Способ управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания по межцикловой нестабильности процесса сгорания и устройство для его осуществления

 

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.

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: N_п - количество рабочих циклов с ухудшенным горением; N_и - количество измеренных рабочих циклов; К - предельный коэффициент отношения N_п/N_и; α - коэффициент избытка воздуха; Р_о.г - давление отработавших газов и датчик Р_о.г; Р_i - текущее значение давления ОГ; Р_ср - среднее значение амплитуд импульсов давления ОГ; ВМТ - отметка верхней мертвой точки одного из цилиндров и датчик отметки ВМТ; УИ - угловые импульсы положения коленчатого вала двигателя и датчик УИ; ИФВ - импульсы начала фазы выпуска цилиндра и датчик ИФВ; Ф_др - положение дроссельной заслонки и датчик Ф_др; Т_у - длительность импульса, управляющего дозатором топлива; ΔТ_у - приращение длительности управляющего импульса; Т_охл - температура охлаждающей жидкости и датчик Т_охл; Р_а - абсолютное давление за дроссельной заслонкой и датчик Р_а; t - текущий импульс разрешения вычислений; Т - период следования импульсов разрешения вычислений; t-T - предыдущий импульс разрешения вычислений; N - количество импульсов, выделяемых генератором отсчетов; WR - вход управления записью в запоминающее устройство; RD - вход управления чтением в запоминающем устройстве; R(t) - функция автокорреляции (дисперсия) пульсаций Р_ог; R(t-T) - функция корреляции пульсаций Р_ог; Q - отношение R(t-T) к R(t).

Устройство для реализации заявляемого способа (фиг. 4) содержит блок 1 управления топливоподачей, к входам которого подключены датчики 2-4 (соответственно: абсолютного давления на впуске Р_а, теплового режима Т_охл, частоты вращения коленчатого вала в виде отметок ВМТ); датчик 5 давления отработавших газов, подключенный к входу формирователя 6 измеряемых сигналов, датчик 7 угловых импульсов положения коленчатого вала двигателя, датчик 8 положения дроссельной заслонки, с помощью которой регулируют расход воздуха, поступающий в цилиндры двигателя, датчик 9 импульсов фазы выпуска одного из цилиндров двигателя, подключенные к входам блока 10 выявления квазистационарного режима работы двигателя, блок 11 вычисления рассеяния экстремальных значений пульсаций Р_ог, к входам которого подключены выходы формирователя 6 и упомянутого блока 10, компаратор 12, к первому входу которого подключен задатчик 13 порогового значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания ДВС, к второму входу - выход блока 11, а выход компаратора подключен к дополнительному входу блока 1, который через усилитель 14 мощности управляет исполнительным устройством - дозатором 15 топлива.

Датчик 5 давления отработавших газов установлен на двигателе так, что трубка-отборник отработавших газов направлена навстречу потоку газов и отбор газа происходит в верхних углах выпускного окна головки цилиндров у наиболее "бедного" цилиндра данного типа двигателя.

Формирователь 6 (фиг. 5) состоит из усилителя 16, вход которого соединен с датчиком 5 давления отработавших газов, а выход - с двухполупериодным выпрямителем 17, выход которого соединен с входом ограничителя 18.

Блок 10 содержит восьмиразрядный суммирующий счетчик 19, первый вход которого соединен с датчиком 9, второй вход соединен с датчиком 7, а выход - с первым входом логической схемы И 20, распределитель импульсов на кольцевом регистре 21, вход которого соединен с датчиком 7, а два выхода соединены с инвертированным "-" и неинвертированным "+" входами интегратора 22, выход последнего соединен с первым входом компаратора 23, второй вход которого соединен с задатчиком 24 уровня компарации, а выход - с вторым входом логической схемы 20, распределитель импульсов на кольцевом регистре 25, вход которого соединен с датчиком положения дроссельной заслонки 8, а два выхода соединены с инвертированным "-" и неинвертированным "+" выходами интегратора 26, выход последнего соединен с первым входом компаратора 27, второй вход которого соединен с задатчиком 28 уровня компарации, а выход - с третьим входом логической схемы 20.

