СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к электронной системе управления впрыском топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Одной из самых актуальных проблем современного автомобильного двигателестроения является проблема нейтрализации выхлопных отработанных газов. С ужесточением норм по содержанию СО и СН в отработавших газах стали востребованными системы управления впрыском, позволяющие уменьшить содержание в выхлопных газах окиси углерода и углеводородов.
Известны следующие способы нейтрализации выхлопных отработанных газов:
1. применение «чистого» бензина - в ряде стран применяют так называемые «чистые» бензины.
2. уменьшение токсичности путем воздействия на внутренние процессы в двигателе:
а. управлением системой впрыска по цепи обратной связи от кислородного датчика, при этом понижаются содержание СО и СН.
6. рециркуляция части отработанных газов - достигается понижение NO и некоторая экономия топлива.
в. совместное использование этих двух систем.
3. нейтрализация отработанных газов в выпускном тракте с использованием газонейтрализаторов.
Известны системы управления впрыском топлива для двигателей внутреннего сгорания, структурно состоящие из центрального электронного блока управления, центральный процессор которого воспринимает информационные сигналы от датчиков, регистрирующих такие основные рабочие параметры, как скорость вращения вала двигателя и положение дроссельной заслонки, которая регулирует поступление воздуха в двигатель, а также концентрацию отдельных компонентов в отработавшем газе, при этом указанный центральный блок управления регулирует режим впрыска горючей смеси при использовании предпочтительно одной форсунки.
Они отличаются друг от друга характеристиками центрального электронного блока управления. Это касается аппаратурно-структурного решения и программного обеспечения, определяющихся конкретными условиями эксплуатации, и функционирования каждой такой системы впрыска.
Известно также, что изменения коэффициента избыточного воздуха горючей смеси могут происходить (и в переходном, и в устойчивом режиме работы) вследствие изменений рабочих или конструктивных характеристик двигателя или системы впрыска топлива, обусловленных следующими действующими причинными обстоятельствами: изменениями плотности воздуха в результате изменений температуры относительной влажности или атмосферного давления; изменениями объемного КПД двигателя в результате изменений обратного давления в отработавшем газе, зазоров в клапанах, степени сжатия горючей смеси или характеристик механических деталей двигателя; допусками и дрейфом датчиков или исполнительных механизмов системы впрыска топлива, обусловленных изменениями емкости инжекторов, давления топлива или электрических параметров датчиков или указанных механизмов и т.д.
В конечном итоге все эти неконтролируемые изменения проявляются в ошибке в дозировании топливной смеси, так что реализуемый временной режим впрыска топлива, определенный для номинальных условий работы двигателя, не будет соответствовать реально потребному режиму питания двигателя топливом.
Для компенсации отклонений горючей смеси от оптимального стехиометрического соотношения были разработаны принципы автоматического регулирования, базирующиеся на использовании обратной связи от датчика выхлопных (отработавших) газов.
Известна электронная система управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2027050 [1].
Электронная система управления содержит форсунку с отверстием для впрыска топлива и центральный блок управления, установленный на впускном канале двигателя. Блок управления содержат центральный процессор, на входы которого поступают сигналы от набора датчиков. На основании сигналов от датчика положения дроссельной заслонки (потенциометра), датчика числа оборотов вала двигателя, датчика концентрации отработавших газов (преобразователя концентрации), датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры всасываемого воздуха центральный процессор вычисляет продолжительность и момент впрыска топлива в цилиндры. Процессор снабжен блоками, каждый из которых выполнен в виде отдельного вычислителя для определения поправочных коэффициентов и коррекции момента впрыска топлива.
