Спосіб управління двигуном внутрішнього згоряння

Спосіб управління двигуном внутрішнього згоряння, що включає зміну кількостГ подаваного в циліндри повітря при зміні поточного навантаження двигуна, який відрізняється тим, що одночасно зі зміною кількості подаваного в циліндри повітря змінюють температуру повітря на вході в циліндри по такій залежності: винахід відноситься до машинобудування, зокрема до двигунобудування, і може бути використаний в системах управління як бензиновими, так і дизельними двигунами. Широко відомі способи управління двигунами, внутрішнього згоряння з зміною кількості подаваного в циліндри повітря на одинробочий цикл при зміні навантаження двигуна. У бензинових двигунах управління кількістю подаваного в циліндри повітря виконують за допомогою дросельної заслінки (див., наприклад, опис винаходу до авторського свідоцтва СРСР № 601444, МКВ2 F02D 9/02, пріоритет від 07 05 76), а в дизельних двигунах - за допомогою регульованого турбокомпресора системи наддува повітря (див , наприклад, опис винаходу до авторського свідоцтва СРСР № 493552. МКВ F02D 23/00, пріоритет від 17 01.73). При цьому температурою подаваного в циліндри повітря не управляють. Зміна кількості подаваного в циліндри повітря без коригування його температури приводить до погіршення термодинамічних процесів у циліндрах двигуна при поточних навантаженнях, що приводить до підвищеної витрати палива. У якості прототипу вибраний спосіб управління двигуном відомий з опису винаходу до авторського свідоцтва СРСР № 1339277, МКВ4 F20D 23/00, F02B 37/00, пріоритет від 24 03.86. Зазначений засіб покладений в основу роботи пристрою, що заявляється Як слідує з опису винаходу, при збільшенні навантаження на двигун де Ті - температура повітря на виході пристрою регулювання кількості повітря, подаваного в циліндри, К, Тг - температура повітря на вході в циліндри, К, М) - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при максимальному навантаженні двигуна, кг, Мг - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при поточному навантаженні двигуна, кг, п=2-8. збільшують подачу палива в циліндри двигунами одночасно збільшують швидкість обертання ротора турбокомпресора системи наддува повітря У результаті збільшують кількість повітря, подаваного в циліндри При зменшенні навантаження на двигун відбувається зворотний процес - зменшують швидкість обертання ротора турбокомпресора системи наддува повітря і, тим самим, зменшують кількість повітря, подаваного в циліндри При цьому коефіцієнт надлишку повітря в циліндрах залишається практично постійним. Загальними ознаками рішення, що заявляється, і прототипу являються зміна КІЛЬКОСТІ подаваного в циліндри повітря при зміні поточного навантаження двигуна Як уже вказувалося, зміна кількості подаваного в циліндри повітря без корекції його температури приводить до погіршення термодинамічних процесів у циліндрах двигуна при поточних навантаженнях, тому що при зменшенні кількості подаваного в циліндри повітря зменшується реальна ступінь стиску в циліндрах і, як наслідок, зменшується температура перед запаленням робочої суміші, що приводить до підвищеної витрати палива. У основу винаходу поставлена задача удосконалення способу упрг'ління двигуном внутрішнього згоряння, у якому за рахунок управління параметрами термодинамічного процесу згоряння робочої суміші в циліндрах двигуна, забезпечується зменшення витрати палива на поточних ре ю (О со 34965 жимах роботи двигуна в тому числі й у режимі хопостого ходу, і тим самим досягається підвищення економічності двигуна Поставлена задача вирішується тим. що в способі управління двигуном внутрішнього згоряння, що включає зміну КІЛЬКОСТІ подаваного в циліндри повітря при зміні поточного навантаження двигуна, ВІДПОВІДНО до винаходу, що заявляється, одночасно зі зміною кількості подаваного в циліндри повітря, змінюють температуру повітря на вході в циліндри по%акій залежності де Ті - температура повітря на виході пристрою регулювання КІЛЬКОСТІ повітря, подаваного в циліндри, К. Тг - температура повітря на вході в циліндри, К, Мі - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при максимальному навантаженні двигуна, кг, М г • маса повітря, подаваного а циліндри на один робочий цикл при поточному навантаженні двигуна, кг, п=2-8. Зазначені ознаки, складають сутність винахоДУ Причинно-слідчий зв'язок ознак винаходу, що складають його сутність, з технічним результатом (зменшення витрати палива на поточних режимах роботи двигуна) виражаються в наступному При зменшенні навантаження на двигун зменшують КІЛЬКІСТЬ подаваного в циліндри повітря. При цьому зменшується реальна ступінь стиску а циліндрах двигуна і температура перед запаленням робочої суміші. Так, на прикладі бензинового двигуна ВАЗ -2112 з робочим обсягом 1,5 л і ступенем стиску 10,5 маємо такі показники При температурі повітря на вході а циліндри рівній 300 К в режимі максимального навантаження, реальна ступінь стиску складає 10,5, а температура перед запаленням робочої суміші - 723 К При зменшенні навантаження за допомогою дросельної заслінки зменшують кількість подаваного в циліндри повітря Наприклад, при зменшенні КІЛЬКОСТІ подаваного повітря ВДВІЧІ реальна ступінь стиску також зменшиться вдвічі, а температура перед запаленням робочої суміші знизиться приблизно до 623 К, що приводить до погіршення економічності роботи двигуна і збільшує викиди по СО і СИ При використанні способу управління двигуном, що заявляється, при зменше ІНІ кількості подаваного в циліндри повітря в два рази температура повітря на вході в циліндри при Ті = 220 К буде дорівнювати 344 К Тобто температура повітря на вході в циліндри підвищиться на 124 К При цьому за рахунок нагрівання повітря реальна ступінь стиску складе приблизно 7,35, а температура перед запаленням робочої" суміші буде приблизно 728 К При цьому підвищується якість згоряння робочої суміші й економічність двигуна Таким чином, ознаки засобу управління двигуном внутрішнього згоряння, що включають зміну КІЛЬКОСТІ подаваного в циліндри повітря і зміну температури повітря на вході в циліндри по залежності. де Т, - температура повітря на виході пристрою регулювання кількості повітря, подаваного в циліндри, К, Т г - температура повітря на вході є циліндри, К, Мі - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при максимальному навантаженні двигуна, кг, Мг - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при поточному навантаженні двигуна, кг, п=2-8. знаходяться в причинно-слідчому зв'язку з технічним результатом, що досягається, - зменшення витрати палива на поточних режимах роботи двигуна, у тому числі й у режимі холостого ходу Нижче приводиться докладний опис способу, що заявляється, а також конкретні приклади його реалізації з посиланнями на креслення, на яких схематично подані можливі варіанти пристроїв, за допомогою яких реалізується спосіб, що заявляється Фіг 1 - схематичне зображення пристрою для реалізації способу, що заявляється, в бензиновому двигуні Фіг. 2 - схематичне зображення пристрою для реалізації способу, що заявляється, в дизельному двигуні • Спосіб управління двигуном внутрішнього згоряння включає зміну кількості подаваного в циліндри повітря при зміні поточного навантаження двигуна й одночасну зміну температури повітря на вході в циліндри по такій залежності: де Ті - температура повітря на виході пристрою регулювання кількості повітря, подаваного в циліндри, К, Тг - температура повітря на вході в циліндри. К. Мі - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при максимальному навантаженні двигуна, кг, Мг - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при поточному навантаженні двигуна, кг, п=2-8. Спосіб управління двигуном внутрішнього згоряння реалізується за допомогою особливого виконання пристрою подачі повітря в циліндри двигуна. Конструктивне виконання пристрою подачі повітря а циліндри бензинового двигуна подано на Фіг 1 Пристрій містить колектор 1, у якому виконано два байпасних канали 2 і 3. У колекторі 1 перед байпасними каналами 2 і 3 по ходу прямування повітря