RU2519272C2

RU2519272C2 - Method for ice injection parameter adjustment

Info

Publication number: RU2519272C2
Application number: RU2012100518/07A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Фёдорович Щербаков
Original assignee: Аркадий Фёдорович Щербаков
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2014-06-10
Also published as: RU2012100518A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to transport and can be used in processes of fuel combustion in internal combustion engines (ICE). In the method, both charge stratification and homogeneous air-fuel mixing is provided by means of changing at least one injection parameter. The method consists in adjustment of fuel injection depth by means of changing injection pressure. Injection depth is adjusted within total depth of combustion chamber, and injection pressure is changed either smoothly or in steps, in particular using mode selector. Mode selector provides at least two fixed charge stratification modes with possibility of their selection or switching between them. Herewith, within used modes the injection duration parameter can be set in proportional dependence or in one of types of nonlinear dependence on injection pressure: differential, integral, logarithmic or any other nonlinear dependence.

EFFECT: wider range of fuel depletion degrees which improves efficiency and cleanliness of exhaust ICEs.

8 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к процессу сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (далее - ДВС).The invention relates to engine building, and in particular to a process of fuel combustion in internal combustion engines (hereinafter - ICE).

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.A known method of controlling the parameters of the injection of ICE with layer-by-layer mixing of the GDI system used on Mitsubishi cars (see the article "GDI - Direct Gas Injection" on the website: amastercar.ru/artirlles/ingection_fuel_1.shtml (section - car device - GDI injection)) , which consists in controlling the parameters of the injection with the provision of various modes of operation of the internal combustion engine. In this case, the mode with layer-by-layer mixture formation and combustion of the lean fuel mixture consists in organizing the injection reflected from the piston using a spherical sample in the piston at the end of the compression stroke and a small cloud of slightly enriched fuel mixture directed towards the candle, followed by its combustion in the volume of compressed air with an average ratio fuel to air 1:40, which provides the highest efficiency and purity of exhaust gases.

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.The disadvantages of the method are the low power of the engine and the short duration of its operation in the highly depleted mode in a narrow range of vehicle speeds (100-120 km per hour), without increased loads. As a result, the total result of increasing profitability and environmental friendliness is negligible.

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).There is also a method of controlling the parameters of the injection of ICE with layer-by-layer mixing, which allows it to work in various modes of mixing (both layer-by-layer and in several homogeneous) and switching between them (see RF application No. 2003105808/06, IPC F02D 41/30, publ. 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.The disadvantage of this method is that when it is implemented, homogeneous combustion modes of the lean fuel mixture with increased levels of toxicity and economy prevail due to the small ignition limits of the lean working mixture, which leads to lower environmental friendliness of the exhaust and fuel economy compared to the layered combustion mode. This method has the best indicators of environmental friendliness and efficiency of the engine compared to the method of the GDI system, but they do not improve them sufficiently. This method is the closest in combination of features to the proposed technical solution and is selected as a prototype.

Цель (техническая задача) заявленного решения - расширение диапазона степеней обеднения топливной смеси, что повышает экономичность и чистоту выхлопных ДВС.The goal (technical task) of the claimed solution is to expand the range of degrees of depletion of the fuel mixture, which increases the efficiency and purity of the exhaust ICE.

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.This goal is achieved by the fact that in the known method for controlling the parameters of the injection of the internal combustion engine, the fuel injection depth is controlled by changing the injection pressure. In this case, the injection depth can be controlled within the entire depth of the combustion chamber, and the injection pressure can be changed either smoothly or stepwise, in particular by means of a mode dial. Moreover, the mode dial provides at least two fixed modes of layer-by-layer mixing with the possibility of their selection and switching between them. Moreover, within the limits of the used modes, the injection duration parameter can be set proportionally or in one of the types of nonlinear dependence on the injection pressure: differential, integral, logarithmic, or some other.

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.Regulation of the fuel injection depth by changing the injection pressure provides a change in the fuel injection depth and, as a result, a change in the ratio of the enriched layer and the lean mixture layer to the air in the combustion chamber, which makes it possible to adjust the degree of lean mixture and select the most optimal mode of ICE operation.

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.Regulation of the depth of injection within the entire height of the combustion chamber (from the point of injection to the lower boundary of the combustion chamber) provides the greatest coverage of the modes of mixture formation and combustion.

Плавное изменение давления впрыска обеспечивает наиболее оптимальный подбор значений параметров режима работы двигателя в зависимости от условий его эксплуатации.A smooth change in the injection pressure provides the most optimal selection of the values of the parameters of the engine operating mode depending on the conditions of its operation.

