RU2438070C1 - Fuel combustion monitoring and control method in piston-type engine, and device for its implementation - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: fuel combustion monitoring and control method in piston-type engine involves recording of high-voltage signal from electrodes of ignition plug, moment of occurrence, existence and loss of signals of ion current on an individual electrode of ionisation sensor and calculation of propagation speed in the main and final combustion stages. Intensity of reaction rate is determined by comparing the value of ion current at engine operation on fuel-air mixture of any composition with value of ion current at operation on stoichiometric composition of fuel-air mixture. Fuel combustion monitoring and control device in piston engine has set of ionisation sensors, at least eight electrodes which are isolated from parts of housing of engines and located in circumferential direction at the distance diametrically opposite to each other in the part that also serves as a gasket between head of cylinder and housing of engine. Thus, use of the invention allows increasing the engine operating efficiency. ^ EFFECT: increase in engine operating characteristics is the effect of the invention. ^ 2 cl, 2 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к системам контроля и управления процессами воспламенения и сгорания топлива, конкретно к системам контроля и управления процесса сгорания углеводородного топлива в камерах сгорания ДВС.The invention relates to systems for monitoring and controlling the processes of ignition and combustion of fuel, specifically to systems for monitoring and controlling the process of combustion of hydrocarbon fuel in the combustion chambers of an internal combustion engine.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ контроля и управления сгоранием топлива путем измерения и сравнения с эталонным значением ионного тока в пламени и регулирования подачи топлива, причем измерение и сравнение между собой величин ионного тока производят в зоне завершения сгорания топлива, поддерживая отношение величины измеренного ионного тока к величине ионного тока при коэффициенте избытка воздуха α, равном единице, в диапазоне 0,6-0,75. Ионизационный датчик содержит два изолированных друг от друга электрода, одним из которых является камера сгорания двигателя, причем с целью измерения ионного тока в зоне завершения сгорания топлива второй электрод, изолированный от камеры сгорания металлический стержень, устанавливается в наиболее удаленной от свечи зажигания зоне камеры сгорания (патент РФ №2309334, F23N 5/12, дата публикации 27.10.2007, патентообладатель Тольяттинский государственный университет).The closest in technical essence and the achieved effect is a method of monitoring and controlling the combustion of fuel by measuring and comparing with the reference value of the ion current in the flame and regulating the fuel supply, moreover, the measurement and comparison of the values of the ion current are carried out in the zone of completion of fuel combustion, maintaining the ratio of measured ion current to the ion current when the coefficient of excess air α equal to unity in the range of 0.6-0.75. The ionization sensor contains two electrodes isolated from each other, one of which is the combustion chamber of the engine, and in order to measure the ion current in the zone of completion of fuel combustion, the second electrode, a metal rod isolated from the combustion chamber, is installed in the zone of the combustion chamber farthest from the spark plug ( RF patent No. 2309334, F23N 5/12, publication date 10.27.2007, patent holder of Togliatti State University).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что кпд при сгорании топлива относительно низко.A disadvantage of the known technical solution is that the efficiency in fuel combustion is relatively low.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение кпд при работе двигателя.The task to which the claimed technical solution is directed is to increase the efficiency during engine operation.

Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик.The technical result is to increase operational characteristics.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля и управления сжигания топлива в поршневом двигателе, включающем в себя регистрацию высоковольтного сигнала с электродов свечи зажигания, момента появления, существования и исчезновения сигнала ионного тока на отдельном электроде ионизационного датчика, проводят сравнение времени появления, существования и исчезновения ионного тока на отдельном электроде, вычисляют скорость распространения в основной и заключительной фазах сгорания делением расстояния от свечи зажигания на промежуток времени от искрового разряда на электродах свечи зажигания до возникновения или исчезновения ионного тока на отдельном электроде или путем деления расстояния между изолированными электродами на время существования ионного тока на отдельном электроде, а интенсивность протекания скоростей химических реакций сгорания определяют сравнением величины ионного тока при работе двигателя на любом составе топливовоздушной смеси с величиной ионного тока при работе на стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.The technical result is achieved by the fact that in the method of monitoring and controlling the combustion of fuel in a piston engine, which includes recording a high voltage signal from the electrodes of the spark plug, the moment of appearance, existence and disappearance of the ion current signal on a separate electrode of the ionization sensor, a comparison of the time of appearance, existence and the disappearance of ion current on a separate electrode, calculate the propagation velocity in the main and final phases of combustion by dividing the distance from the spark plug for the period from the spark discharge on the electrodes of the spark plug to the appearance or disappearance of the ion current on the separate electrode or by dividing the distance between the isolated electrodes by the time the ion current exists on the separate electrode, and the intensity of the rates of chemical combustion reactions is determined by comparing the magnitude of the ion current during engine operation on any composition of the air-fuel mixture with an ion current when working on the stoichiometric composition of the air-fuel mixture.