встановлена дросельна заслінка 4, що управляє КІЛЬКІСТЮ повітря, подаваного в циліндри двигуна У байпасному каналі 2 встановлена дросельна заслінка 5, а в байпасному каналі 3 встановлена дросельна заслінка 6, У байпасному каналі 2 встановлений нагрівач 7 для нагрівання по 34965 вітря, яке проходить через цей канал Пристрій також містить датчик 8 кутового положення дросельної заслінки 4, датчик температури повітря 9, установлений після дросельної заслінки 4, і датчик температури 10, установлений за байпасними каналами 2 і 3 по ходу прямування повітря, керуючий блок 11, виконавчі механізми 12 і 13, що взаємодіють із дросельними заслінками 5 і 6 Входи 14, 15 і 16 керуючого блоку 11 з'єднані ВІДПОВІДНО З датчиком 8 кутового положення дросельно* заслінки 4 і з датчиками 9, 10 температури повітря Виходи 17 і 18 керуючого блоку 11 з'єднані ВІДПОВІДНО з виконавчими механізмами 12 і 13 Пристрій працює таким чином КІЛЬКІСТЬ подаваного в циліндри двигуна повітря встановлюють, керуючи положенням дросельної заслінки 4 Після дросельної заслінки 4 потік повітря перерозподіляється між байпасними каналами 2 і З Перерозподіл повітря по байпасним каналах 2 і З визначається положенням дросельних заслінок 5 і б, розташованих у байпасних каналах 2 і 3 Повітря, що проходить через байпасний канал 2, нагрівається за допомогою нагрівача 7, встановленого в байпасному каналі 2 Потоки повітря, що проходять через байпасний канал 2 і байпасний канал З, змішуються на виході колектора 1 Температура повітря на виході колектора 1 визначається КІЛЬКІСТЮ повітря що проходить через байпасний канал 2 і через байпасний канал 3, тобто перерозподілом загального потоку повітря між байпасними каналами 2 t 3, який визначається положениям дросельних заслінок 5 і 6 На входи 14, 15 і 16 керуючого блоку 11 поступають сигнал від датчика 8 кутового положення дросельної заслінки 4, що подає інформацію про КІЛЬКІСТЬ подаваного в циліндри повітря, і сигнали від датчиків 9, 10 температури повітря після дросельної заслінки і температури повітря на виході колектора 1 Керуючий блок 11, співставляючи інформацію про кількість подаваного в циліндри повітря, інформацію про температуру повітря після дросельної заслінки 4 і інформацію про' температуру повітря на виході колектора 1, управляє положенням дросельних заслінок 516 і тим самим регулює температуру повітря на виході колектора 1 по такій залежності ~~ 1 + Т,. > де Т, - температура повггря на виході пристрою, регулювання КІЛЬКОСТІ повітря, подаваного в циліндри, К, Т 2 - температура повітря на вході в циліндри, К. Мі - маса повітря, подаваного в циліндри на один робочий цикл при максимальному навантаженні двигуна, кг, М? - маса повітря подаваного в циліндри на один робочий цикл при поточному навантаженні двигуна, кг, п=2-8 Конструктивне виконання пристрою подачі повітря в циліндри дизельного двигуна подано на фіг 2 Пристрій містить колектор 19, у якому виконано два байпасних канали 20 і 21 На вході колектора 19 установлений регульований турбокомпресор 22 Перед байпасними каналами 20 J 21 по ходу прямування повітря встановлений датчик тиску 23 і датчик температури повітря 24 У байпасному каналі 20 установлена дросельна заслінка 25, а в байпасному каналі 21 установлрна дросельна заслінка 26 У байпасному каналі 20 установлений нагрівам 27 для нагрівання проходящего через цей канал повітря Пристрій також містить датчик температури повітря 28, встановлений за байпасними каналами 20 і 21 по ходу прямування повітря, керуючий блок 29, виконавчі механізми ЗО і 31 що взаємодіють із дросельними заслінками 25 і 26 Входи 32 33 і 34 керуючого блоку 29 з'єднані ВІДПОВІДНО з датчиком тиску 23 і з датчиками 24 і 28 температури повітря Виходи 35 і 36 керуючого блоку 29 з"єднані ВІДПОВІДНО З виконавчими механізмами ЗО і 31 Пристрій працює таким чином Кількість подаваною в циліндри двигуна повітря встановлюють, керуючи регульованим турбокомпресором 22 Потік повітря перерозподіляється між байпасними каналами 20 і 21 Перерозподіл повітря по байпасним каналам 