Блок 11 включает интегратор 29, вход которого соединен с выходом ограничителя 18, а выход - с первым входом сумматора 30, генератор 31 отсчетов, вход которого соединен с выходом логической схемы 20, а выход - с вторым входом замыкающего ключа 32 и входом интегратора 33, замыкающий ключ 32, первый вход которого соединен с выходом ограничителя 18, а выход - с вторым входом сумматора 30, выход последнего соединяется с первым входом перемножающего устройства 34, первым входом двунаправленного коммутатора 35 и входом стекового запоминающего устройства 36, триггер 37, вход которого соединен с выходом логической схемы 20, прямой выход - с входами WR (запись) запоминающих устройств 36, 38, а инверсный выход - с входами RD (чтение) этих же устройств и с третьими входами устройства 39 деления и коммутатора 35, коммутатор 35, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 36, а выход - с вторым входом перемножающего устройства 34, выход которого соединен с входом интегратора 40, выход последнего соединяется с первым входом устройства 41 деления, устройство 41 деления, второй вход которого соединен с выходом интегратора 33, а выход - с входом аналогового запоминающего устройства 38 и вторым входом устройства деления 39, устройство 39 деления, первый вход которого соединен с выходом запоминающего устройста 38, а выход - с первым входом операционного усилителя 42.

Компаратор 12 состоит из операционного усилителя 42 и резистивных элементов, образующих входные цепи и цепь положительной обратной связи, не показанные на схеме. Второй вход операционного усилителя соединен с задатчиком 13 порогового значения критерия межцикловой нестабильности, а выход - с дополнительным входом блока 1 управления топливоподачей (фиг. 4).

Заявленный способ основан на том, что при обеднении смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, до критического (или предельно возможного), резко возрастает число рабочих циклов с пропусками сгорания (фиг. 1). При этом увеличивается разница между максимальной и минимальной амплитудами пульсаций давления в выпускном трубопроводе (фиг. 3). Этот характер пульсаций сохраняется вне зависимости от нагрузочного и теплового режимов двигателя, его технического состояния, внешних и других факторов.

Способ осуществляют следующим образом.

При пуске холодного двигателя и прогреве его блок управления топливоподачей не реагирует на корректирующее воздействие ±ΔТ_у до достижения двигателем установленной Т_охл. В этот период производится измерение режимных параметров его работы (Р_а, ВМТ, Т_охл) и вырабатывается сигнал на управление подачей топлива Т_у. После достижения двигателем установленной Т_охл начинают непрерывное измерение экстремальных значений пульсаций давления отработавших газов, формируют эти сигналы, выявляют квазистационарные режимы работы двигателя, т.е. когда текущее значение частоты вращения и положение дроссельной заслонки изменяется, например, в пределах ±3%. Выделение квазистационарного режима необходимо потому, что на переходных режимах время существенного изменения режимных параметров оказывается меньше временного интервала, принятого согласно заявляемому способу (2 и более цикла, т.е. 4 и более оборотов коленчатого вала двигателя).

Для квазистационарных режимов ведут обработку сигналов измеряемых экстремальных значений пульсаций давления ОГ, определяя текущее значение критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания, а именно параметра, характеризующего рассеяние экстремальных значений пульсаций давления ОГ за ряд (по меньшей мере двух) последовательных рабочих циклов. Этот параметр однозначно характеризует действительную межцикловую нестабильность рабочего процесса в двигателе (О функции рассеяния, см. Г.Крамер. Математические методы статистики, М.: Мир, 1975, с. 203).