Также известна система управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания (см. Соснин Д.А. Автотроника М.: СОЛОН-Р, 2005. Стр.187, рис.20.3. Экологическая система автомобиля с двумя датчиками концентрации кислорода (ДКК) и комбинированным газонейтрализатором (КГН). Приложение 1) [2], состоящая из электронного блока управления впрыском, датчика массового расхода воздуха, датчика положения дроссельной заслонки, рабочих форсунок впрыска бензина, общего датчика содержания кислорода, газонейтрализатора, выходного датчика содержания кислорода, причем выходы датчика массового расхода воздуха и датчика положения дроссельной заслонки подключены к входам блока управления двигателем, выходы которого подключены к управляющим входам рабочих форсунок впрыска бензина, а выходы общего датчика содержания кислорода и выходного датчика содержания кислорода подключены к входам блока управления двигателем.
Известная система является достаточно простой и применяется в автомобилях ВАЗ, а так же этот принцип является общим для всех бензиновых двигателей внутреннего сгорания с впрыском.
Известная система имеет следующие недостатки:
1. Она не обеспечивает оптимальный состав смеси для каждого цилиндра, так как всегда имеет место разброс производительности форсунок, даже при условии их выбора из одной партии, а в процессе работы происходит неодинаковый износ деталей форсунок, что приводит к постепенному увеличению неравномерности их производительности по разным цилиндрам. Кроме этого износ деталей цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма также происходит неравномерно по разным цилиндрам, это приводит к изменению коэффициента наполнения цилиндров воздухом и изменению коэффициента λ, что не может быть скорректировано с помощью одного датчика кислорода на выходе, общем для всех цилиндров.
2. В известной системе неравномерность подачи топлива форсунками или негерметичность впускного тракта будут определены блоком управления как неисправность типа «богатая или бедная смесь», в результате чего он откорректирует подачу топлива для всех форсунок одновременно, что не оптимизирует процесс сгорания. Известная система правильно реагирует только в случаях, когда изменения касаются одновременно всех цилиндров, например изменение давления топлива в магистрали или изменение состава атмосферы (загазованность, изменение давления). При этом подразумевается, что все форсунки имеют одинаковую производительность и состояние всех поршней, цилиндров, поршневых колец, клапанов также одинаковое.
Известная система управления впрыском топлива [2] по совокупности признаков принята в качестве наиболее близкого аналога.
Техническим результатом, на который направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение оптимального состава топливовоздушной смеси для каждого цилиндра, что позволяет уменьшить содержание в выхлопных газах окиси углерода и углеводородов по сравнению с известной системой управления впрыском и увеличить экономичность расхода топлива.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система управления впрыском, состоящая из электронного блока управления впрыском, датчика массового расхода воздуха, датчика положения дроссельной заслонки, рабочих форсунок впрыска бензина, газонейтрализатора, выходного датчика содержания кислорода, причем выходы датчика массового расхода воздуха и датчика положения дроссельной заслонки подключены к входам блока управления двигателем, выходы которого подключены к управляющим входам рабочих форсунок впрыска бензина дополнительно содержит индивидуальные датчики содержания кислорода, каждый из которых расположен у своего цилиндра, причем выходы индивидуальных датчиков содержания кислорода подключены к входам блока управления впрыском. Выход выходного датчика содержания кислорода подключен к входу блока управления впрыском.
Причем индивидуальные датчики содержания кислорода располагаются в отводах коллектора, удлиненных для исключения попадания на индивидуальные датчики содержания кислорода отработанных газов соседних цилиндров. На функциональной схеме условно не показаны элементы, которые совпадают со схемой прототипа и не были изменены.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - функциональная схема заявляемой системы управления впрыском.
Фиг.2 - функциональная схема заявляемой системы управления впрыском для 4-х цилиндрового двигателя.
