Способ определения фазы рабочего цикла двс

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для управления двигателя внутреннего сгорания с распределенным впрыском топлива. Технический результат заключается в определении фазы рабочего цикла четырехтактного двигателя при отсутствии (пропадании) сигнала датчика фаз. Выбирают цилиндр и задают пороговое значение изменения времени поворота коленчатого вала на заданный угол относительно верхней мертвой точки (в.м.т.). В тактах рабочего процесса выбранного цилиндра измеряют значения времени поворота коленчатого вала на заданный угол относительно в.м.т и на режиме группового впрыска топлива производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива для выбранного цилиндра. Определяют реакцию двигателя как изменение времени поворота коленчатого вала на заданный угол относительно в.м. т. по сравнению со временем, соответствующим предшествующему измерению, и, если изменение времени поворота превышает пороговое значение, то определяют, что такт, в котором произведен тестовый впрыск, является тактом рабочего хода выбранного цилиндра. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для управления двигателем внутреннего сгорания (далее - ДВС) с распределенным впрыском топлива.

Известны [см. 1,2] двигатели с распределенным циклическим впрыском топлива во впускной тракт, причем, в зависимости от особенностей конструкции двигателя, впрыск топлива производится на открытые [см. 1] либо на закрытые [см. 2] впускные клапаны двигателя.

Известны системы управления ДВС с распределенным групповым одновременным [см. 3] или двухгрупповым (попарно-параллельным) [см.4] двухразовым впрыском топлива, включающие в себя контроллер, выполненный на базе микроЭВМ, датчик положения коленчатого вала (далее - коленвала) и топливные форсунки. Цикловая подача топлива осуществляется двумя порциями (двухразовый впрыск). Впрыск топлива осуществляется путем включения топливных форсунок на определенное время, зависящее от режима работы двигателя и определяемое путем обработки сигнала датчика положения коленвала, в заданной фазе поворота (при заданном угловом положении) коленвала.

Ввиду того, что полный рабочий цикл двигателя осуществляется за два оборота коленвала, угловое положение коленвала не дает точной информации о фазе рабочего процесса. Угловое положение коленвала позволяет точно определить фазу движения поршня от верхней мертвой точки (далее - в.м.т.) к нижней мертвой точке (далее - н.м.т.) и от н.м.т. к в.м.т., однако не известно, какой рабочий такт совершается при этом (рабочий ход или впуск, сжатие или выпуск).

Известна [см.5] система управления ДВС с распределенным последовательным впрыском топлива, состав которой отличается от упомянутой выше системы наличием датчика фаз. Сигнал датчика фаз (в конкретном случае - о нахождении поршня первого цилиндра в конце такта сжатия) в совокупности с данными о положении коленвала двигателя позволяет определить фазу рабочего цикла ДВС. Используя сигналы датчика фаз и датчика положения коленвала, контроллер рассчитывает моменты включения каждой форсунки таким образом, что цикловая подача для каждого цилиндра осуществляется одной порцией, причем впрыск для каждого цилиндра осуществляется в определенной фазе рабочего цикла (например, на закрытый впускной клапан перед началом такта впуска), что позволяет повысить эффективные показатели конкретного ДВС.

Недостатками такой системы являются повышенные сложность и стоимость, что обусловлено наличием в системе датчика фаз и дополнительной проводки для подключения датчика к контроллеру системы управления ДВС.

Недостатком способа определения фазы рабочего цикла ДВС в описанной системе управления является сложность аппаратной реализации, обусловленная необходимостью применения датчика фаз.

За прототип заявляемого изобретения взят способ определения фазы рабочего цикла ДВС с распределенным впрыском топлива в системе управления, снабженной датчиком положения коленвала и датчиком фаз, описанный в источнике [5].

Задачей заявляемого изобретения является определение фазы рабочего цикла ДВС при отсутствии (пропадании) сигнала датчика фаз.

Указанная задача решается в способе определения фазы рабочего цикла четырехтактного ДВС с распределенным впрыском топлива, при котором определяют угловое положение коленвала ДВС.

