СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL METHOD

Изобретение относится к транспортному и энергомашиностроению, конкретно к системам управления двигателем внутреннего сгорания.
Известен способ работы двухтопливного газотурбинного двигателя, работающего на углеводородном и криогенном топливе (заявка РФ №93006021, F02C 9/00, опубликована: 30.04.1995), заключающийся в том, что при работе на углеводородном топливе в камеру сгорания через теплообменник подают и криогенное топливо в количестве, обеспечивающем охлаждение стенок теплообменника до температуры ниже допустимой температуры для конструкции теплообменников. Криогенное топливо также подают через теплообменник на режимах выше малого газа, а расход криогенного топлива через теплообменник увеличивают пропорционально увеличению температуры газов за турбиной.
Недостаток способа в том, что низка точность подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания из-за отсутствия коррекции его расхода по температуре и давлению на входе в дозирующие форсунки.
Известен способ управления двигателем внутреннего сгорания, работающим на основном и альтернативном топливе, по патенту №2136933, включающий измерение параметров режимов двигателя с помощью множества датчиков, передачу сигналов датчиков в микропроцессорный контроллер, формирование на их основе сигналов управления расходом топлива, селектирование сигналов управления в зависимости от вида топлива, подачу сигналов управления на исполнительный орган дозирования соответствующего топлива в двигатель, при этом формирование сигналов управления расходом основного и альтернативного топлива производят в одном микропроцессорном контроллере автономно для каждого вида топлива, при этом сигналы управления селектируют и подают либо на основной, либо на альтернативный исполнительный орган в зависимости от сигнала вида топлива.
Недостаток данного способа в том, что расход топлива, кроме параметров режимов двигателя, зависит от параметров самого топлива, а именно температуры и давления на входе в исполнительный орган дозирования. Из-за этого снижается точность дозирования топлива, что, в свою очередь, приводит к ухудшению токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и снижению ресурса работы каталитического нейтрализатора.
Задача изобретения заключается в повышении точности дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания при различных температурах и давлениях на входе в исполнительные органы дозирования в рабочем диапазоне параметров окружающей среды.
Указанная задача в способе управления двигателем внутреннего сгорания по патенту №2136933 решается тем, что дополнительными датчиками измеряют давление и температуру топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива, проверяют исправность дополнительных датчиков сравнением их показаний со значениями, записанными в микропроцессорном контроллере, если дополнительные датчики исправны, то по показаниям дополнительных датчиков в микропроцессорном контроллере вычисляют корректирующий коэффициент, с помощью которого изменяют сигнал управления для увеличения или уменьшения расхода топлива через исполнительные органы дозирования топлива, а также тем, что при отказе дополнительного датчика температуры топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива, альтернативные показания температуры топлива получают вычитанием от температуры двигателя внутреннего сгорания, разности температуры, записанной в микропроцессорном контроллере при проведении калибровочных испытаний, между температурой двигателя внутреннего сгорания и температурой топлива перед исполнительными органами дозирования топлива при исправном дополнительном датчике температуры топлива в диапазоне эксплуатационных температур окружающей среды, при этом альтернативные показания температуры на входе в исполнительные органы дозирования топлива используют в микропроцессорном контроллере для вычисления корректирующего коэффициента, с помощью которого изменяют сигнал управления для увеличения или уменьшения расхода топлива через исполнительные органы дозирования топлива и тем, что при отказе датчика температуры топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива формируют диагностический код ошибки, записывают его в энергонезависимую память микропроцессорного контроллера и включают лампу неисправности на панели приборов транспортного средства и тем, что при отказе датчика температуры двигателя внутреннего сгорания в микропроцессорном контроллере выключают вычисление корректирующего коэффициента по температуре и давлению топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива и тем, что при отказе датчика температуры окружающей среды в микропроцессорном контроллере выключают вычисление корректирующего коэффициента по температуре и давлению топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива и тем. что при отказе датчика давления топлива на входе в исполнительные органы дозирования, в микропроцессорном контроллере выключают вычисление корректирующего коэффициента по температуре и давлению топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива и тем, что при отказе датчика давления топлива на входе в исполнительные органы дозирования топлива формируют диагностический код ошибки, записывают его в энергонезависимую память микропроцессорного контроллера и включают лампу неисправности на панели приборов транспортного средства.
В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности в микропроцессорных системах управления двигателями внутреннего сгорания и может быть использовано для управления двигателями транспортных средств, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».
Изобретение поясняется следующим схемами.
На фиг. 1 представлена схема системы управления двигателем внутреннего сгорания для осуществления предлагаемого способа.
На фиг. 2 представлена схема изменения температуры двигателя внутреннего сгорания и температуры топлива на входе в исполнительные органы дозирования после его пуска, во время прогрева и на последующих режимах работы.
