CZ9801955A3 - Způsob zjią»ování cyklických kolísání spalování ve spalovacím stroji - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu zjišťování cyklických kolísání spalování ve spalovacím stroji podle hlavního patentového nároku 1.

Dosavadní stav techniky

Provoz spalovacích strojů s chudou směsí a/nebo s velkým procentním podílem zpět přivedených výfukových plynů dává dobrou možnost pro snížení spotřeby pohonných hmot a emisí oxidů dusíku. Extrémně chucK směsi, jak vznikají u motorů pro chudou směs s typickými činitel i přebytku vzduchu kolem λ ~

1,4 nebo s vyšším podílem inertních plynů ve směsi na základě zpětného vedení výfukových plynů, však mají za následek zhoršenou schopnost zapálení směsi, což může vést ke zvětšení cyklických kolísání spalování až k vynechání spalování při velkém procentním podílu zpčiného vedení nebo při chudých směsí ch.

Ke spolehlivému provozu spalovacích strojů při vysokých procentních podílech zpětného vedení nebo při chudých směsích je proto potřebné zjistit a vyhodnotit cyklická kolísání spalování. Technika měření pro zjištění spalování ve válci spalovacího stroje může přitom vycházet z měření průběhu tlaku ve válci s následujícím výpočtem charakteristických veličin jako např. indikovaného středního tlaku. Cyklická • ·· ·· «« · * · · • · · * * • «· · · · · • · · « *·· «· ·· »· ·· » · · · • · · · • ··· ··· • · • · ·· kolísání těchto veličin jsou přitom přímo úměrná cyklickým kolísáním spalování.

Ke zjištění vynechání spalování*se mů/Y známým způsobem měřit a vyhodnotit rychlost klikového hřídele. Přitom se měří časový úsek, během kterého se klikový hřídel otočí o určité úhlové rozpětí, označené také jako segment. Měření času probíhá obyčejně pomocí značek na kole čidla připevněného na klikový hřídel a senzoru přiřazeného k tomuto kolu. Vynechání spalování vedou k přechodnému zpomalení úhlové rychlosti klikového hřídele a tím ke zvětšení rozdílu po sobě následujících časových úseků.

V EP 0 576 705 Al je popsán způsob zjišťování vynechání spalování pomocí kolísání úhloY- i>chlosti klikového hřídele, přičemž se přihlíží k obecné tendenci otáček a dodatečně k nerovnoměrnostem změn otáček. Tam popsaný způsob dodává hodnotu LU_n neklidného chodu, která je úměrná změně úhlové rychlosti klikového hřídele. Tak obdržená hodnota neklidného chodu je potom srovnána s mezní hodnotou a je zjištěno vynechání spalování, když hodnota neklidného chodu překročí mezní hodnotu.

Podstata vynálezu

Základním úkolem vynálezu je způsob zjišťování vynechání spalování ve spalovacím stroji, jehož pomocí je také možné jistě zjistit přechodnou oblast mezi stabilním spalováním a prvním výskytem vynechání spalování.

Tento úkol je podle vynálezu řešen podle příznaků patentového nároku 1. Výhodná další provedení jsou uvedena v podnárocích.

00 00 0 00 00

000 · 0 000 0 00 0 •00 00 0 O 0 0 ·

00« 0 0 0 0 0 000 000

0 0 0 0 0 0

000 00 0* 000 ·· 00

Ze statistického vyhodnocení hodnot neklidného chodu, které se určí z kolísání úhlové rychlosti klikového hřídele pomocí libovolného způsobu, se odvod! veličina, která je úměrná cyklickým kolísáním při spalování. Tím se může jistě zjistit přechodná oblast mezi stabilním spalováním a prvním výskytem vynechání spalování.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu je dále blíže vysvětlen při přihlédnutí k obrázkům. Obrázky uvádějí:

Obr. 1: Vývojový diagram pro určení hodnot neklidného chodu, obr. 2: vývojový diagram pro zjiStění přechodné oblasti mezi stabilním spalováním a prvním vynecháním spalování, obr. 3: blokové schéma zařízení s měřicími místy a akčními členy k provedení způsobu a obr. 4: průběh hodnoty odstupu a míry kolísání pro indikovaný střední tlak při různých procentních podílech zpětného vedení výfukových plynů.