При реализации заявляемого способа с помощью первого варианта заявляемого устройства в качестве критерия межцикловой нестабильности используют отношение значений функций корреляции временной последовательности экстремальных значений пульсаций давления ОГ за первый и по меньшей мере за один последующий за ним работающие циклы. При этом обработку результатов измерений экстремальных значений пульсаций давления ОГ производят следующим образом (фиг. 5). Через формирователь 6, состоящий из усилителя 16, выпрямителя 17 и ограничителя 18, производят предварительную обработку импульсной последовательности Р_о.г, заключающуюся в том, что импульсы Р_о.г усиливают до уровня 2-4 В, производят двухполупериодное выпрямление их и ограничивают по нижнему уровню. В то же время блок определения квазистационарного режима ДВС 10 вырабатывает на выходе импульсы разрешения вычислений, которые следуют синхронно с импульсами ИФВ, т.е. фазами выпуска ОГ одного из выбранных цилиндров ДВС. Блок 10 работает следующим образом. Суммирующий счетчик 19 по первому входу трактируется импульсами от датчика 9, показывающими начало фазы выпуска ОГ выбранного цилиндра двигателя, на второй вход счетчика поступают импульсы от датчика 7, показывающие угловое положение коленчатого вала двигателя. На выходе счетчика 19 появляются импульсы, длительность которых соответствует интервалу фазы выпуска ОГ цилиндра, которые поступают на первый вход логической схемы 20. Кольцевой регистр 21 преобразует импульсы от датчика 7 в последовательность импульсов, длительность которых равна периоду входных импульсов, и распределяет их на двух своих выходах со сдвигом, равным своей разрядности. Интегратор 22 за время действия импульса по входу "+" увеличивает потенциал на выходе, а за время действия импульса по входу "-" уменьшает потенциал на выходе, в результате в конце действия импульса по входу "-" на выходе интегратора имеется потенциал, равный разности двух сдвинутых периодов угловых импульсов, который показывает величину и направление изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя. Выходной потенциал интегратора 22 подается на первый вход компаратора 23 и сравнивается с потенциалом, поступающим на второй вход компаратора от задатчика 24 уровня компарации. Результат сравнения преобразуется компаратором 23, имеющим определенный гистерезис срабатывания, в высокий или низкий уровень потенциала на выходе и подается на второй вход логической схемы 20. Кольцевой регистр 25 преобразует импульсы от датчика 8 (рассмотрен пример частотного выхода датчика) в последовательность импульсов, длительность которых равна периоду входных импульсов, и распределяет их на двух своих выходах со сдвигом на число периодов, равных числу своих разрядов. Интегратор 26 за время действия импульса по входу "+" увеличивает потенциал на выходе, а за время действия импульса по входу "-" уменьшает потенциал на выходе, в результате в конце действия импульса по входу "-" на выходе интегратора 26 имеется потенциал, равный разности двух сдвинутых периодов угловых импульсов, который показывает величину и направление изменения положения дроссельной заслонки. Выходной потенциал интегратора 26 подается на первый вход компаратора 27 и сравнивается с потенциалом, поступающим на второй вход компаратора от задатчика 28 уровня компаратора. Результат сравнения преобразуется компаратором, имеющим определенный гистерезис срабатывания, в высокий или низкий уровень потенциала на выходе и подается на третий вход логической схемы 20.

Логическая схема 20 при наличии всех трех сигналов высокого уровня вырабатывает на выходе импульсы разрешения (начала) вычислений для блока 11, следующие с периодом Т.

Импульсная последовательность Р_о.г после формирователя 6 поступает на интегратор 29 и замыкающий ключ 32 в блок 11. Со стороны блока 10 в блок 11 поступают импульсы разрешения вычислений на запуск генератора 31 отсчетов и на триггер 37, разделяющий импульсы разрешения на текущие - t и последующие - t + T.

Импульсы от логического элемента 20 запускают генератор 31 отсчетов, который по одному из входов замыкающего ключа 32 коммутирует N импульсами сигналы Р_о.г от формирователя 6, подаваемые на второй вход ключа, т.е. делает дискретную выборку N˙P_i аналоговых сигналов Р_о.г. Эта дискретная выборка приходит на второй вход сумматора 30, а на первый его вход приходит от интегратора 29 усредненный сигнал в виде Р_ср.

С выхода сумматора 30 выборка сигналов в виде N разностей Р_i - P_ср поступает на двунаправленный коммутатор 35 и на стековое запоминающее устройство 36.

На запоминающем устройстве 36 во время текущего разрешающего импульса производится запись по команде с входа WR, а во время последующего разрешающего импульса - чтение по входу RD выборки сигналов N˙(P_i(t) - Р_ср).

