Способ автоматического определения и установки оптимального момента зажигания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания
Изобретение относится к системам управления моментом зажигания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания за счет оптимизации рабочего процесса преобразования тепловой энергии сгоревшей топливовоздушной смеси в механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя. Применение изобретения дает возможность осуществлять автоматическое определение и установку оптимального момента зажигания топливовоздушной смеси в конкретном двигателе внутреннего сгорания независимо от технического состояния двигателя, сорта топлива и внешних условий окружающей среды. Согласно изобретению начало момента зажигания топливовоздушной смеси регулируется по результатам окончания ее горения. При этом процесс горения топливовоздушной смеси контролируют светочувствительным датчиком пламени и после каждого цикла производят сравнение фактического и заданного времени горения всей топливовоздушной смеси. Затем на основании полученных данных производят коррекцию времени задержки момента зажигания последующего цикла. 2 ил.
Изобретение относится к системам управления моментом зажигания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания.
Из уровня техники известны способы коррекции момента зажигания, основанные на регулировании задержки начала момента зажигания относительно жестко заданного закона управления (зависимости установки угла опережения зажигания от оборотов двигателя) с помощью электронных устройств, произвольно выбирается точка начала отсчета, а затем вычислительный блок микропроцессора по сигналам различных датчиков изменяет время задержки момента зажигания, тем самым изменяя угол опережения зажигания.
При этом способе оптимальный момент начала зажигания топливовоздушной смеси (ТВС) предварительно определяется на специальном стенде испытательным способом на эталонном двигателе, а полученные множественные значения начала момента зажигания реализуются на серийных двигателях механическим устройством или электронной микропроцессорной системой, в которой закон изменения угла опережения зажигания (в зависимости от разных параметров: оборотов двигателя, количества, состава и температуры топливовоздушной смеси) записывается в виде математической матрицы в памяти микропроцессора. В процессе работы двигателя микропроцессор вычисляет и устанавливает эталонный заданный момент начала зажигания в соответствии со значениями вышеперечисленных параметров, определяемыми специальными датчиками.
Недостатками указанного способа является несоответствие установки эталонного значения момента зажигания потребному, так как время горения топливовоздушной смеси зависит от давления, температуры, количества и качества топливовоздушной смеси, качества бензина на конкретном двигателе. Другими словами, существующие способы предполагают коррекцию момента зажигания топливовоздушной смеси одного двигателя относительно начальной установки момента зажигания другого эталонного двигателя.
Прототипом изобретения является способ борьбы с детонацией, наиболее сходный с заявляемым, при котором коррекция момента зажигания осуществляется при помощи ионизационного датчика. Суть способа заключается в коррекции момента зажигания после сравнения фактического времени прохождения фронта пламени от свечи зажигания до ионизационного датчика с заданным, при возникновении детонации это время резко уменьшается и система вводит задержку момента зажигания до исчезновения детонации двигателя (см., например, патент США №4308519, МПК F 02 B 77/08, опубл. 29.12.1981).
Недостатком прототипа является то, что способ применим только при наличии детонации, а также невысокая точность определения величины и знака коррекции угла опережения зажигания из-за сложности и неравномерности распространения фронта пламени в камере сгорания по причине хаотичной турбулентности топливовоздушной смеси, что приводит к большому разбросу величины коррекции угла опережения зажигания.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является автоматическое определение и установка оптимального момента зажигания топливовоздушной смеси в конкретном двигателе внутреннего сгорания независимо от технического состояния двигателя, сорта топлива и внешних условий окружающей среды.
Техническим результатом изобретения является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания за счет оптимизации рабочего процесса преобразования тепловой энергии сгоревшей топливовоздушной смеси в механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя.
Технический результат достигается при помощи регулирования начала момента зажигания топливовоздушной смеси по результатам окончания ее горения. При этом контролируют процесс горения топливовоздушной смеси светочувствительным датчиком пламени и после каждого цикла производят сравнение фактического и заданного времени горения всей топливовоздушной смеси. Затем производят коррекцию времени задержки момента зажигания последующего цикла. При этом начало горения топливовоздушной смеси корректируется таким образом, чтобы его окончание происходило в заданной точке, которой соответствует положение поршня 10-15° после верхней мертвой точки. При окончании процесса горения в этой точке работа, совершаемая рабочим телом (сгоревшей топливовоздушной смесью), является максимальной. Исходя из этого при использовании заявляемого способа каждый рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания контролируется светочувствительным датчиком пламени. Начало процесса горения (оптимальный момент зажигания) в каждом последующем цикле корректируется по результату окончания процесса горения предыдущего цикла, при этом вычислительный блок микроконтроллера определяет величину и знак коррекции в зависимости от разницы фактического момента окончания процесса горения и заданного. Заявляемый способ позволяет реализовать "идеальную" теоретическую кривую закона изменения угла опережения зажигания в зависимости от оборотов двигателя.