Příklady provedení vynálezu

V kroku podprogramu S1 probíhá výpočet hodnoty neklidného chodu, pro který se může použít např. způsobu popsaného na počátku v uvedeném spisu EP 0 576 705 Al a vysvětleného pomocí vývojového diagramu na obr. 1.

V kroku S1.1 poslupu sc pomocí značek na klikovém hřídeli měří časové úseky T_n , které potřebuje klikový hřídel, aby se otočil během pracovního taktu válce o určitý úhel kliky, u ·· «φ • φ · φ φ · · ··· φ * φ • Φ 4 ·· «Φ 1

Čtyřválcového spalovacího stroje ο úhel kliky KW, který je roven 180

Průběžně měřené hodnoty jsou v ‘kroku S1.2 postupu uloženy ve vyrovnávací paměti.

V kroku S1.3 postupu se ze dvou vždy po sobě následujících časových úseků T_B, vypočítá statická složka LUS^.

Zde použitý normovací činitel NO závisí na měřicím oknu (n-x až n+y), které je v kroku S1.4 postupu použito při výpočtu dynamické složky. Činitel se vypočítá podle rovnice NO = x + y, tedy v zde uvedeném příkladu provedení NO = 3 + 3.

V kroku Sl. 4 postupu se vypočítá dynamická složka LUD_n, ve kterém se vytvoří rozdíl dále od sebe ležících časových úseků. Ve zde uvedeném příkladu provedení je použit třetí předcházející časový úsek T_n.j, případně třetí následující časový úsek T_n+j, vztažený na momentální časový úsek Τ_π· Mohlo by se zde také použít nesouměrně položeného měřicího okna vztaženého na momentální časový úsek T . Dynamická složka LUD_n je následně negována.

V kroku S1.5 postupu se vypočítá složka změny LUK_fl. Souměrně k momentálnímu časovému úseku T_n se vytvoří dvě hodnoty rozdílů, zde v příkladu provedení T_n.j - T_n a T_n - . Z těchto dvou hodnot se znovu vytvoří rozdíl a pokud je tento rozdíl větší než nula je zvážen s hodnotícím činitelem BF (Bewertungsfaktor). Je-li tento rozdíl menší než nula, tak je nastaven na nulu.

Takto vypočítaná složka změny LUK_n je v kroku Sl.6 postupu • φφ φφ

Φ· φ · φ φ • φ « φ φ φ φφφ Φ Φ V · φ · φφφ φφ «φ φ φφ φφ φφ φφφφ « · · φ φ φ «φφ φφφ » φ φ

Φφφ ·Φ φ» uložena do vyrovnávací paměti, aby byla v kroku S1.7 postupu podrobena klouzavému průměrování, zde např. podle vzorce GLUK_R = GLUK_n.j *(1-MITKO) + LUK/MITKO, kde MITKO představuje průměrovací konstantu s rozsahdm hodnot mezi 0 a 1.

Měřicí okna (n, n-x, n+y, n-z, n+z) při výpočtu dynamické složky a složky změny jsou >> výhodou volena tak, že u odpovídajících válců n, n-x, n+y, n-z, n+z se měří časový úsek stejného mechanického segmentu klikového hřídele. Případná vyskytující se nerovnost veličin jednotlivých segmentů klikového hřídele potom nezpůsobí žádnou chybu měření .

Z těchto jednotlivých složek je nyní v kroku SI. 8 postupu sečtením jednotlivých složek vytvořena hodnota LU^ neklidného chodu pro pozorovaný časový úsek T_n.

Tato hodnota LU_n neklidného chodu je podle dalších kroků postupu získána k určení velikosti, která je úměrná cyklickém kolísáním spalování. Při dalším zpracování se může ale pro výchozí veličinu použit každý druh hodnoty neklidného chodu, který je úměrný změně úhlové rychlosti klikového hřídele a je získán libovolným známým způsobem.

V kroku S2 postupu se nejdříve vypočítá individuálně pro každý válec střední hodnota MW„LU_n hodnoty LU_n neklidného chodu po sobě následujících spalovacích cyklů. Výpočet může vycházet z různých rovnic;

a) íjuíi, = muiu 4 (Lu_n - MLUt„_u) +

LU, al

4 44	44	4	4 *4	44 44 4 4 4 4
00 * ·	•
0 940 *	4		9	9	« 4*4 44*
4 4	9		9	•	*
*·· 49		«4		«44	«4 *0

b) MW__LU_n = 4 σ, MW_LU„ - )Lt!_c,r^.. .ru_al kde n je segment válce, j je spalovací cyklus, i je počet cyklů.