Коммутатор 30 во время записи выборки в память подает на оба входа перемножающего устройства 34 текущие значения разностей (Р(t) - Р_ср), а во время чтения выборки из памяти, т.е. в течение t + T, на один из входов устройства 34 подает записанные в память предыдущие значения (Р (t- - T) - Р_ср). Таким образом, на выходе устройства 34 во время текущего разрешающего импульса появляется N произведений разностей (Р(t) - Р_ср)˙(Р(t) - Р_ср), а во время последующего разрешающего импульса - N произведений разностей (Р(t) - Р_ср)˙(Р(t - -T) - Р_ср).

С выхода перемножающего устройства 34 результат вычислений подается на вход интегратора 40, выход последнего соединяется с одним из входов устройства 41 деления, второй вход которого соединен с выходом интегратора 33.

На выходе интегратора 33 накапливается сумма импульсов отсчета N в видеΣN как во время текущего, так и последующего разрешающих импульсов.

Hа выходе интегратора 40 во время t накапливается сумма Σ(Р(t) - P_ср)², а во время t + T - сумма Σ(Р(t) - P_cp)˙(P(t - T) - -Р_ср).

В конце текущего импульса t на выходе устройства 41 деления имеется частное от деления Σ(Р(t) - Р_ср)² на ΣN, что представляет собой частный случай функции корреляции R(t - T) пульсаций давления отработавших газов Р_о.г при Т = 0, называемое дисперсией.

В конце последующего импульса t + T на выходе устройства 41 имеется частное от деления Σ(Р(t) - P_cp)˙(P(t - T) - Р_ср) на ΣN, что представляет собой функцию корреляции R(t - T) пульсаций давления отработавших газов Р_о.г.

С выхода устройства 41 деления результат вычислений подается на вход аналогового запоминающего устройства 38 и на второй вход устройства 39 деления.

На запоминающем устройстве 38 во время t производится запись по команде с входа WR значений дисперсий R(t), а во время t + T по команде с входа RD - чтение хранимого значения R(t) и подача его на первый вход устройства 39 деления. На второй вход устройства 39, с учетом тактирующего импульса от триггера 37, подаются значения функций корреляций R(t - T).

На выходе устройства 39 деления в конце действия импульса t + T появляются значения частного от деления функций корреляций при Т = Т и Т = 0, т. е. Q = R(t - T)/R(t), которые подаются на второй вход компаратора 12. На первый вход компаратора подается напряжение от задатчика 13 порогового значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания ДВС.

Операционный усилитель 42, входящий в компаратор 12, имеет гистерезис срабатывания, зависимый от уровня напряжения, снимаемого с задатчика 13 и других известных элементов, не показанных на чертеже.

С помощью компаратора 12 производится сравнение текущего значения критерия межцикловой нестабильности процесса сгорания в ДВС с заданным пороговым его значением.

В качестве текущего значения критерия межцикловой нестабильности принимают численное значение отношения функции корреляции к дисперсии пульсаций давления отработавших газов, обозначенное Q.

На выходе компаратора 12 появляется низкий уровнь потенциала, если установленное задатчиком 13 пороговое значение критерия межцикловой нестабильности (например, в пределах 0,6-0,8) окажется меньше значения Q, в противном случае на выходе компаратора 12 появляются импульсы, следующие с периодом Т, причем имеется зона нечувствительности при компарации, обусловленная гистерезисом операционного усилителя 42. По результатам сравнения вырабатывают корректирующий сигнал ±ΔТ в блоке 1, которым в совокупности с сигналом управления Т_у воздействуют на топливоподачу, поддерживая состав смеси на пределе возможного обеднения.

Второй вариант заявляемого устройства, в отличие от первого, предполагает использование в качестве критерия межцикловой нестабильности величины среднеквадратичного отклонения G = экстремальных значений пульсаций давления ОГ за упомянутый ряд последовательных циклов, что позволяет иметь характеристику рассеяния той же размерности, что и измеряемые значения Р_о.г. По сравнению со схемой на фиг. 5, в схеме на фиг. 6 отсутствуют элементы 35 и 36, выход устройства 30 соединяется с двумя входами устройства 34, а устройство деления (Х:Y) 39 заменяется на сумматор (SM) 43.