20 і 21 визначається положенням дросельних заслінок 25 і 26, розташованих у байпасних канапах 20 і 21 Повітря, що проходить через байпасний канал 20, нагрівається за допомогою нагрівача 27, встановленого в байпасному каналі 20 Потоки повітря що проходять через байпасний канал 20 і байпасний канал 21, змішуються на виході колектора 19 Температура повітря на виході колектора 19 визначається КІЛЬКІСТЮ повітря, що проходить через байпасний канал 20 і через байпасний канал 21, тобто перерозподілом загального потоку повітря між байпасними каналами 20 і 21, який визначається положенням дросепьних заслінок 25 і 26 На входи 32 33 і 34 керуючого блоку 29 поступають сигнал від датчика тиску 23, який подає інформацію про КІЛЬКІСТЬ подаваного в циліндри повітря, і сигнали від датчиків 24 і 28 температури повітря після регульованого турбокомпресора 22 і температури повітря на виході колектора 19 Керуючий блок 29. співставляючи інформацію про КІЛЬКІСТЬ подаваного в циліндри повітря інформацію про температуру повітря після регульованого турбокомпресора 22 і про температуру повітря на виході колектора 19. управляє положенням дросельних заслінок 25 і 26 і, тим самим, регулює температуру повітря на виході колектора 19 по такій залежності де Ті - температура повітря на виході пристрою регулювання КІЛЬКОСТІ повітря, подаваного в циліндри К, Т 2 - температура повітря на вході в циліндри. К, Мі - маса повітря подаваного в циліндри на один робочий цикл при максимальному навантаженні двигуна, кг М 2 - маса повітря подаваного в циліндри на один робочий цикл при поточному навантаженні двигуна кг, " • п=2-8 Приклади практичної реалізації способу що заявляється, в зіставленні з відомим рівнем техніки приведені в таблиці 1 34965 Таблиця 1 Параметри Модель двигуна Відомий спосіб управління Спосіб управління двигуном, що заявляється, двигуном без коректуван- з коректуванням температури повітря на вході ня температури повітря на в циліндри вході в циліндри Volkswagen V5 Число циліндрів Volkswagen V5 Volkswagen TDI110 Volkswagen ТВ1110 5 4 5 4 2324 1896 2324 1896 150/6000 110/4150 150/6000 110/4150 Робочий обсяг, см 3 Максимальна потужність, л с / об / хв Значення п у формулі Витрата палива в міському 2 4 8 2 4 6 циклі, л /100 км Витрата палива в заміському 13,2 6,6 10,6 11.9 12,5 5,6 6,1 6,4 циклі, п/ 100км 7,2 4,1 6,9 7,06 7,1 3,98 4,04 4.07 Витрата палива в змішаному циклі пі 100км 9,3 5,0 8,2 8,7 9,0 4,6 4,8 4,9 Викиди NOx, г/кВт • год 21,8 11,7 28 24 22 18 14 13 Викиди СО, г/кВт • год 38,1 4,9 20 ЗО 34 2,5 3,7 4,3 Викиди СН, г/кВт • год 2.72 3,0 1,5 2,2 2,5 1.5 2,3 2,7 Примітка: значення викидів приведені для 13-ступеневого іспитового циклу, значення по викидах дані без урахування застосування каталітичних нейтралізаторів З вище приведеної таблиці очевидно, що при 0 = 2 мають місце найбільш високі показники економічності, а також найбільш низькі викиди CO і СН Проте при цьому збільшуються викиди NOx При п - 8 показники економічності погіршуються, збільшуються викиди CO і СН і помітно зменшуються викиди NOx Зменшення значення п нижче двох приведе до різкого збільшення викидів NOx. При збільшенні значення п вище восьми знижуються показники економічності роботи двигуна, і ускладнення конструкції стає невиправданим З таблиці випливає, що використання рішення, що заявляється, забезпечує економію палива у відомих двигунах у різноманітних режимах їхньої роботи КІЛЬКІСНІ характеристики економії палива приведені в таблиці 2 Таблиця 2 Volkswagen TDI110 Volkswagen V5 2 4 8 2 4 8 20 10 5 15 7,5 3.7 Економія палива в заміському циклі, % 4 2 1 3 ш* Значення п у формулі Економія палива в міському циклі, % Економія палива в змішаному циклі, % 12 6 3 8 4 Найбільш помітна економш палива має місце в міському циклі роботи двигуна, для якого характерні часто повторювані режими роботи дви 0,7 2 гуна з неповним навантаженням, у тому числі ^ режими холостого ходу 34965 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент* Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03