СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВПРЫСКА ДВС
METHOD FOR ICE INJECTION PARAMETER ADJUSTMENT

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к процессу сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (далее - ДВС).
Известен способ регулирования параметров впрыска ДВС с послойным смесеобразованием системы GDI, применяемый на автомобилях фирмы Mitsubishi (см. статью «GDI - Непосредственны впрыск бензина» на сайте: amastercar.ru/artirlles/ingection_fuel_1.shtml (раздел - устройство автомобиля - впрыск GDI)), заключающийся в управлении параметрами впрыска с обеспечением различных режимов работы ДВС. При этом режим с послойным смесеобразованием и сгоранием бедной топливной смеси заключается в организации отраженного от поршня впрыска с помощью сферической выборки в поршне в конце такта сжатия и направленного в сторону свечи небольшого облака слабо обогащенной топливной смеси, последующего его сгорания в объеме сжатого воздуха со средним соотношением топлива к воздуху 1:40, что обеспечивает наивысшие экономичность и чистоту выхлопных газов.
Недостатками способа являются низкая мощность двигателя и кратковременность его работы на высокообедненном режиме в узком диапазоне скоростей автомобиля (100-120 км в час), без повышенных нагрузок. В итоге суммарный результат повышения экономичности и экологичности незначителен.
Известен также способ регулирования параметров впрыска ДВС с послойным смесеобразованием, который допускает его работу в различных режимах смесеобразования (как послойном, так и в нескольких гомогенных) и переключение между ними (см. заявку РФ №2003105808/06, МПК F02D 41/30, опубл. 10.09.2004).
Недостатком такого способа является то, что при его реализации преобладают гомогенные режимы сгорания обедненной топливной смеси с повышенными уровнями токсичности и экономичности из-за малых пределов воспламенения обедненной рабочей смеси, что и обуславливает более низкие экологичность выхлопа и экономичность двигателя по сравнению с режимом послойного сгорания. Такой способ имеет лучшие показатели по экологичности и экономичности двигателя по сравнению со способом системы GDI, но в недостаточной степени улучшают их. Данный способ является наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению и выбран в качестве прототипа.
Цель (техническая задача) заявленного решения - расширение диапазона степеней обеднения топливной смеси, что повышает экономичность и чистоту выхлопных ДВС.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования параметров впрыска ДВС регулируют глубину впрыскивания топлива посредством изменения давления впрыска. При этом глубину впрыскивания могут регулировать в пределах всей глубины камеры сгорания, а давление впрыска могут изменять либо плавно, либо ступенчато, в частности посредством задатчика режимов. Причем задатчик режимов обеспечивает по меньшей мере два фиксированных режима послойного смесеобразования с возможностью их выбора и переключения между ними. При этом в пределах используемых режимов параметр длительности впрыска могут задавать в пропорциональной или в одном из видов нелинейной зависимости от давления впрыска: дифференциальной, интегральной, логарифмической или какой-либо другой.
Регулирование глубины впрыскивания топлива посредством изменения давления впрыска обеспечивает изменение глубины впрыскивания топлива и, как следствие, изменение соотношения обогащенного слоя и слоя бедной смеси и воздуха в камере сгорания, что позволяет регулировать степень обеднения смеси и подбирать наиболее оптимальный режим работы ДВС.
Регулирование глубины впрыскивания в пределах всей высоты камеры сгорания (от точки начала впрыскивания до нижней границы камеры сгорания) обеспечивает наибольший охват вариантов режимов смесеобразования и сгорания.
Плавное изменение давления впрыска обеспечивает наиболее оптимальный подбор значений параметров режима работы двигателя в зависимости от условий его эксплуатации.
Ступенчатое изменение давления впрыска обеспечит упрощенное регулирование степени послойности и одновременно степени обеднения процесса смесеобразования и, соответственно, упрощенное программное обеспечение управления.
Ступенчатое изменение давления впрыска посредством задатчика режимов упрощает выбор значений параметров и возможность переключения между ними.
Наличие по меньшей мере двух фиксированных режимов послойного смесеобразования (помимо гомогенного режима) позволяет использовать данный способ с упрощенным программным управлением для различных условий работы двигателя и применять его на двигателях большинства транспортных средств и стационарных установок.
Задание параметра длительности впрыска в одном из видов зависимости от давления впрыска - пропорциональной или в одном из видов нелинейной зависимости (дифференциальной, интегральной, логарифмической или какой-либо другой), позволяет подобрать наиболее подходящий алгоритм регулирования смесеобразования для конкретных вариантов конструкции ДВС и определенных эксплуатационных условий их работы.
Предлагаемый способ регулирования параметров впрыска ДВС иллюстрируется следующим примером для двухтактного бензинового двигателя.
2
i
i
Для осуществления способа в таком ДВС, он оборудуется задатчиком режимов 1, связанным с процессором-контроллером 2, датчиком расхода воздуха 3 и топливным насосом с управляемым регулятором давления 4, а камера сгорания 5 каждого его цилиндра 6 с поршнем 7 содержит форсунку 8 и свечу зажигания 9. Кроме этого, ДВС может быть дополнительно снабжен корректирующими датчиками и датчиками обратной связи 10 по таким параметрам, как обороты двигателя, крутящий момент, содержание O в выхлопных газах и другим. При этом возможны режимы различных вариантов послойного сгорания («а») или гомогенного сгорания («б»). Режим выбирается задатчиком режимов 1, определяющим тот или иной вариант алгоритма работы процессора-контроллера 2, который с учетом текущих данных от датчика расхода воздуха 3 во впускном коллекторе, а также различных корректирующих датчиков 10 (в частности, температурные), вырабатывает управляющие сигналы работы по давлению Р для регулятора топлива 4 и по длительности открытого состояния t - для форсунки 8.
i
Тем самым можно регулировать высоту Н впрыска струи распыленного топлива 11, получая два слоя с различными физическими параметрами, разделенных между собой границей 12. Выше этой границы 12 образуется слой обогащенной топливной смеси (за счет испарения распыленного топлива) в зоне свечи зажигания 9, обеспечивающей воспламенение в момент времени Т. Ниже границы 12 образуется слой бедной смеси и воздуха.
mах
mах
При достижении максимального давления Р и максимальной высоты впрыска Н (т.е. практически равной высоте камеры сгорания 5) обеспечивается режим гомогенного сгорания («б»), переключением задатчика 1 в соответствующее положение. Гомогенный режим требует повышенного расхода топлива, но необходим, например, для обеспечения максимальной динамики разгона.
При этом обеспечивают соотношение впрыскиваемого топлива к поступившему в цилиндры воздуху от минимального 1:80 на высокообедненных режимах до максимального 1:12 на мощностных режимах.
Таким образом, возможность осуществления заявленного способа регулирования параметров впрыска ДВС обеспечивается с помощью известных технических устройств, а само техническое решение позволяет повысить экономичность и чистоту выхлопа ДВС.