Srovnání momentální hodnoty LU_n neklidného chodu se střední hodnotou MW_LU pro každý jednotlivý válec se provede určením míry odstupu S_LU_n. Tato míra odstupu může být použita jako hodnota úměrná cyklickým kolísáním spalování. Míra odstupu S-LUfl může být v kroku S3 postupu určena podle rozličných výpočtových vztahů:

a) SLU_a =

A 2-1 (ZlU% - MKLU^LUj

b) S_LU_n ·= MW_LU% - LU^

C) S_LU_a = \MN_LU_n\ - |LÍZ_n|

á) SJLU_a = |W_L!7_n - IE7J ·· • 4 · • » » V ··· · * »

9 9 • ·· ·· «· ·· ♦ · · · « · · 9 • ··· ··· ·

·· «·

θ) S_LU_a - ^\MW_LU_b - LU*\ kde n je segment válce, i je počet cyklů.

V těchto výpočtových vztazích může být přitom jako střední hodnota MW_LU_n použita každá z výše popsaných středních hodnot.

K ohodnocení tuho, zda cyklická kolísání spalování překročila přípustnou mezní hodnotu, následuje v kroku S7 postupu srovnání míry odstupu S_LU_n s mezní hodnotou S_ LUg_n jednotlivého válce. Paralelně k výpočtu hodnoty neklidného chodu, střední hodnoty a míry odstupu v krocích S1 - S3 postupu se měří provozní parametry otáček, zatížení a teploty spalovacího stroje (krok S4 postupu). V závislosti na těchto hodnotách se přečtou příslušné mezní hodnoty S_LU z 6ⁿ identifikačních polí paměti elektronického řídicího zařízení spalovacího stroje a uloží se (kroky S5 a S6 postupu). Ohodnocení míry odstupu a následující dotaz zda spalovací proces probíhá ještě stabilně (kroky S7 a S8 postupu) může být provedeno různými způsoby:

a) Když je míra odstupu S_LU_n větší než mezní hodnota S_LUg_n, je zjištěno, že cyklická kolísání spalování překročila určitou hodnotu a spalování bude nestabilní. Jinak je zaznamenáno stabilní spalování a postup je ukončen.

b) Vytvoří se rozdíl mezní hodnoty S_LU_gn a míry odstupu ^s_Ll'_n podle rovnice D_LU^ = S„LU^_n - S_.MJ„. Takto je možné, kromě zjištění přechodu od stabilního k nestabilnímu spalování, zvážení velikosti cyklických kolísání spalování.

444 • · *

4 4 • 4 ·

444 44 44 • 44 44

4« 4 · 4 »

4 4 4 · • · 4*4 444

4 4 «44 4· 44

c) Vytvoří se podíl míry odstupu S_LU_fl a mezní hodnoty S_LUg_n podle rovnice Q_LU_B = I S_LU_nl /S_LU_tn. Je-li tento podíl menší než 1 nebo roven 1, je spalování stabilní. Je-li tato hodnota větší než 1, je zjištěno nestabilní spalování. Z hodnoty podílu je možné zvážení velikosti cyklických kolísání spalování.

d) Další možnost pro zvážení nabízí statistické vyhodnocení počtu překročení mezních hodnot (mezní hodnoty S_LUg_fl) mírou odstupu S_LU_J]. Takto je spalování hodnoceno jako nestabilní teprve potom, když statistická četnost překročení mezní hodnoty překročí určitou mez.

Když je spalování zjištěno j.iko nestabilní, tzn, že cyklická kolísání spalování překročí pevně danou míru, potom následuje stabilizace spalování odpovídajícím zásahem do zapalování , do podílu vzduchu nebo do zpětného vedení výfukových plynů (krok S9 postupu). Tak se může např. u spalovacích strojů se zpětným vedením výfukových plynů při zjištění nestabilních spalování zmenšit procentní podíl zpětného vedení nebo přestavit úhel zážehu ve směru pozdějšího zážehu. U strojů, které jsou provozovány při chudé směsi, vede obohacení směsi nebo přestavení úlilu zážehu ke stabilizaci spalování, Následuje-li kromě vlastního zjištění nestabilního spalování zvážení velikosti cyklických kolísání, potom se může toto zvážení zavést jako vstupní veličina pro regulaci procentního podílu zpětného vedení výfukových plynů, podílu vzduchu nebo úhlu zážehu.

