SU1784737A1 - Method of controlling internal combustion engine power - Google Patents

Description

Изобретение относится к двцгателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к регулированию ДВС с воспламенением от сжатия, работающих на двух видах топлива - жидком и газообразном, и предназначено для использования на транспортных средствах.

Известен способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах. :

Однако этот способ касается регулирования мощности двигателя при работе его попеременно на газообразном или жидком топливе.

Известен способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах, заключающийся в том, что при работе по газодизельному циклу регулирование мощности двигателя в зонах больших и малых нагрузок осуществляется путем воздействия на регулирующий орган дозатора газа, прикрывая его по мере снижения нагрузки, при постоянной запальной зоне жидкого топлива в зонах больших и малых нагрузок.

Поскольку в соответствии с известным способом регулирование мощности двигателя при работе его по гаэодизельному циклу во всем диапазоне нагрузок осуществляют путем воздействия только на регулирующий орган дозатора газа, этот способ не позволяет оптимизировать соста1.784737 А1 вод от электродвигателя постоянного тока 6. Привод рейки от педали 3 включает в себя телескопическую тягу 7, содержащую внутренний и связанный с коромыслом 8 привода наружный элемент и пружину. Магистраль подачи газового топлива .из резервуара (не показан) содержит редукторы высокого (не показаны) и низкого 9 давлёнйя,электромагнитный клапан 10 подачи вы топлйвовоздушной смеси для широкого диапазона режимов работы автомобильного двигателя, следствием чего является ухудшение топливной экономичности и повышение токсичности отработавших газов.

Целью изобретения является снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов/ '

Цель достигается тем, что сотлаёйо спб-’ собу’регулирования мощности двигателя 10 газа, дозатор 11 с газовой заслонкой 12, внутреннего сгорания, работающего на жидком й газообразномдопливах. заключающемуся в том, что при работе по газодизельному циклу регулирование мощностидвигателя в зонах больших и малых нагрузок осуществляется путем воздействия на регулирующий орган дозатора газа/ прикрывая его по мере снижения нагрузки, при' постоя иной за пал ьной дозе жидкого топлива в зонах больших и малых нагрузок, в зоне больших нагрузок воздействие на регулирующий орган' дбзатОрё газа 0суШё'ё¥вЛЖс#^: при постоянном' положении’заслонкй“газо- ’ вого смесителя и по мере снижения нагрузки прикрывают заслонку газового 25 смесителя в зОИё’срёДних нагрузок, а в зоне малых Нагрузок’одновременно приоткрывают заслонку газового смесителя и увеличивают запальную дозу жидкого топлива.

На фиг.1, a-в приведены диаграммы изменения положения соответственно газовой заслонки дозатора <5_Д , дроссельной заслонки газового смесителя <5_{Г с} /й'уНора/ ограничителя хода рейки (запальной дозы жидкого топлива - ЗД) при изменении нагрузочного режима работы двйгатёля согласно описываемому способу ¹ регулирования; на фиг.2 - общая схема системы питания, с помощью которой реализуется заявляемый способ; на фиг.З ~ принципиальная блок-схема блока управления заявляемой системы и .его связи с элементами этой системы. На фиг.1,а точка 0 по оси ординат соответствует полному закрытию газовой заслонки дозатора, а на фиг. 1,6 ¹ - полному открытию дроссельной заслонки газового смесителя.

Система питания, с помощью которой реализуют заявляемый способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, содержит включённый, в магистраль подачи дизельного топлива топливный насос 1 высокого давления с рейкой 2, имеющей механический привод от педали акселератора 3 й снабженной ограничителем хода, состоящим из связанного с рейкой поворотного рычага 4 и подвижного упора- ограничйтеля, который выполнен в виде поворотного рычага 5, имеющего приимеющей привод от электродвигателя по-.