Ступенчатое изменение давления впрыска обеспечит упрощенное регулирование степени послойности и одновременно степени обеднения процесса смесеобразования и, соответственно, упрощенное программное обеспечение управления.A step-wise change in the injection pressure will provide simplified control of the degree of layering and at the same time the degree of depletion of the mixture formation process and, accordingly, simplified control software.

Ступенчатое изменение давления впрыска посредством задатчика режимов упрощает выбор значений параметров и возможность переключения между ними.Step change of injection pressure by means of the mode dial simplifies the choice of parameter values and the ability to switch between them.

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.The presence of at least two fixed modes of layer-by-layer mixing (in addition to the homogeneous mode) allows you to use this method with simplified program control for various engine operating conditions and use it on the engines of most vehicles and stationary installations.

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.Setting the injection duration parameter in one of the types of dependence on the injection pressure - proportional or in one of the types of non-linear dependence (differential, integral, logarithmic or some other), allows you to choose the most suitable mixture control algorithm for specific ICE design options and certain operating conditions their work.

Предлагаемый способ регулирования параметров впрыска ДВС иллюстрируется следующим примером для двухтактного бензинового двигателя.The proposed method for controlling the parameters of the internal combustion engine injection is illustrated by the following example for a two-stroke gasoline engine.

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 O₂ 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_i для регулятора топлива 4 и по длительности открытого состояния t_i - для форсунки 8.To implement the method in such an engine, it is equipped with a mode dial 1 connected to the processor controller 2, an air flow sensor 3 and a fuel pump with a controlled pressure regulator 4, and the combustion chamber 5 of each of its cylinders 6 with a piston 7 contains a nozzle 8 and an spark plug 9. In addition, the internal combustion engine can be additionally equipped with corrective sensors and feedback sensors 10 for such parameters as engine speed, torque, the content of O ₂ in exhaust gases and others. In this case, the modes of various versions of stratified combustion (“a”) or homogeneous combustion (“b”) are possible. The mode is selected by the mode dial 1, which determines one or another version of the algorithm of the processor-controller 2, which, taking into account current data from the air flow sensor 3 in the intake manifold, as well as various correction sensors 10 (in particular, temperature), generates control signals for pressure P _i for the fuel regulator 4 and the duration of the open state t _i for the nozzle 8.

Тем самым можно регулировать высоту Н_i 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.Thus, it is possible to adjust the height H _{i of the} injection of sprayed fuel 11, obtaining two layers with different physical parameters separated by a boundary 12. Above this border 12, a layer of enriched fuel mixture is formed (due to evaporation of the sprayed fuel) in the area of the spark plug 9, which provides ignition at time T. Below the boundary 12, a layer of lean mixture and air is formed.

При достижении максимального давления Р_mах и максимальной высоты впрыска Н_mах (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.Upon reaching the maximum pressure P _max and the maximum injection height H _max (i.e., almost equal to the height of the combustion chamber 5), a homogeneous combustion mode (“b”) is ensured by switching the set point 1 to the corresponding position. Homogeneous mode requires increased fuel consumption, but is necessary, for example, to ensure maximum acceleration dynamics.

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.At the same time, the ratio of injected fuel to the air entering the cylinders is ensured from a minimum of 1:80 in highly depleted modes to a maximum of 1:12 in power modes.

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.Thus, the possibility of implementing the claimed method of controlling the parameters of the internal combustion engine injection is provided using known technical devices, and the technical solution itself allows to increase the economy and purity of the exhaust of the internal combustion engine.

Claims

1. The method of controlling the parameters of the injection of the internal combustion engine with the provision of both layered and homogeneous mixture formation, which consists in changing at least one parameter of the injection, characterized in that they regulate the depth of injection of fuel by changing the injection pressure.

2. The method according to claim 1, characterized in that the injection depth is controlled within the entire height of the combustion chamber.

3. The method according to claim 1, characterized in that the injection pressure is changed smoothly.

4. The method according to claim 1, characterized in that the injection pressure is changed stepwise.

5. The method according to claim 4, characterized in that the stepwise change in injection pressure is provided by the mode dial.

6. The method according to claim 5, characterized in that at least two fixed modes of layer-by-layer mixing are provided.

7. The method according to claim 1, characterized in that the injection duration parameter is set in proportionate proportion to the injection pressure.

8. The method according to claim 1, characterized in that the injection duration parameter is set nonlinearly depending on the injection pressure.