При этом особенности обработки сигналов измерения экстремальных значений пульсаций давления ОГ и сравнение текущего и порогового значений критерия межцикловой нестабильности состоят в следующем.

С помощью компаратора 12 производится сравнение текущего значения критерия межцикловой нестабильности с заданным его пороговым значением, устанавливаемым задатчиком 13.

В качестве текущего значения критерия межцикловой нестабильности принимают численную величину разности квадратов сраднеквадратичных отклонений пульсаций давления отработавших газов Q = σ (t)² - -σ(t - T)² за два и более последовательных рабочих цикла ДВС. Пороговое значение устанавливается таким, чтобы поддерживать выбранную величину разности Q в определенных пределах изменения, например 10-30% . По результатам сравнения вырабатывают корректирующий сигнал ±ΔТ в блоке 1, которым в совокупности с сигналом управления Т_у воздействуют на топливоподачу, поддерживая состав смеси на пределе возможного обеднения. Особенность третьего варианта устройства состоит в том, что в качестве критерия межцикловой нестабильности используют количество экстремумов пульсаций давления ОГ, превышающих среднее значение этих пульсаций за упомянутый ряд циклов. Данный вариант позволяет существенно упростить схемное решение устройства для управления топливоподачей.

По сравнению со схемой на фиг. 5, в схеме на фиг. 7 отсутствуют элементы 30 и с 33 по 42. Выход генератора 31 соединяется с вторым входом замыкающего ключа 32, выход которого соединяется с вторым входом компаратора 44, первый вход которого соединен с выходом интегратора 29, а выход - с первым входом двоично-десятичного счетчика 45 компаратора 12. Компаратор 12 состоит из двоично-десятичного счетчика 45 и триггера с логическими элементами, образующими схему дешифрации (на фиг. 7 не показана). С помощью компаратора 12 производится сравнение текущего значения критерия межцикловой нестабильности с заданным его пороговым значением, устанавливаемым задатчиком 13, выполненным в виде многопозиционного переключателя.

Особенности обработки сигналов измерения и сравнения текущего и порогового значений критерия межцикловой нестабильности состоят в следующем.

Поступающие на интегратор 29 от формирователя 6 импульсы Р_о.г усредняются (Р_ср) и подаются на первый вход компаратора 44, где служат уровнем компарации для импульсов N˙Р_о.г, поступающих на второй вход компаратора. На выход компаратора 44 проходят импульсы пульсаций Р_о.г, превышающие среднее значение этих пульсаций. С выхода компаратора 44 импульсы поступают на первый вход двоично-десятичного счетчика 45, а на второй его вход поступают импульсы с выхода логической схемы 20, длительность которых соответствует интервалу фазы выпуска ОГ выбранного цилиндра двигателя. Эти импульсы являются "воротами" для импульсов, поступающих на первый вход дешифратора.

Компаратор 12 является пороговым устройством с двумя выходами и осуществляет дешифрацию двух чисел (значений), например, 10₂ (2 импульса) и 100₂ (4 импульса). Эти числа могут быть изменены путем подключения или отключения логических элементов и их связей в дешифраторе (не показан) с помощью задатчика 13.

Результат сравнения текущего количества импульсов в "воротах" с установленным выдается по первому или второму выходу компаратора 12.

По результатам сравнения в блоке 1 вырабатывают корректирующий сигнал ±ΔТ, которым в совокупности с сигналом управления Т_у воздействуют на топливоподачу, поддерживая состав смеси на пределе возможного обеднения.

Реализация заявляемого способа с помощью заявляемого устройства автоматически обеспечивает характеристики дозирования топлива по пределам возможного обеднения смеси.

Замкнутая обратная связь с использованием в качестве ее параметра величины, характеризующей рассеяние экстремальных значений пульсаций давления отработавших газов за ряд последовательных рабочих циклов двигателя, обеспечивает высокую точность управления, является достаточно оперативной, удобной для обработки и не подвержена внешним случайным воздействиям.

Следствием отмеченного является высокая топливная экономичность и пониженная токсичность отработавших газов двигателя.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7