Задача решается тем, что выбирают цилиндр, задают пороговое значение изменения времени поворота коленвала на заданный угол относительно в.м.т., в тактах рабочего процесса выбранного цилиндра измеряют значения времени поворота коленвала на заданный угол относительно в.м.т., на режиме группового впрыска топлива производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива для выбранного цилиндра, определяют реакцию двигателя как изменение времени поворота коленвала на заданный угол относительно в.м.т. по сравнению со временем, соответствующим предшествующему измерению, и, если изменение времени поворота превышает пороговое значение, определяют, что такт, в котором произведен тестовый впрыск, является тактом рабочего хода выбранного цилиндра.

Под заданным углом поворота коленвала относительно в.м.т. подразумевается заданная часть углового периода (или оборота) коленвала, имеющая начальное и конечное угловое положение вала относительно в.м.т. Оптимальные характеристики заданного угла поворота определяются экспериментально.

При этом, если тестовый впрыск производится при движении поршня от н.м. т. к в.м.т., то ожидают реакцию двигателя на тестовый впрыск в последующих третьем и пятом такте работы данного цилиндра после такта, в котором был произведен тестовый впрыск.

Если тестовый впрыск производится при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. , то ожидают реакцию двигателя на тестовый впрыск в последующих втором и четвертом тактах работы данного цилиндра после такта, в котором был произведен тестовый впрыск.

Определение фазы рабочего цикла для одного из цилиндров четырехтактного ДВС позволяет однозначно определять фазы рабочего цикла для всех остальных цилиндров двигателя, что обусловлено конструкцией ДВС. Работа четырехтактного ДВС представляет собой жесткую периодическую последовательность тактов рабочего процесса (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск и т.д.), поэтому однократное определение текущей фазы работы ДВС и измерение положения коленвала позволяют знать текущую фазу работы каждого цилиндра во всех последующих циклах работы до остановки двигателя.

Заявляемый способ позволяет осуществлять последовательный впрыск топлива в ДВС с сохранением эффективных показателей его работы при отказе датчика фаз.

Другим преимуществом заявляемого способа является возможность упрощения системы управления ДВС, снижение ее веса, стоимости, повышение надежности за счет исключения датчика фаз, проводов, соединяющих указанный датчик с контроллером, и устройства обработки сигнала датчика в контроллере.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена схема системы управления ДВС для реализации заявляемого способа.

На фиг. 2-7 изображены угловые диаграммы, поясняющие работу четырехтактного ДВС, где ось Z абсцисс - угол поворота коленвала двигателя.

Фиг. 2 показывает последовательность тактов рабочего цикла одного из цилиндров, например, первого, двигателя внутреннего сгорания. На оси Z абсцисс отмечены моменты прохождения поршнем данного цилиндра положений в.м.т. и н. м.т.

Фиг. 3 показывает характер изменения давления в камере сгорания первого цилиндра двигателя.

Фиг. 4 показывает характер изменения давления в камере сгорания третьего цилиндра двигателя.

Фиг. 5 показывает характер изменения давления в камере сгорания четвертого цилиндра двигателя.

Фиг. 6 показывает характер изменения давления в камере сгорания второго цилиндра двигателя.

Фиг. 7 показывает характер изменения угловой скорости V коленвала четырехцилиндрового двигателя.

Известно, что угловая скорость V = dZ/dT, где dT - время поворота коленвала на угол dZ. Выбор угловой скорости для иллюстрации способа обусловлен наглядностью этого физического параметра. На фиг. 7 Vo означает среднюю угловую скорость, Va - амплитудное значение пульсаций угловой скорости, вызванных пульсациями давления в цилиндрах двигателя, +dV - изменение амплитудного значения угловой скорости, вызванного тестовым впрыском с увеличенным количеством топлива, -dV - изменение амплитудного значения угловой скорости, вызванного тестовым впрыском с уменьшенным количеством топлива, dZ - заданный угол поворота коленчатого вала относительно в.м.т. как часть углового периода вращения вала.

Диаграммы фиг. 2-7 выполнены без учета внутрицикловых и межцикловых нестабильностей рабочего процесса. Обработка информации о работе реального двигателя требует экспериментального определения пороговых калибровочных констант, зависящих от особенностей конструкции и режима работы двигателя.

