимальной мощности, величина коэффициента избытка воздухас 6,а в качестве регулируемых параметровмогут быть использованы, например,1280162 цикловой расход топлива С, угол опережения зажигания, количество рециркулируемых отработавших газов.Способ поясняется на примере оптимизации относительного уровня удельного Расхода топлива 8 ее мин.соответствующего режиму эффективногообеднения смеси, регулированием циклового расхода топлива с использованием карбюратора, 10Для того, чтобы обеспечить выполнение тРебованиЯ Яе = 8 е в пРоеицессе эксплуатации двигателя добиваются его выполнения в процессе эксперимента и при этом получают,15например семейство зависимостей Ь (Р) при разных Фикси:рованных значениях частоты вращения= союз при яе = Кем, (Фиг 1график а). 20Это семейство зависимостей реали зуют в соответствующем постоянномзапоминающем устройстве и по ним оп.ределяют для текущих значенийиР (Фиг,1, график 3 ) опорный уровеньнестабильности, соответствующий оптимизируемому выходному параметру,т еЗе = Яе ми, (фиг, 1, график 1 ) .Вычисляют текущее значение нестабильности вращения и разность междутекущим значением и опорным уровнемнестабильности Ь - Дрр (Фиг,1, график 5 ) и Формируют по этой разности управляющий сигнал на ее устранение, 35 При этом текущее значение нестабильности стремится к опорному уровню Д р , а цикловой расход топлива стремится к Величинесоответствую 4 О щей этому уровню (Фиг.1, график г ), чем обеспечивается выполнение требова"ия Ие СеОпределение по результатам измерения нагрузки Р и частоты вращения45 опорного уровня нестабильности Д , соответствующего оптимизируемому выходному параметру Ке 0 е мрн, поясняется на фиг,1.Моменты времени отмечены точками 1-12. Нагрузка Р между точками 1 и 2 убывает, между точками 2-4 сохраняется постоянной и после этого возрастает.Частота вращения между точками 1-3 сохраняется постоянной и равноймежду точками 3-6 она уменьшается довеличины= Ц, между точками 6 и 7 частота сохраняется постоянной и равной у =, между точками 7 и 8 возрастает, между точками 8-11 уменьшается, а между точками 11 и 12 сохраняется постоянной и равнойОпределение опорного уровня иллюстрируется построениями при помощи штриховых линий. В момент времени, отмеченный точкой 1, значение нагрузки Р проектируется на зависимость семейства. Ь (Р), полученную при= , т,е, в точку 1 (см графики 0 и й ). Из точки 1 опускается перпендикуляр на горизонтальную ось Ь" на графике С и полученная на этой оси точка переносится на вертикальную ось Д на графике Из этой точки проводятся горизонтальная, а из точки 1 - вертикальная линии и на их пересечении отмечается точка 1 , которая является значениемропорного уровня Ь , в рассматриваемый момент времени. Аналогичные построения осуществляются в моменты времени, отмеченные точками 2,3,6, 7,11 и 12, При этом используются соответствующие зависимости семейства Д(Р), полученные при Д = Д, = Ц или= ,1, а опорный уровень Ьна графике В отмечен точками 2 , 3 ",6, 7, 11 и 12 соответственно,Моменты времени, отмеченные точками 4,5,8,9 и 10 характерны тем, что действительные значения частоты вращенияне равны ни одному из значений, при которых получены зависимости семейства Д(Р) на графике а В эти моменты используют ту зависимость из семейства Д(Р), которая получена при частоте вращения, ближайшей к ее действительному значению. В соответствии с этим в момент, отмеченный точкой 4, используют зависимость, полученную при=в моменты, отмеченные точками 5,8 и 9, зависимость, полученную приа в момент, отмеченный точкой 1 О, зависимость, полученную приЗначения опорного уровня Д , полученные в эти моменты времени, отмечены на графике о точками 4 , 58,9 и 10 Значения опорного уровня в эти моменты времени можно получить и другими методами, например, интерполяцией,Регулирование циклового расхода топлива применительно к карбюратору80162постоянстве частоты вращения соответствует больший опорный уровень нестабильности Ьи по меньший цикловой расход топлива С, т.е, больший о Предполагается, что указанные условия соответствуют точкам 14 и 14.Когда частота вращения вала начнет падать, водйтель автомобиля или другой оператор ее восстановит, и когда момент сопротивления полностью уравновесится крутящим моментом, нагрузка возрастет до первоначальной величины Р=Р при о = иС Этому состоянию соответствуют точки/15 и 15. Полученный при этом цикловой расход топлива С сохраняется до очередного вычиспения текущего значения нестабильности Ьи определения опорного уровня Ь .При постоянстве частоты вращения и одновременном увепичении нагрузкиточка, соответствующая режиму эффективного обеднения смеси, будет передвигатьсЯ по кРивой Ке = КемивпРаво.В этом случае опорный уровень Ьнепрерывно изменяется.При объяснении процесса отработкиуправляющего сигнала для случаев одновременного изменения частоты вращенияи нагрузки Р должны быпи быиспользоваться семейства зависимосКе ц (Р)ф Ке(Р) и с 6(Р), полученные для разных фиксированных значений, Точка, соответствующая режиму эффективного обеднения смеси,будет в этом случае переходить наРазные зависимости семейств Ке (Р)и .