Получение технического результата изобретения возможно только при применении коррекции момента начала зажигания после сравнения фактического момента окончания процесса горения (величина переменная) и заданного момента окончания горения (величина постоянная) всей топливовоздушной смеси путем регулирования времени задержки момента зажигания вычислительным блоком микроконтроллера при контроле процесса горения светочувствительным датчиком пламени.
Новыми существенными признаками изобретения, отличающимися от аналогов и прототипов, являются:
– коррекция начала момента зажигания вычислительным блоком микроконтроллера каждого последующего цикла по результатам сравнения заданного и фактического моментов окончания процесса горения всей топливовоздушной смеси в камере сгорания в предыдущем цикле вычислительным блоком микроконтроллера,
– применение светочувствительного датчика пламени для контроля процесса горения.
Введение новых существенных признаков позволяет автоматически устанавливать оптимальное значение момента зажигания в цилиндре двигателя вне зависимости от разброса эксплуатационных параметров двигателя (давления, температуры, количества и качества топливовоздушной смеси) и несоответствия сорта бензина, так как коррекция момента зажигания производится в конкретном цилиндре, в конкретных условиях и при сгорании конкретного сорта топлива (в то время как существующие способы предполагают коррекцию момента зажигания топливовоздушной смеси одного двигателя относительно начальной установки момента зажигания другого эталонного двигателя), то есть осуществляется "прямое управление процессом сгорания". Применение светочувствительного датчика пламени позволяет устранить неоднозначность коррекции момента зажигания, так как длительность светового потока всех горящих газов не зависит от общей картины распространения фронта пламени в камере сгорания, а лишь указывает на наличие горения или его отсутствие. Коррекция начала момента зажигания по моменту окончания сгорания ТВС предупреждает появление детонации на всех режимах работы двигателя за счет автоматического уменьшения угла опережения зажигания при малейшем сокращении времени горения ТВС от заданного.
Изобретение поясняется чертежами, где
– на фиг.1 представлена схема модели микропроцессорной системы зажигания, реализующей способ автоматического определения и установки оптимального момента зажигания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания;
– на фиг.2 представлена временная диаграмма работы вычислительного блока микроконтроллера системы.
В соответствии с изобретением система содержит (см. фиг.1):
– датчик начала отсчета времени задержки момента зажигания 1;
– датчик заданного положения поршня (соответствует заданному моменту окончания горения ТВС) 2;
– светочувствительный датчик пламени 3;
– вычислительный блок микроконтроллера 4,
– стандартный блок зажигания 5.
Система работает следующим образом (см. фиг.1 и фиг.2).
В рабочем такте сжатия при прохождении поршня условно заданной точки начала отсчета "а" сигнал датчика 1 запускает в вычислительном блоке микроконтроллера 4 следующие счетчики времени:
– счетчик времени задержки момента зажигания 11 от начала отсчета до момента выдачи импульса напряжения Д в блок зажигания 5;
– счетчик времени заданного момента окончания процесса горения;
– счетчик времени фактического момента окончания процесса горения.
После отсчета счетчиком времени задержки 11 вычислительный блок микроконтроллера выдает сигнал Д в стандартный блок зажигания 5 и далее через распределитель на свечи зажигания. Происходит воспламенение топливовоздушной смеси и начинается процесс горения Г в рабочем такте двигателя.
Вычислительный блок микроконтроллера 4 ожидает поступление сигналов от датчика заданного положения поршня (соответствующего заданному моменту окончания горения топливовоздушной смеси) 2 и от датчика фактического момента окончания горения топливовоздушной смеси 3. После поступления сигналов В и б происходит остановка соответствующих счетчиков времени, сравнение заданного и фактического моментов окончания сгорания топливовоздушной смеси, определение величины коррекции времени задержки Δτ и формирование нового времени задержки момента зажигания 11' в оперативно запоминающем устройстве вычислительного блока микроконтроллера для отсчета скорректированного времени задержки момента зажигания в последующем рабочем цикле и, следовательно, нового времени сгорания топливовоздушной смеси.
Таким образом, работа устройства сводится к непрерывному контролю и изменению (коррекции) момента начала горения (времени задержки момента зажигания в оперативно запоминающем устройстве вычислительного блока микроконтроллера) через обратную связь по моменту его окончания.
Способ автоматического определения и установки оптимального момента зажигания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, заключающийся в регулировании начала момента зажигания топливовоздушной смеси по результатам окончания ее горения, при этом контролируют процесс горения топливовоздушной смеси светочувствительным датчиком пламени и после каждого цикла производят сравнение фактического и заданного времени горения всей топливовоздушной смеси, а затем производят коррекцию времени задержки момента зажигания последующего цикла.