. стоянного тока 13, й газовый смеситель 14 с газовоздушным каналом 15, расположенным во впускном тракте 16 двигателя 17. В газовоздушном канале установлена дро’с- .. сельная заслонка 18 с приводом от электродвигателя постоянного тока 19. Газовый редуктор 9 имеет диафрагму (не показана), отделяющую в нем газовую полость от зади20 афрагменной. Система питания снабжена пневМомеханйчёСкйМ клапаном, устройст· ‘ вбм которого предусмотрен ы, в частности, , кбррёкТирующиё каналы (показаны штриховыми линиями), связываюидю камеру внутри корпуса клапана с задйафрагмённбй . полостью редуктора и воздушным каналом, располржен.ным/мёжДу воздуйТным фйльт- .< ром й газовым смесителем. Система питания снабжена также датчиком 20 по'лбжёния рейки, ИМё!ё1ЦЙЙ'ПрййбД от поворотного ры- . чага 4, датчиком 21 положения газовой за-: слонки (потенциометрического' типа),?

' Датчиком положения'дроссельной'заёлрнк.и смесителя 14, выполненным в виде элёк35 ' трйческбго датчика разрежения 22 за дрос- сельной заслонкой 18 по ходу движения га'збвоздушнОй смеси, датчиком 23 положения педали акселератора (потенциометрического типа) и блоком управления 24, имеющим переключатели входного'сигнала · (положение' педали 3), выполненные в виде электромагнитных реле 25 и 26 с обмотками, . подключенными плюсовыми выводами 27 и _: 28 к источнику электрического тока 29 через переключатель 30 вида топлива, двумя парами 31, 32 и 33, 34 (для первого реле 25) и двумя парами 35, 36 и 37, 38 (для второго реле 26) нормально открытых и нормально замкнутых контактов. Блёк управления 24 снабжен формирователем 39 закона движения газовой заслонки 12 дозатора, формирователем 40 закона движения дроссельной заслонки 18 смёситёля, формирователем 41 закона подачи запальной дозы жидкого топлива, тремя сумматорами 42, 43 и 44, тремя ПИД-регулятОрами 45, 46 и 47, тремя парами компараторов 48 и 49, 50 и 51, 52 и 53, тремя усилителями мощности 54. 55 й 56' Двумя делителями напряжения (в виде двух сопротивлений) 57 и 58 и генератором 59 эталонных импульсов.

Датчик 23 положения педали акселератора подключен к входам формирователей 40 и 41 (фиг.З). К первому входу первого сумматора 42 через нормально открытые контакты 35 первого реле 25 подключен выходом формирователь 39. Через нормально замкнутые контакты 32 первый вход сумматора заземлен. К второму входу сумматора 42 подключён датчик 21 положения газовой заслонки, а выход этого сумматора' подключен к входу первого ПИД-регулятора 45. К первому входу второго сумматора 43 через нормально открытые контакты 33 реле 25 подключён выходом формирователь 40, а через нормально замкнутые контакты 34 подключен выход первого делителя напряжения 57. К второму входу сумматора 43 подключен датчик 22, а выход этого сумматора подключен к входу второго ПИД-регу лятора 46. К первому входу сумматора 44 через нормально открытые контакты 32 реле26 подключён выходом формирователь 41., К второму входу сумматора 44 через нормально открытые контакты 37 реле 26 подключен датчик 20 положения рейки, а через нормально замкнутые контакты 38 подключен выход второго делителя напряжения 58. Выход сумматора 44 подключён к входу третьего ПИД-регулятора 47. Через нормально замкнутые контакты 36 реле 26 первый вход сумматора 44 заземлен. Выход • ПЙД-регулятора 45 подключен к инвертйру. / емому входу компаратора 48 и неинвёртируемому входу компаратора 49. Выход ПЙД-регулятора 46 подключен к инвертируемому входу компаратора 50 и неинвертиру/ емому входу компаратора 51. Выход / ПИД-регулятора 47 подключен к инвёртиру>. емому входу компаратора 52 и неинвертируемому входу компаратора . 53. К неинвертируемым входам компараторов 48, . 50 и 52 подключён нёинвёргируемый выход генератора 59. а к инвертируемым входам 45 компараторов 49, 51 и 53 подключен инвер. тируемый выход генератора 59. Выходы компараторов 48 и 49 подключены к блокам усилителя мощности 54 через входное сопротивление. Аналогично выходы компараторов 50 и 51 подключены к усилителю мощности 55, а выходы компараторов 52 и 53 - к усилителю мощности 56. Выходы усилителей мощности 54 и 55 подключены к электродвигателям 13 и 19 привода соответственно газовой заслонки дозатора и дроссельной заслонки смесителя, а выход усилителя мощности 56 подключен к электродвигателю 6 привода упора ограничителя хода рейки через микровыключатели 60 и