Заявляемый способ может быть успешно реализован в системе управления ДВС (см. Фиг. 1), включающей в себя контроллер 1, выполненный на базе микроЭВМ, датчик 2 углового положения коленвала, подключенный ко входу контроллера 1, и топливные форсунки 3, подключенные к выходам контроллера 1. В качестве датчика 2 положения коленвала может быть использован индукционный (электромагнитный) датчик. Датчик размещают над зубчатым диском, закрепленным на коленвале двигателя и имеющем 60 минус 2 пропущенных зуба.

В примере показана система управления четырехцилиндровым ДВС, однако способ осуществим для двигателя с любым числом цилиндров.

Система также может содержать другие датчики режима работы ДВС, такие как датчик 4 расхода воздуха, датчик 5 положения дроссельной заслонки, датчик 6 температуры охлаждающей жидкости и т.п., подключенные к соответствующим входам контроллера 1.

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии двигатель не работает, сигналы датчика 2 углового положения коленвала двигателя не формируются. Форсунки 3 находятся в выключенном состоянии, т.е. топливоподача в ДВС отсутствует.

В режиме прокрутки двигателя при помощи стартера (этот режим работы ДВС называется пусковым) датчик 2 углового положения коленвала генерирует электрические импульсы, которые позволяют точно определять угловое положение вала. Контроллер 1 системы управления по сигналам датчика 2 определяет текущее положение коленвала ДВС.

На основании этой информации контроллер 1 производит попарно-параллельное (групповое) управление впрыском топлива посредством открытия форсунок 3 соответствующих пар (1-4 и 3-2) цилиндров в определенной фазе рабочего процесса. Фаза впрыска задается программой микроЭВМ контроллера 1.

Пусковой режим заканчивается, как только угловая скорость коленвала ДВС достигнет определенной величины и контроллер 1 определит номер такта рабочего процесса для одного из цилиндров, а следовательно, фазу рабочего процесса двигателя в целом.

После этого система управления переходит в режим распределенного фазированного впрыска, при котором форсунки работают последовательно во времени в соответствии с порядком работы цилиндров ДВС. Для четырехцилиндрового ДВС, приведенного здесь в качестве примера, порядок работы будет следующим: 1-3-4-2. Впрыск топлива для каждого цилиндра производится таким образом, чтобы топливо подавалось форсункой в определенной фазе рабочего процесса, характеризующейся номером такта рабочего цикла данного цилиндра (выпуск, впуск, сжатие, рабочий ход), начальным углом поворота коленвала относительно в.м.т. , и, как правило, продолжительностью впрыска. Например, для двигателя ВАЗ-2112 впрыск топлива осуществляют на закрытый впускной клапан перед началом такта впуска. Фаза и продолжительность впрыска рассчитываются контроллером по результатам измерения параметров режима работы двигателя с учетом калибровочных данных.

Для определения фазы рабочего процесса двигателя определяют номер такта рабочего цикла одного из цилиндров, например, первого. С этой целью производят следующие операции.

В тактах работы выбранного цилиндра измеряют значение времени поворота коленвала двигателя на заданный угол относительно в.м.т. Начальное и конечное угловые положения вала для указанного измерения зависят от особенностей конструкции, организации рабочего процесса, режима работы ДВС и выбираются эмпирически, исходя из максимальных изменений значений времени поворота вала на упомянутый угол, вызванных тестовым впрыском, см. фиг. 7. Следует сказать, что упомянутое измерение производят как до, так и после выполнения операции тестового впрыска топлива, описанной в следующем абзаце.

Производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива относительно значения, соответствующего предшествующему впрыску для данного цилиндра.

Детектируют ожидаемую реакцию двигателя по изменению значения времени поворота вала на упомянутый заданный угол. Под ожидаемой реакцией двигателя на тестовый впрыск подразумевается увеличение значения времени поворота коленчатого вала на заданный угол в ответ на впрыск уменьшенного количества топлива и, соответственно, уменьшение времени поворота вала на заданный угол в ответ на впрыск увеличенного количества топлива.