Система для осуществления способа фиг. 1 содержит трубопровод подачи жидкого топлива 1 соединенный через исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива (в качестве исполнительных органов дозирования 2 жидкого топлива применяют электромагнитные или пьезоэлектрические форсунки, число которых равно числу цилиндров в поршневом двигателе внутреннего сгорания 3) с двигателем внутреннего сгорания 3, при этом на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива установлены датчик давления 4 и датчик температуры 5, которые соединены с микропроцессорным контроллером 6, исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива соединены с микропроцессорным контроллером 6 для их управления при работе двигателя внутреннего сгорания 3. Датчик температуры 7 окружающей среды и датчик температуры 8 двигателя внутреннего сгорания 3 соединены с микропроцессорным контроллером 6. Система также содержит трубопровод подачи газового топлива 9, соединенный через исполнительные органы дозирования 10 газового топлива (в качестве исполнительных органов дозирования 10 газового топлива применяют электромагнитные форсунки, число которых равно числу цилиндров в поршневом двигателе внутреннего сгорания 3) с двигателем внутреннего сгорания 3, при этом на входе в исполнительные органы дозирования 10 газового топлива установлены датчик давления 11 и датчик температуры 12, которые соединены с микропроцессорным контроллером 6, исполнительные органы дозирования 10 газового топлива соединены с микропроцессорным контроллером 6 для их управления при работе двигателя внутреннего сгорания 3.
двс
т
н
н
н
т
двс
т
нт
т
нт
н
н
нт
н
н
н
Схема изменения температуры двигателя внутреннего сгорания 3 и температуры топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого и 10 газового топлива по времени при прогреве и на последующих режимах работы представлена на рис. 2. После пуска двигателя внутреннего сгорания 3 начинается его прогрев, и его температура Т, которую измеряют с помощью датчика 8, изменяется по линии 13 на фиг. 2, при этом также прогревается топливо до температуры Т на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого и 10 (фиг. 1) газового топлива соответственно отдельно по разному по линии 14 на фиг. 2 при стандартных атмосферных условиях, т.е. при температуре окружающей среды Т = 293К. Прогрев жидкого и газового топлива обусловлен тем, что топливные рампы, на которых установлены исполнительные органы дозирования (форсунки), смонтированы на двигателе в моторном отсеке в непосредственной близости от места впрыска топлива. При температурах Т > 293К прогрев топлива осуществляется быстрее по линии 15 фиг. 2, но по разному для жидкого и для газового топлива. При температурах Т < 293К прогрев топлива осуществляется медленнее по линии 16 фиг. 2, но по разному для жидкого и для газового топлива. Изменение разности температуры ΔТ = Т - Т + ΔТ двигателя внутреннего сгорания 3 и температуры топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 и 10 (фиг. 1) отдельно для жидкого и для газового топлива измерено при проведении калибровочных испытаний двигателя внутреннего сгорания 3 в составе транспортного средства и записано в энергонезависимой памяти микропроцессорного контроллера 6, где: Т - температура жидкого или газового топлива при исправных датчиках температуры 5 и 12; ΔТ - поправка на температуру окружающей среды соответственно отдельно для жидкого и для газового топлива. При отличии температуры Т окружающей среды от стандартной атмосферы Т = 293К, при проведении калибровочных испытаний двигателя внутреннего сгорания 3 измеряют и записывают в энергонезависимую память микропроцессорного контроллера 6 отдельно для жидкого и газового топлива поправку ΔТ = А(Т - 293) = f(T), где коэффициент А = f(T) определен при проведении калибровочных испытаний двигателя внутреннего сгорания 3 отдельно для жидкого и для газового топлива.
кр
вх
вых
Способ по п. 1 осуществляют следующим образом. Дополнительными датчиками 4 и 5 (фиг. 1) измеряют соответственно давление и температуру жидкого топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 (фиг. 1) жидкого топлива, дополнительными датчиками 11 и 12 (фиг. 1) измеряют соответственно давление и температуру газового топлива на входе в исполнительные органы дозирования 10 (фиг. 1) газового топлива, проверяют исправность дополнительных датчиков 4, 5, 11 и 12 (фиг. 1) сравнением их показаний со значениями, записанными в микропроцессорном контроллере 6, если дополнительные датчики 4, 5, 11 и 12 исправны, то по показаниям дополнительных датчиков 4, 5, 11 и 12 в микропроцессорном контроллере 6 вычисляют первый и второй корректирующие коэффициенты соответственно для жидкого и газового топлива, с помощью которых изменяют сигналы управления для увеличения или уменьшения расхода топлива через исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива или исполнительные органы дозирования 10 газового топлива. Массовый расход жидкого и газового топлива зависит от плотности этих видов топлив. Первый корректирующий коэффициент учитывает изменение плотности жидкого топлива в зависимости от температуры и давления на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива. Для газового топлива второй корректирующий коэффициент учитывает, во первых, изменение плотности газового топлива в зависимости от температуры и давления на входе в исполнительные органы дозирования 10 газового топлива, и во вторых, изменение скорости звука от температуры и давления на входе в исполнительные органы дозирования 10 газового топлива при критическом или сверхкритическом перепаде давления газа на исполнительных органах дозирования 10 газового топлива, т.к. в этом случае скорость истечения газа равна скорости звука. Например, для газообразного метана критический перепад равен: π = Р/Р = 1,79.