61, имеющие привод от упора-ограничителя хода рейки через пластину (микровыключатель 61 служит для отключения двигателя в . аварийной ситуации).

Электромагнитный клапан подачи газа 10 подключен к плюсовым выводам 27 и 28 обмоток реле 25 и 26. Для питания элементов блока управления используется блок питания 62. Система питания оборудуется также элементами, например датчиком давления газа, обеспечивающими надежную работу двигателя.

Заявляемый с п о с о б ре гули р о В ан и я мощности газодизёля основан на поддержании оптимального с точки зрения эконом и чност и и токсичности отработавших газов состава топ ли вовоздушной смеси («опт—1,6 — 1,7) , определенного по результатам регулировочных испытаний, на большей части частичных нагрузок.

Границей перехода от упомянутых значений а к болёё обогащенным смесям (до «~1,4-1,5) для режима Полной мощности выбран нагрузочный рё'жим с величиной среднего эффективного давления Р_е = 7580% Ремакс · Этот режим характерен тем, что именно на этом'режймё для современных безнаддувных дизелей достигаются значения a~ 1,6-1,7. При уменьшений нагрузки от максимальной Ремакс ДО Р_е = 75-80% Ремакс регулирование мощности производят прикрытием газовой заслонки ' 12 при постоянном положений дроссельной заслонки 18 смесителя, осуществляя качественное регулирование. В случае же изменения положения обеих заслонок «опт достигалось бы при меньших значениях Р_е. что сужает область оптимального регулирования. При дальнейшем снижении нагрузки доР_е = 20-30% Ре_макс регулирование мощности осуществляет прикрыванием заслонки 18 при постоянном положении заслонки 12. При таком (количественном) регулировании обеспечивается изменение количества газовоздушной смеси при сохранении «опт . При этом регулирование осуществляют при постоянном Значении запальной дозы жидкого топлива ЗДмин.., выбранном с учётом устойчивости работы двигателя, теплонапряженностй деталей й т.п. Указанное обуславливает высокую топливную экономичность и малую токсичность отработавших газов. При достижении разрежения во впускной системе за дроссельной заслонкой 18 Ркмакс· порядка 0,4-0,5 атм (соответствует Р_е = 20-30% Ремакс ·). определяемого в зависимости от конструкции двигателя и обуславливаемого требованием устойчиво1784737 8 сти его работы, недопустимостью чрезмерного подсоса масла в камеру сгорания и т.п, дальнейшее снижение нагрузки до холостого хода осуществляют воздействием на заслонку,, 12, прикрывая ее до положения, соответствующего режиму холостого хода (х.х.)с одновременным приоткрыванием заслонки 18 и увеличением запальной дозы жидкого топлива до ЗДх.х. ~ 1,25-1,35 упомянутой выше величины запальной дозы для режимов нагрузок от полной до 20-30% Ремакс· При этом обеспечиваются а х.х. = 2.0-2,2 (,в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю по токсичности) вместо 4,5-5,0 при качественном регулировании. Такое регулирование обеспечивает устойчивое горение в цилиндрах двигателя при малых нагрузках за счет оптимизации а для этих режимов и снижения разрежения во впускной системе, обуславливающего повышение давления в цилиндрах. При уменьшении разрежения одновременно уменьшаются насосные потери. Следствием отмеченного, является уменьшение расхода топлива и токсичности отработавших тазов. ·;