При этом, если тестовый впрыск производится при движении поршня в данном цилиндре от н.м.т. к в.м.т., то ожидают реакцию двигателя на тестовый впрыск в последующих третьем и пятом такте работы данного цилиндра после такта, в котором был произведен тестовый впрыск.

Если тестовый впрыск производится при движении поршня в данном цилиндре от в.м.т. к н.м.т., то ожидают реакцию двигателя на тестовый впрыск в последующих втором и четвертом тактах работы данного цилиндра после такта, в котором был произведен тестовый впрыск.

Определяют, что такт работы данного цилиндра, в котором произошло детектирование упомянутой реакции, является тактом рабочего хода данного цилиндра.

Если тестовый впрыск для данного цилиндра был больше обычного по количеству топлива, угловая скорость коленвала в заданной части периода вращения коленвала увеличится, а время поворота коленвала на заданный угол уменьшится (см. фиг. 7).

Если уменьшение времени поворота коленвала на заданный угол превышает некоторое, экспериментально определенное пороговое значение, то детектируют реакцию двигателя на тестовый впрыск.

Другим вариантом тестовой подачи является уменьшенная подача топлива в данный цилиндр или полное ее отсутствие (см. фиг. 7, штриховая линия). Детектирование реакции двигателя на тестовый впрыск в этом случае определяется по уменьшению угловой скорости или, соответственно, по увеличению времени поворота вала двигателя на заданный угол. Если увеличение времени поворота вала на заданный угол превышает некоторое пороговое значение, определяемое экспериментально в процессе калибровки, то детектируют реакцию ДВС на тестовый впрыск.

После того, как была определена фаза рабочего процесса ДВС, контроллер 1 устанавливает режим фазированного распределенного впрыска, т.е. осуществляет открытие форсунок 3 в соответствии с очередностью работы цилиндров.

Итак, предложенная последовательность операций позволяет определить фазу рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания без использования обработки сигнала специального датчика фаз. Это упрощает структуру и стоимость системы управления двигателем и повышает ее надежность.

Литература 1. Система электронного впрыска топлива. 6Л19ОП, РЖ, выпуск 21Л, 1986 г.

2. D. R. Hamburg and D Klick. "The Measurement and Improvement of the Transient A/F Characteristics of an Electronic Fuel Injection Systems". SAE Technical Paper 830766.

3. Автомобили ВАЗ-21083, ВАЗ-21093, ВАЗ-21099, ВАЗ-21102, ВАЗ-2111. Система управления двигателем ВАЗ-2111 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. Москва, "Ливр", 1998 г., стр. 11.

4. Система управления двигателями ВАЗ-2111 и ВАЗ-2112 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. Москва, "Третий Рим", 1999 г., стр. 15, 16.

5. Система управления двигателями ВАЗ-2111 и ВАЗ-2112 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. Москва, "Третий Рим", 1999 г., стр. 158, 159.

Формула изобретения

1. Способ определения фазы рабочего цикла четырехтактного ДВС с распределенным впрыском топлива, включающий определение углового положения коленчатого вала, отличающийся тем, что выбирают цилиндр, задают пороговое значение изменения времени поворота коленчатого вала на заданный угол относительно верхней мертвой точки, в тактах рабочего процесса выбранного цилиндра измеряют значения времени поворота коленчатого вала на заданный угол относительно верхней мертвой точки, на режиме группового впрыска топлива производят тестовый впрыск пониженного/повышенного количества топлива для выбранного цилиндра, определяют реакцию двигателя как изменение времени поворота коленчатого вала на заданный угол относительно верхней мертвой точки по сравнению со временем, соответствующим предшествующему измерению, и, если изменение времени поворота превышает пороговое значение, определяют, что такт, в котором произведен тестовый впрыск, является тактом рабочего хода выбранного цилиндра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тестовый впрыск производят при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, а реакцию двигателя на тестовый впрыск ожидают в последующих третьем и пятом тактах работы данного цилиндра после такта, в котором был произведен тестовый впрыск.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тестовый впрыск производят при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, а реакцию двигателя на тестовый впрыск ожидают в последующих втором и четвертом тактах работа данного цилиндра после такта, в котором был произведен тестовый впрыск.

РИСУНКИ

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