Na obr. 3 je znázorněno blokové schéma zařízení pro provedení způsobu zjišfování kolísání spalování podle vynálezu. Obrázek uvádí blok motoru 10 se čtyřmi válci, které nejsou blíže flfl ·· • · · * • flfl · «•fl flflfl • « • fl 99 • flfl ·· • · · · · · · • · flfl • 999 99 · • · 9 · ··· ·· ·· · popsány, spalovacího stroje s tělesem 11 nasávání s individuálními nasávacími potrubími co do počtu odpovídajícími počtu válců a těleso 12 výfukových plynů. V tělese 11 nasávání je umí stěno'měřidlo 13 množství vzduchu, které předává výstupní signál LM odpovídající nasávanému vzduchu do elektronického řídicího zařízení J4. K tomu je dále v tělese nasávání uspořádána škrticí klapka 15 sloužící k řízení plnění, stejně tak jako čidlo 16 ke zjištění nasávacího tlaku ps. Každému válci spalovacího stroje je přiřazen vstřikovací ventil 17 , který může být vždy nařízen odpovídajícím impulzem t i vstřikování, stejně tak jako zapalovací zařízení 18, které je na obrázku znázorněno jen symbolicky a jehož bod zážehu ZZP může rovněž být nařízen signály řídicího zařízení 14.

Na spalovacím stroji je dále uspořádáno na vhodném místě Čidlo 19 ke zjištění teploty bloku motoru 10 nebo teploty chladicího media TKW. S klikovým hřídelem spalovacího stroje je spojeno kolo čidla 20 se značkami, které jsou snímány snímačem 21, který předává do řídicího zařízení _14 signál KW, odpovídající otáčkám N a absolutnímu úhlu kliky.

V tělese 12 výfukových plynů je umístěna lambda sonda 22, která předává do řídicího zařízení 14 signál UL odpovídající zbytkovému obsahu kyslíku ve výfukovém plynu. Z tělesa 12 výfukových plynů odbočuje vedení 23, které ústí do tělesa 11 nasávání po proudu škrticí klapky 15, čímž mohou být v určitých provozních bodech spalovacího stroje zpět přivedeny výfukové plyny a přimíšeny do čerstvého vzduchu. Pomocí ventilu 24 zpětného vedení výfukových plynů, který je vložen do tohoto vedení 23 a který může být aktivován řídicími signály z řídicího zařízení 14, se dá nastavit množství zpět přivedených výfukových plynů, tzn. velikost procentního podílu zpětného vedení AGR (Abgasruckfuhrrate) výfukových plynů.

• 4 • 4

4*4 •

44

4 4 • 4 44

4 4 4 <4 4

444 444 ·

44 44

Hlavní částí řídicího zařízení 14 je mikropočítač, který řídí všechny funkce nutné pro provoz spalovacího stroje podle pevně stanovených programů. Standardní program provádí popsaný způsob zjišťování kolísání spalování. V paměti 25 řídicího zařízení 14 jsou uloženy k tomu nutná identifikační pole.

Obr. 4 uvádí příklad průběhu míry odstupu (zde je S__LU_n určena podle výpočtového vztahu a) se střední hodnotou MW_LU_n podle rovnice b)) při různých procentních podílech zpětného vedení výfukových plynů. Současně je vynesen průběh míry kolísání indikovaného středního tlaku. Při velkých procentních podílech zpětného vedení stoupá jak kolísání středního tlaku, tak také míra odstupu. Tento vzestup je třeba vztáhnout zpět k přírůstku cyklických kolísání spalování.

Claims (15)

1. Způsob zjišťování cyklických kolísání spalování ve víceválcových spalovacích strojích vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

- Zjištění hodnoty {LU_n) neklidného chodu pro každý válec spalovacího stroje, která je úměrná změně úhlové rychlosti klikového hřídele,

- výpočet střední hodnoty (MW_LU_n) z hodnot neklidného chodu po sobě následujících spalovacích cyklů individuálně pro každý válec,

- určení míry odstupu (S_LU_n) , která je úměrná cyklickým kolísáním spalování, srovniutím Momentálních hodnot neklidného chodu (LU_n), s příslušnou střední hodnotou (MW_LU_a) pro každý jednotlivý válec,

- srovnání míry odstupu {S_LU_n) s mezní hodnotou (S^LU^) pro jednotlivý válec, závislou na provozních parametrech spalovacího stroje a

- zjištění cyklických kolísání spalování, když výsledek srovnání nesplňuje předem danou podmínku.