При работе двигателя в газодизельном режиме переключатель 30 устанавливают в положение Газ, подавая напряжение в обмотку электромагнитного клапана 10 и обмотки реле 25 и 26. Через открытый клапан газ поступает к редуктору низкого давления 9. При срабатывании реле 25 замыкаются контакты 31. 33 и 32, 34. обеспечивая возможность поступления сигнала от датчика 23 положения педали через формирователи 39 и 40 к сумматорам 42 и 43. При срабатывании реле 26 замыкаются контакты 35 и 37, обеспечивая поступление сигнала отдатчика 23 через формирователь 41 и сигнала от датчика 20 положения рейки к сумматору 44. При отпущенной педали сигнал на выходе датчика 23 равен 0. В этом случае сигнал на выходе формирователей 39 и 41 должен быть равен также 0, а сигнал на выходе формирователя 40 должен быть равен 1,5-2 В. В результате газовая заслонка 12 будет полностью закрыта, дроссельная заслонка 18 займет положение, обеспечивающее разрежение во впускном коллекторе ΔΡκ_0ΠΤ.- а поворотный рычаг-упор ограничителя 5 займёт такое положение, при котором поворотный рычаг рейки 4 будет обеспечивать величину подачи дизельного топлива, равную величине, необходимой для работы на холостом ходу. При нажатии на· педаль 3 через коромысгр 8 усилие передается на телескопическую тягу 7. Перемещаясь, тяга 7 приводит в движение датчик 23, сигнал с которого поступает одновременно на выходы формирователей 39, 40 и 41. Далее на участке малых нагрузок до Р_е = 20-30% Ремакс· ^с выхода формирователя 39 сигнал 5 поступает на первый выход сумматора 42, с выхода формирователя 40 - на первый вход сумматора 43 и с выхода формирователя 41 на первый вход сумматора 44. На второй вход сумматора 42 поступает сигнал с дат10 чика 21, который сравнивается с сигналом, поступающим с формирователя 39. Сигнале датчика разрежения 22 поступает на второй вход сумматора 43, где сравнивается с сигналом, поступающим с формирователя 40, 15 Наконец, на второй вход сумматора 44 поступает сигнал с датчика 20. Этот сигнал сравнивается в сумматоре 44 с сигналом, поступающим с формирователя 41. Если на сумматоры поступают сигналы различной 20 величины, то на выходе их будет иметь мес' то сигнал, равный разности величин сигналов на входе. Полученный на выходе , сумматоров сигнал на выходы ПИД-регуля- < торов 45, 46 и 47. С выхода ПИД-регулятора 25 45 сигнал поступает на инвертируемый вход компаратора 48 и неинвертируемый вход • компаратора 49. С выход ПИД-регулятора 46 сигнал поступает на инвертируемый вход компаратора 50 и неинвертируемый вход Зр компаратора 51; Наконец, с выхода ПИД-регулятора 47 сигнал поступает на инвертируемый вход компаратора 52 и неинвертируемый вход компаратора. 53. С другой стороны, на неинвертируемые входы 35 компараторов 48, 50 и 52 поступает неинвертируемый сигнал эталонных (треугольник) импульсов с выхода генератора 59, а на инвертируемые входы компараторов 49, 51 и 53 поступает инвертированный сигнал ..·.· 40 эталонных импульсов с выхода генератора