о 6 (Р) . 40 45 50 55 5 12заключается в коррекции его работы,В этом случае (фиг.2) отработка управляющего сигнала происходит следующим образом,При постоянном значении частотывращения, в данном случае, например,при= , = сопз, изменение удельного Расхода топлива Ке без коРРекции карбюратора осуществляется поштриховой зависимости Ке(Р), изображенной в нижней части фиг,2, а работа карбюратора в режиме эффективного обеднения смеси, соответствующего выполнению условия Ке = Кеми 1осуществляется по сплошной кривойКе мин (Р)Если регулирование происходит припостоянной нагрузке Р = Р, = сопз(см,например, отрезок времени 2-3на фиг.1), то до начала процессарегулирования удельный расход топлива Ке соответствует точке 13 нанижнем графике, а величина коэффициента избытка воздуха М, , характеризующая цикловой расход топлива,соответствует точке 13 на верхнемграфике фиг,2,Оптимизация выходного параметра,т,е. выполнение условия К = Кесоответствует точкам 15 и 15(дляопределенности принято сС = 1,2).В начале процесса регулированият,е, нри Ксоответствующем точке13, текущее значение нестабильности Ь не равно опорному уровню Ьо,полученному для= , и Р = Р, присоблюдении УсловиЯ Ке = Ке,. Поэтому по разности Д - Ьвыра.батывают управляющии сигнал на устранение этой разности, т,е, текущеезначение нестабильности Ь стремится к опорному уровню Ьо, полученному при Ке = Ке,ц, и, следовательно, значение Ке стРемитсЯ к точке 15, а коэффициент М , характеризующий цикловой расход топлива, стремится к точке 15Переход системы регулирования източек 13 и 13 в точки 15 и 15 соответственно осуществляется через точки. 14 и 14 , Объясняется это тем, что в начале отработки управляющего сигнала сразу начинается обеднение смеси. Оно вызовет уменьшение нагрузки, например, до значения Р = Р, е частота вращения сохранится равнойпока продолжается вращение ва ла по инерции, Меньшей нагрузке при 10 15 20 25 30 35 Вычисление текущей нестабильности вращения производят следующим образом. Измеряют продолжительность каждого рабочего цикла двигателя, например, при помощи импульсов, полученных через один в верхней мертвой точке (ВМТ) одного цилиндра, измеряют частоту вращения в одинаковую фазу каждого цикла, например, в момент получения укаэанных импульсов ВИТ, определяют приращение частоты вращения эа время между двумя очередными измерениями, вычисляют отношение этого приращения к продолжительности цикла и принимают его за параметр вращения, вычисляют текущую нестабильность как разность величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних циклов, т.е, 1280162в течение двух соседних временных интервалов.Поскольку эту разность, т.е. текущее значение нестабильности, необходимо сравнивать с опорным урбънем 5 нестабильности Ь , являющимся положительной величиной, то она тоже должна всегда быть положительной. Поэтому ее вычисляют вычитанием меньшего значения параметра вращения из большего.Принятая в данном способе мера нестабильности вращения позволяет при вычислении текущего значения нестабильности устранить влияние ре 15 гулируемых изменений частоты вращения на неустановившихся скоростных режимах, а также влияние сравнительно низкочастотных циклических колебаний частоты вращения, наблюдаемых на установившихся скоростных режимах.".Сказанное иллюстрируется Фиг. 3 и 4. В соответствии с Фиг,З, на которой показано линейное возрастание частоты вращения во времени, т,е. отражено равноускоренное вращение вала, разность величин параметра вращения, определяемых в течение двух соседних временных интервалов, равна30д 1+ 87;+Ь ---Т где Т;, и Т - продолжительность двух соседних временных интервалов, за которую принята продолжи тельность рабочих циклов; д и д;+1 - приращения частоты вращения соответственно за циклы Т;, и Т; обусловленные регулярными изменениями частоты вращения; 8 и 3;- приращения частоты вращения за счет нерегулярных изменений частоты вращения соответственно за те же циклы,Поскольку частоту вращения измеряют в одинаковую фазу каждого цикла, . то время между двумя очередными измерениями равно продолжительности цикла. Поэтому каждая дробь приведенного выражения является параметром вращения, а разность между ними, определяемая в течение двух соседних интервалов, т.е, циклов, является текущим значением нестабильности вращения, Полученное выражение можно переписать в виде( 2 111 Т 1+ г Как явствует из фиг.З при линейном изменении частоты вращения первая скобка обращается в нуль и поэтому текущая нестабильность, учитывая, что при ее определении из большего вычитается меньшее, равнаГ , 3;ЪТ;+т т.е. влияние регулярных изменений частоты вращения устраняется.