Заявляемая система является системой управления впрыском n-цилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания, где n≥2. Она содержит электронный блок 1 управления впрыском, датчик 2 массового расхода воздуха, датчик 3 положения дроссельной заслонки, n рабочих форсунок 4.1÷4-n впрыска бензина, n индивидуальных датчиков 8.1÷8.n содержания кислорода, газонейтрализатор 16, выходной датчик 17 содержания кислорода и коллектор 15. К входу 20 электронного блока 1 управления впрыском подключен выход датчика 2 массового расхода воздуха. Выход датчика 3 положения дроссельной заслонки подключен к входу 21 блока 1 управления впрыском. При этом n выходов блока 1 управления впрыском подключены к управляющим входам рабочих форсунок 4.1÷4.n впрыска бензина. В каждом отводе 15.1÷15.n коллектора 15 установлен индивидуальный датчик 8.1÷8.n содержания кислорода, причем выходы датчиков 8.1÷8.n содержания кислорода подключены к входам 22.1÷22.n блока 1 управления впрыском. Выход выходного датчика 17 содержания кислорода подключен к входу 23 блока 1 управления впрыском.
В заявляемой системе отводы 15.1÷15.n коллектора выполнены удлиненными, для исключения попадания на индивидуальные датчики 8.1÷8.n содержания кислорода отработанных газов соседних цилиндров.
К каждой из рабочих форсунок 4.1÷4.n впрыска бензина поступает по бензопроводу 10 бензин 11. При этом топливовоздушная смесь 5.1÷5.n поступает в каждый цилиндр 6.1÷6.n, отработанные газы 7.1÷5-n каждого из которых поступают в отводы 15.1÷15.n коллектора с установленными в них индивидуальными датчиками 8.1÷8.n содержания кислорода. Далее отработанные газы 7.1÷5.n объединяются в коллекторе 15 в общий поток 14, направляющийся через газонейтрализатор 16 и выходной датчик 17 содержания кислорода к приемной трубе глушителя. За счет выполнения отводов коллектора 15.1÷15.n удлиненными исключено попадание отработанных газов соседних цилиндров на индивидуальные датчики 8.1÷8.n содержания кислорода.
Для сокращения описания некоторые детали, общие для прототипа и полезной модели, на схеме не указаны датчик температуры воды, датчик температуры воздуха, датчик положения коленвала, датчик фаз, регулятор холостого хода.
Работа заявляемой системы управления впрыском n-цилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем.
К каждой из рабочих форсунок 4.1÷4.n впрыска бензина поступает бензин 11 по бензопроводу 10. При этом топливовоздушная смесь 5.1÷5.n поступает в каждый цилиндр 6.1÷6.n, отработанные газы 7.1÷7.n каждого из которых поступают в отводы 15.1÷15.n коллектора 15 с установленными в них индивидуальными датчиками 8.1÷8.n содержания кислорода. Далее отработанные газы 7.1÷5.n объединяются в коллекторе 15 в общий поток 14, направляющийся через газонейтрализатор 16 и выходной датчик 17 содержания кислорода к приемной трубе глушителя.
Благодаря тому, что отводы 15.1÷15.n коллектора 15 выполнены удлиненными, исключено попадание на индивидуальные датчики 8.1÷8.n содержания кислорода отработанных газов соседних цилиндров. Поэтому значение электрического сигнала на выходе конкретного индивидуального датчика будет соответствовать содержанию кислорода в выхлопных газах только своего цилиндра. Электрические сигналы, поступающие от указанных датчиков, обрабатываются блоком управления впрыском индивидуально для каждого цилиндра. На основании результатов обработки блок управления впрыском с помощью линий 9.1÷9.n осуществляет управление временем впрыска топлива индивидуально для каждой форсунки.
Благодаря этому заявляемой системой управления впрыском обеспечивается оптимальный состав смеси для каждого цилиндра, несмотря на имеющийся разброс производительности рабочих форсунок.
Пример системы управления впрыском 4х-цилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания (фиг.2). Она содержит электронный блок 1 управления впрыском, датчик 2 массового расхода воздуха, датчик 3 положения дроссельной заслонки, четыре рабочих форсунки 4.1÷4.4 впрыска бензина, четыре индивидуальных датчика 8.1÷8.4 содержания кислорода, газонейтрализатор 16, выходной датчик 17 содержания кислорода и коллектор 15.