59. Йа выходах ПИД-регуляторов 45 и 46 имеет место положительный сигнал И сравнение его с эталонным, поступаемым от генератора 59, будет осуществляться только 4.5 на компараторах 49 и 51. так как оба Сигнала будут одной полярности (положительные). На выходе ПИД-регулятора 47 имеет место /отрицательный сигнал и сравнение его с эталонным, поступающим от генератора 59, 50 происходит нВ компараторе 52,так как оба сигнала на выходе компаратора имеют положительное значение. Таким образом, на выходе компараторов 49, 51 и 52 будут . иметь место положительные прямоугольные 55 Импульсы с частотой 10-20 Гц. устанавливаемой генератором 59. С выхода компаратора 49 сигнал поступает на вход усилителя мощности 54, с выхода компаратора 51 сигнал поступает на вход усилителя мощности и, наконец, с выхода компаратора 52 сигнал поступает на вход усилителя мощности 56. С выходов усилителей мощности 54 и 55 сигнал поступает соответственно к электродвигателю 13, который в тяговом режиме открывает газовую заслонку 12, и электродвигателю 19, который закрывает заслонку 18. Сигнал с выхода усилителя мощности 56 поступает к Электродвигателю 6. Последний в тяговом режиме перемещает поворотный рычаг 5 в сторону уменьшения запальной дозы дизельного топлива.

Открытие газовой заслонки 12' будет осуществляться до тех пор, пока не сработа-: ет формирователь 39 ине выравнятся сигналы, поступающие с этого формирователя и датчика 21, на сумматоре 42. Закрытие заслонки 18 будет осуществляться до тех пор, пока не сработает формирователь 40 и не выравнятся сигналы, поступающие с фор• мирователя 40 и датчика 22, на сумматоре 43. Момент упомянутого срабатывания соответствует разрежению во впускном коллекторе двигателя АРк_макс. = 0.4-0,5 атм. Движение поворотного рычага 5 в сторону, уменьшения запальной дозы дизельного топлива будет продолжаться др тех пор, пока не сработает формирователь 41 и не выравнятся сигналы, поступающие с формирователя 41 и датчика 20, на сумматоре.44.

На участке средних нагрузок от 20-30 до 75-80% Ремакс· заслонка 12 находится в неизменном положении; так как сигйал на выходе формирователя 39 не меняется, хотя с датчика 23 на первый вход формирователя 39 продолжает поступать увеличенный сигнал. Также в неизменном положении остается рычаг: 4_? так как на выходе формирователя 41 имеет место постоянный сигнал. В рассматриваемом диапазоне нагрузок сигнал с датчика 23 поступает на вход сумматора 43. Этот сигнал меньше то,го, который установился на датчике 22 при достижении двигателем нагрузки 20-30%. Таким образом, на выходе сумматора 43 будет иметь место отрицательный сигнал, который пройдя через ПИД-регулятор, попадает на инвертируемый вход компаратора 50 и неинвёртируемый вход компаратора 51. Сравнение данного сигнала и сигнала, поступившего с выхода генератора' эталонных импульсов 5. будет осуществляться на компараторе 50, так как оба сигнала на его выходе будут иметь положительное значение. Далее положительный прямоугольный сигнал, полученный на выходе компаратора 50, поступает на вход усилителя мощности 55. Пройдя через усилитель мощности, сигнал поступает на электродвигатель 19. и начинает открывать заслонку 18. Нагрузка при этом будет увеличиваться. Открытие Заслонки 18 будет 5 осуществляться до тех Пор, пока не сработает формирователь 40 и не выравнятся сигналы, поступающие с этого формирователя и датчика 22, на сумматоре 43. Момент этого срабатывания соответствует полному от10 крытию заслонки 18. Изменение положения дроссельной заслонки 18 сопровождается изменением разрежения во впускной системе за этой заслонкой и количества газовоздушной смеси, всасываемой в двигатель.

Наличие упомянутых выше корректирующих каналов обеспечивает возможность поддержания состава смеси ~</nr

На участке больших нагрузок заслонка 18 находится в неизменном положении 20 (полностью открыта), так как сигнал на выходе формирователя 40 не меняется, хотя с датчика 23 продолжает поступать сигнал на вход формирователя 40. В неизменном положении остается и рычаг 4, как описыва25 лось ранее. На этом участке продолжает открываться газовая заслонка 12. Сигнал с датчика 23 поступает на вход формирователя 3 и далее поступает на первый вход сумматора 42. Дальнейшая работа схемы по 30 обработке полученного сигнала подобна работе данной схемы на малых нагрузках. Открытие заслонки 12 будет осуществляться от нагрузки 75-80% Ремакс· (обеспечивается формирователем 39) до достижения двига35 телем полной нагрузки, что будет соответствовать полному нажатию на педаль 3. При отпускании педали 3 движение рабочих органов будет осуществляться в обратной последовательности.