вх
вых
где P - давление на входе в исполнительные органы дозирования 10, Р - давление на выходе из исполнительного органа дозирования 10.
ат
двс
т
двс
т
н
нт
н
ат
ат
двс
т
нт
двс
т
двс
н
нт
н
н
н
н
Способ по п. 2 осуществляют следующим образом. При отказе дополнительного датчика 5 температуры жидкого топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива, или при отказе дополнительного датчика 12 температуры газового топлива на входе в исполнительные органы дозирования 10 газового топлива, альтернативные показания температуры Т жидкого или газового топлива получают вычитанием от температуры Т двигателя 3, разностей температуры ΔТ отдельно для жидкого и для газового топлива, записанной в микропроцессорном контроллере 6 при проведении калибровочных испытаний, между температурой Т двигателя 3 и температурой Т, измеренной датчиком 5 жидкого топлива или температурой, измеренной датчиком 12 газового топлива, соответственно перед исполнительными органами дозирования 2 жидкого и 10 газового топлива при исправном дополнительном датчике 5 температуры жидкого топлива и при исправном дополнительном датчике 12 газового топлива в диапазоне эксплуатационных температур Т окружающей среды, т.е. с прибавлением поправки ΔТ на отличие температуры окружающей среды от стандартного значения Т = 293К, при этом отдельно для жидкого и для газового топлива альтернативные показания температуры Т на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого и 10 газового топлива используют в микропроцессорном контроллере 6 для вычисления соответственно первого для жидкого топлива и второго для газового топлива корректирующих коэффициентов, с помощью которых изменяют сигналы управления для увеличения или уменьшения расхода топлива через исполнительные органы дозирования 2 жидкого и 10 газового топлива. Альтернативные показания температуры отдельно для жидкого и для газового топлива вычисляют по формуле: Т = T - ΔТ + ΔТ, где Т - измеренная датчиком 8 температура двигателя; ΔТ = f(Т) - разность температуры между температурой, измеренной датчиком 8, двигателя 3 и температурой, измеренной датчиками 5 жидкого или 12 газового топлива, перед исполнительными органами дозирования 2 жидкого или 10 газового топлива в зависимости от температуры, измеренной датчиком 8 двигателя 3, при исправных датчиках температуры 5 жидкого или 12 газового топлива, записанная в энергонезависимой памяти в микропроцессорном контроллере 6 при проведении калибровочных испытаний при стандартной температуре атмосферы Т = 293К; ΔТ = Δ(Т - 293) = f(Т) - поправка на температуру окружающей среды в зависимости от температуры окружающей среды относительно температуры Т = 293К стандартной атмосферы, определена при проведении калибровочных испытаний отдельно для жидкого и для газового топлива и записана в энергонезависимой памяти в микропроцессорном контроллере 6, где коэффициент А = f(Т) определен при проведении калибровочных испытаний двигателя внутреннего сгорания 3 отдельно для жидкого и для газового топлива.
Способ по п. 3 осуществляют следующим образом. При отказе датчика 5 или 12 температуры соответственно жидкого или газового топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого или 10 газового топлива формируют диагностический код ошибки, записывают его в энергонезависимую память микропроцессорного контроллера 6 и включают лампу неисправности на панели приборов транспортного средства.
Способ по п. 4 осуществляют следующим образом. При отказе датчика 8 температуры двигателя 3 внутреннего сгорания в микропроцессорном контроллере 6 выключают вычисление первого для жидкого топлива и второго для газового топлива корректирующих коэффициентов по температуре и давлению топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого и 10 газового топлива.
Способ по п. 5 осуществляют следующим образом. При отказе датчика 7 температуры окружающей среды в микропроцессорном контроллере 6 выключают вычисление первого для жидкого топлива и второго для газового топлива корректирующих коэффициентов по температуре и давлению топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого и 10 газового топлива.
Способ по п. 6 осуществляют следующим образом. При отказе датчика 4 давления жидкого топлива или отказе датчика 11 давления газового топлива на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого топлива или исполнительные органы дозирования 10 газового топлива, в микропроцессорном контроллере 6 соответственно выключают вычисление первого для жидкого топлива или второго для газового топлива корректирующих коэффициентов по температуре и давлению на входе в исполнительные органы дозирования 2 жидкого или 10 газового топлива.
Способ по п. 7 осуществляют следующим образом. При отказе датчика 4 или 11 давления соответственно жидкого или газового топлива на входе соответственно в исполнительные органы дозирования 2 жидкого или 10 газового топлива формируют диагностический код ошибки, записывают его в энергонезависимую память микропроцессорного контроллера 6 и включают лампу неисправности на панели приборов транспортного средства.
Таким образом, изобретением усовершенствован способ повышения точности дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания в зависимости от температуры и давления топлива на входе в исполнительные органы дозирования с учетом температуры окружающей среды, путем коррекции управления исполнительными органами дозировании расхода топлива, что, в свою очередь, снижает токсичность отработавших газов и повышает ресурс работы каталитического нейтрализатора, при этом производиться диагностика состояния датчиков температуры и давления топлива в процессе эксплуатации и принятия решения об использовании их показаний.