2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že výpočet střední hodnoty (MW_LU_n) se provádí podle následující rovnice:

= MW - MW_LO^_t) Λ • ·· ·· · · » · · • ··· • * ♦ ♦· Β· »· • * • * • ·

9 * ·· ·«» ·· ·· « · · » • · · · ··· ·« • 9 ·♦ ·· kde i je počet spalovacích cyklů, n je řídicí proměnná segmentu válce,

3. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že výpočet střední hodnoty (MW_LU_a) se provádí podle následující rovnice:

li

LU, ni kde i je počet spalovacích cyklů, n je řídicí proměnná segmentu válce, j je řídicí proměnná spalovacího cyklu.

4. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že výpočet střední hodnoty (MW_LU_n) se provádí podle následující rovnice:

kde i je počet spalovacích cyklů, n je řídicí proměnná segmentu válce,

5. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, Že míra odstupu (S„LU_n) se určí podle následující rovnice:

»9 • 9 9

9 · • 9 9 • · · ·· 1« ·

9 ·9 • 9 99 • · 9 9

9 9 9 9

9 ··· Β9· • ·

9 99 99

S__LU_n = (£u£ - MW-LUJÍLUJ kde i je počet spalovacích cyklů, n je řídicí proměnná segmentu válce.

6, Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že míra odstupu (S_LU_n) se určí podle následující rovnice:

S_LU_a = MWLU* - LU* kde n je řídicí proměnná segmentu válce.

7. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že míra odstupu (S_LU ) se určí podle následující rovnice:

$/¾ - l«W£C7„| - |LUJ kde n je řídicí proměnná segmentu válce.

8, Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že míra odstupu (S_LU_n) se určí podle následující rovnice:

S_LU_n - |AW LU_a - LU„\ kde n je řídicí proměnná segmentu válce.

9. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že míra odstupu (S_LU_n) se určí podle následující rovnice:

• 94 99

44 9 4 9 9 9 • 9 · 9 Β • 94· 9 9 9 • 9 9 9 ♦ ·9 9« 99 9

99 9«

9 * 9 4

9 · 9 9

999 999

9 9

99 99 s_w„ - ;|Μ^ι.σ„² - LOJI kde n je řídicí proměnná segmentu válce,

10. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že cyklická kolísání spalování budou zjištěna, když hodnota odstupu (S_LU.) překročí mezní hodnotu (S _LU ).

11 £'l

11. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se vytvoří rozdíl hodnoty odstupu (S_LU_n) a mezní hodnoty (S_LU ) a cyklická kolísání spalování se zjistí, když o’!

rozdíl překročí další předem danou mezní hodnotu.

12. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se vytvoří podíl hodnoty odstupu (S_LU_n) a mezní hodnoty (S_LU_ga) podle rovnice Q_LU_gn = I S„LU_nl /S_LU_8n a cyklická kolísání spalování se zjistí, když tento podíl má hodnotu větší než 1.

13. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, Že nestabilní spalování je zaznamenáno na základě cyklických kolísání spalování teprve tehdy, když statistická četnost překročení me/.ní hodnoty hodnotou odstupu překročí určitou mez.

14. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že mezní hodnoty (S_LUg_n) jednotlivých válců závislé na provozních parametrech spalovacího stroje jsou uloženy v identifikačních polích paměti řídicího zařízení.

00 ··

0 0 0

0 0 0 •00 ··· • 0

00 0· • ·· ·· 0 ·· · · 0 · 0* • 0 · 0 · · • 000 · * 0 · ·0·« ··· ·· ·· ···

15. Způsob podle jednoho z předchozích nároků vyznačující se tím, že při zjištění cyklických vynechání spalování jsou učiněna řídicí o‘patření k zavedení stabilního spalování zvláště přestavením bodu zážehu a/nebo změnou podílu vzduchu a/nebo procentního podílu zpětného vedení výfukových plynů.