4Q При работе двигателя в дизельном режиме, когда обесточена обмотка электромагнитного, клапана 10 и доступ газового топлива к двигателю перекрыт, также обесточены и обмотки реле 25 и 26. Нормально открытые контакты 31 и 33 реле 25 размыкают цепь от датчика положения педали 23 к первым входам сумматоров 42 и 43, Через нормально замкнутые контакты 32 и 34 реле 25 к первым входам сумматоров 42 и 43 подается постоянный сигнал (первый вход сумматора 42 заземлен), а на вход сумматора 43 поступает постоянный сигнал с делителя напряжения 57. Одновременно нормально открытый контакт 35 реле 26 раз55 мыкает цепь от датчика положения педали к сумматору 44, а нормально открытые контакты 37 того же реле размыкают цеп ь от датчика 20 к сумматору 44. Таким образом, через нормально замкнутые контакты 36 ре11 1784737 12 ле 26 на первый вход сумматора 44 подается постоянный сигнал (вход заземлен), а с другой стороны, на вторые входы сумматоров 42 и 43 поступают соответственно сигналы с датчиков 21 й 22. Если сигналы,поступившие на сумматоры 42 и 43, различны пр величине, то полученный на их выходе сигнал, проходя через последующие блоки электронной схемы (как описывалось выше), приводит в движение электродвигатель 13 до полного закрытия заслонки12, а Эл ектродвигатель 19 до полного открытия заслонки 18. На второй вход сумматора 44 через нормально замкнутый контакт 38 поступает постоя н н ы й сигн а л с дел ите л я на п ря же н ия 58. На выходе сумматора 44 будет иметь место сигнал, равный сигналу, поступившему с делителя 58, который после последующего Преобразований будет вращать электродвигатель с закрепленным на нём поворотным рычагом 5 до полной разблокировки рычага 4. Остановка электродвигателя 6 осуществляется путём размыкания цепи питания электродвигателя микровыключателем 60 после воздействия на него пластины, закреплённой на поворотном рычаге 5. Далее при нажатий на педаль 3 усилие через коромысло 8 и телескопическую тягу 7 будет передаваться на поворотный рычаг рейки 4, обеспечивая' увеличение расхода жидкого топлива.

Таким образом,заявляемый способ регулирования мощности двигателя, работающего на жидком й газообразном топливах, /ст' /· Г ^! зд здхл.

обеспечивает возможность оптимизации состава топливовоздушной смеси в широком диапазоне режимов работы автомобильного двигателя при одновременных 5 уменьшении насосных потерь й улучшении условий сгорания топливовоздушной смеси в области малых нагрузок. Результатом этого является снижение расхода топлива двигателем и Содержания токсичных 10 компонентов в отработавших газах. ·

Claims (1)

1. формула изобретения.

   Способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего 15 на жидком и газообразном топливах, заключающийся в том, что при работе по газодизел ь ному ци к л у рё гули р о ва н ие мо щности двигателя в зонах больших и малых нагрузок осуществляется путем воздействия на 20 регулирующий орган дозатора газа, прикрывая его по мере снижения нагрузки, при постоянной запальной дозе жидкого, топлива в зонах больших и средних нагрузок, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения 25 расхода топлива и токсичности отработав_ ших газов, в зоне больших нагрузок воздействие на регулирующий орган дозатора газа осуществляется при постоянном положении заслонки газового смесителя, по мере сни30 жения нагрузки прикрывают заслонку газо' вого смесителя в зоне средних нагрузок, а в зоне малых нагрузок одновременно приоткрывают заслонку газового смесителя и увеличивают запальную дозу жидкого топлива.

   Фиг.2