В общем случае изменение частоты вращения не является линейным. Для примера на фиг. 4 приближенно изображена кривая разгона автомобильного двигателя. Эту кривую можно апроксимировать отрезками прямых, соединяющих точки 16 и 18,7 и 19. Каждый из этих отрезков охватывает участки двух соседних рабочих циклов, на протяжении которых вычисляется текущее значение нестабильности. На этих участках изменение частоты вращения можно приближенно считать линейным и, следовательно, можно пользоваться последней Формулой. Правомерность апроксимации всей прямой разгона подтверждается следующими соображениями.Ориентировочное время разгона автомобильного двигателя от 1000 об/мин до 6600 об/мин на одной передаче можно принять равным 5 с. Среднее число1000+6600оборотов вала2= 3800 об./мин = 63 об,/с. Следовательно, за время разгона осуществля 63 х 5 ется приблизительно --- = 157 ра 2бочих цикла или приблизительно 78 пар таких циклов. Таким образом кривая разгона Фиг.4 апроксимируется 78 отрезками прямых, что вполне достаточно для принятого допущения, 1Упрощенная функциональная схема системы (фиг,5), составленная применительно к регулированию циклового расхода топлива при помощи электронного карбюратора, содержит следующие элементы; двигатель 20, датчик 21 нагрузки (разрежения, характеризующего нагрузку), датчик 22 частоты вращения коленчатого вала, датчик 23 ВИТ одного цилиндра, формирователь24 опорного уровня нестабильности,формирователь 25 текущего значениянестабильности, Формирователь 26 управляющего сигнала, исполнительныйэлемент 27 карбюратора, карбюратор 28,5Схема работает следующим образом.На формирователь 25 текущего значения нестабильности поступают сиг"налы с датчика 22 частоты вращенияи импульсы с датчика 23 ВМТ через 10один, причем последние стробируютсигналы датчика частоты вращения, Вкачестве временного интервала, используемого для вычисления текущейнестабильности, принимают интервалмежду двумя импульсами, поступающими с датчика ВМТ, через один, являющийся продолжительностью рабочегоцикла двигателя,Благодаря указанному выше стробированию, частота вращения измеряется в одинаковую Фазу каждого цикла,в данном случае в момент начала рабочего хода или выпуска в одном цилиндре.В формирователе 25 определяют приращение частоты вращения за времямежду двумя очередными измерениями,вычисляют отношение этого приращенияк продолжительности цикла, равномувремени между двумя очередными измерениями частоты вращения, и принимают его за параметр вращения. Текущую нестабильность вычисляют какразность величин параметра вращения, 35определяемых в течение двух соседнихвременных интервалов, т,е, циклов,причем из большей величины вычитаютменьшую,Полученное значение текущей неста бильности поступает с Формирователя25 на один из входов формирователя26 управляющего сигнала В формирователе опорного уровня нестабильности 24 размещено постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которомреализовано семейство зависимостейЬ(Р), полученное при соблюдении условил К е = Я е м(см, фиг, 1, граФика ). 50 Считывание данных с ПЗУ производится сигналами с датчиков 21 нагрузки и частоты вращения 22, которые также стробируются импульсами дат чика 23 В 1"1 Т, поступающими через одинв Формирователь 24. Таким образом,информация о частоте и нагрузке(Фиг,1, график о ) используетсяодин раз в течение каждого цикла,причем в ту же его фазу, в которуюопределяют величину текущего значения нестабильности,Полученный в формирователе 24опорный уровень нестабильности Аосоответствующий оптимизируемому выходному параметРУ КЕ = Ье мин (фиг 1график Ь ), поступает на второй входформирователя 2 б управляющего сигнала.В формирователе 26 вычисляют разность между текущим значением иопорным уровнем нестабильности Ь(Фиг,1, график ) и формируют поэтой разности управляющий сигнал наее устранение,Управляющий сигнал может Формироваться, например, в виде прямоугольных импульсов с переменной скважностью. Эти импульсы поступают на исполнительный элемент 27 электронногокарбюратора 28Исполнительным элементом может являться, например, жиклер с электромагнитным управлением.Поступающие на него импульсы перекрывают (или открывают) жиклер и цикловой расход топлива 6 регулируетсяизменением скважности.При этом цикловой расход топливапри поступлении очередного управляющего сигнала изменяется так, что этовызывает уменьшение разности междутекущим значением и опорным уровнемнестабильности Ь - Ь, тле. Управляющий сигнал Формируется на устранение этой Разности. При этом текущее значение нестабильности Ьстремится к опорному уровню Ьудельный расход топлива С устанаваливается такой величины, которая обеспечивает выполнение условияЙе = е мин (Фиг.1, график 2 ). Скважность импульсов, полученная в результате отработки управляющего сигналаи определяющая величину 6, сохраняется до формирования очередного управляющего сигнала.Применение способа позволит повысить экономичность двигателя и снизить токсичность отработавших газов.1280162 нк ставитель В. хред А.Кравч Редактор ь орректо ти каз 7035/3 и и открытийаушская наб., д.4/ изводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Тираж 523ВНИИПИ Государственнопо делам изобретени113035, Москва, Ж,Подписноекомитета СССР