К входу 20 электронного блока 1 управления впрыском подключен выход датчика 2 массового расхода воздуха. Выход датчика 3 положения дроссельной заслонки подключен к входу 21 блока 1 управления впрыском. При этом четыре выхода блока 1 управления впрыском подключены к управляющим входам рабочих форсунок 4.1÷4.4 впрыска бензина. В каждом отводе 15.1÷15.4 коллектора 15 установлен индивидуальный датчик 8.1÷8.4 содержания кислорода, причем выходы датчиков 8.1÷8.4 содержания кислорода подключены к входам 22.1÷22.4 блока 1 управления впрыском. Выход выходного датчика 17 содержания кислорода подключен к входу 23 блока 1 управления впрыском.
Отводы 15.1÷15.4 коллектора выполнены удлиненными, для исключения попадания на индивидуальные датчики 8.1÷8.4 содержания кислорода отработанных газов соседних цилиндров.
К каждой из рабочих форсунок 4.1÷4.4 впрыска бензина поступает по бензопроводу 10 бензин 11. При этом топливовоздушная смесь 5.1÷5.4 поступает в каждый цилиндр 6.1÷6.4, отработанные газы 7.1÷7.4 каждого из которых, поступают в отводы 15.1÷15.4 коллектора с установленными в них индивидуальными датчиками 8.1÷8.4 содержания кислорода. Далее отработанные газы 7.1÷7.4 объединяются в коллекторе 15 в общий поток 14, направляющийся через газонейтрализатор 16 и выходной датчик 17 содержания кислорода к приемной трубе глушителя. За счет выполнения отводов 15.1÷15.4 коллектора удлиненными исключено попадание отработанных газов соседних цилиндров на индивидуальные датчики 8.1÷8.4 содержания кислорода.
Работа заявляемой системы управления впрыском 4х-цилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания. К каждой из рабочих форсунок 4.1÷4.4 впрыска бензина поступает бензин 11 по бензопроводу 10. При этом топливовоздушная смесь 5.1÷5.4 поступает в каждый цилиндр 6.1÷6.4, отработанные газы 7.1÷7.4 каждого из которых поступают в отводы 15.1÷15.4 коллектора 15 с установленными в них индивидуальными датчиками 8.1÷8.4 содержания кислорода. Далее отработанные газы 7.1÷7.4 объединяются в коллекторе 15 в общий поток 14, направляющийся через газонейтрализатор 16 и выходной датчик 17 содержания кислорода к приемной трубе глушителя. Благодаря тому, что отводы 15.1÷15.4 коллектора 15 выполнены удлиненными, исключено попадание на индивидуальные датчики 8.1÷8.4 содержания кислорода отработанных газов соседних цилиндров. Поэтому значение электрического сигнала на выходе конкретного индивидуального датчика будет соответствовать содержанию кислорода в выхлопных газах только своего цилиндра. Сигналы, поступающие от указанных датчиков, обрабатываются блоком управления впрыском индивидуально для каждого цилиндра. На основании результатов обработки блок управления впрыском с помощью линий 9.1÷9.4 осуществляет управление временем впрыска топлива индивидуально для каждой форсунки. Благодаря чему обеспечивается оптимальный состав смеси для каждого цилиндра, несмотря на имеющийся разброс производительности рабочих форсунок.
Заявляемая система управления впрыском топлива двигателя внутреннего сгорания обеспечивает увеличение пробега автомобиля до ремонта, так как при износе деталей, определяющих токсичность выхлопа (форсунок, поршневых колец, клапанов), неравномерность износа компенсируется индивидуальным регулированием состава смеси по цилиндрам двигателя.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент РФ №2027050 Электронная система управления впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания. Опубликовано: 20.01.1995 - прекратил действие.
2. Соснин Д.А. Автотроника. М.: СОЛОН-Р, 2005 - наиболее близкий аналог.
3. Департамент развития АО «Автоваз» Система впрыска топлива автомобиля ВАЗ 2112.