Устройство для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе, включающее полость изменяемого объема цилиндра, поршень, головку цилиндра с установленной в нее свечой зажигания и комплексом ионизационных датчиков, одним из электродов которого является корпус двигателя, имеет комплекс ионизационных датчиков, который содержит не менее восьми изолированных от деталей корпуса двигателей электродов, расположенных по окружности на расстоянии, диаметрально противоположном друг другу в изделии, которое также служит прокладкой между головкой цилиндра и корпусом двигателя.A device for monitoring and controlling the combustion of fuel in a piston engine, including a cavity of variable cylinder volume, a piston, a cylinder head with a spark plug installed in it and a complex of ionization sensors, one of the electrodes of which is the engine body, has a complex of ionization sensors, which contains at least eight insulated from parts of the motor housing of electrodes located around a circle at a distance diametrically opposite to each other in the product, which also serves as a gasket between the cylinder head and the motor housing.

Конструкция заявляемого технического решения показана на чертежах, где на:The design of the proposed technical solution is shown in the drawings, where:

фиг.1 показано устройство для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе, вид сверху;figure 1 shows a device for monitoring and control of fuel combustion in a piston engine, top view;

фиг.2 показано устройство для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе, в разрезе.figure 2 shows a device for monitoring and controlling the combustion of fuel in a piston engine, in section.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано в конструкции устройства для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе, включающем цилиндр 1, поршень 2, форсунку 3, свечку зажигания 4, ионизационные датчики 5, корпус двигателя 6, прокладку 7, электронный блок управления 8.The claimed technical solution can be implemented in the design of a device for monitoring and controlling fuel combustion in a piston engine, includingcylinder 1,piston 2,nozzle 3,spark plug 4,ionization sensors 5, engine housing 6,gasket 7,electronic control unit 8.

Устройство для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе устроено следующим образом.A device for monitoring and controlling the combustion of fuel in a piston engine is arranged as follows.

Ионизационные датчики 5 в количестве не менее шести, содержащие несколько изолированных друг от друга электродов, один из которых, отрицательный, - окантовка прокладки 7 головки блока цилиндра 1 (корпус двигателя 6), другие, положительные, - изолированные от корпуса двигателя металлические стержни (ионизационные датчики 5), устанавливаются в прокладку 7 головки блока цилиндра 1 по окружности таким образом, что ионизационные датчики 5 находятся на диаметрально противоположном расстоянии друг от друга.Ionization sensors 5 in an amount of at least six, containing several electrodes isolated from each other, one of which, negative, is the edging of thegasket 7 of the cylinder head 1 (engine block 6), other positive ones are metal rods isolated from the engine case (ionization sensors 5) are installed in thegasket 7 of thecylinder head 1 around the circumference so that theionization sensors 5 are at a diametrically opposite distance from each other.

Устройство для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе работает следующим образом.A device for monitoring and controlling the combustion of fuel in a piston engine operates as follows.

В электронный блок управления 8 ДВС закладывается «эталонный» сигнал, который для различных скоростных и нагрузочных режимах различен. Данный «эталонный» сигнал соответствует работе ДВС при минимальной токсичности отработавших газов и наилучшей топливной экономичности. Протекание процесса сгорания регистрируется ионизационными датчиками 5, а информационным параметром является величина средней скорости распространения фронта пламени, изменение которой влечет за собой изменение процесса сгорания. В процессе сгорания фронт пламени, достигнув положительного электрода - металлического стержня (ионизационные датчики 5), замыкает электрическую цепь между электродами ионизационного датчика 5, окантовкой прокладки 7 головки блока цилиндра 1 (корпус двигателя 6) и металлическими стержнями (ионизационные датчики 5), в которой появляется ионный ток. Зарегистрированный ионизационным датчиком 5 сигнал обрабатывается электронным блоком управления 8 и сравнивается с «эталонным» для данного скоростного и нагрузочного режима сигналом. Если зарегистрированный сигнал отклоняется от «эталонного» в большую сторону, электронный блок управления 8 подает команду исполнительному механизму (топливная форсунка 3) на увеличение длительности подачи топлива. Далее происходит подача топлива и вновь зарегистрированный сигнал сравнивается с «эталонным». В случае если зарегистрированный сигнал отклоняется от «эталонного» в меньшую сторону, электронный блок управления 8 подает команду форсунке 3 на уменьшение длительности подачи топлива. Затем происходит подача топлива и вновь зарегистрированный сигнал сравнивается с «эталонным».In theelectronic control unit 8 of the internal combustion engine, a “reference” signal is laid, which is different for different speed and load modes. This "reference" signal corresponds to the operation of the internal combustion engine with minimal toxicity of exhaust gases and the best fuel efficiency. The course of the combustion process is recorded byionization sensors 5, and the information parameter is the average velocity of propagation of the flame front, a change in which entails a change in the combustion process. In the process of combustion, the flame front, reaching a positive electrode - a metal rod (ionization sensors 5), closes the electric circuit between the electrodes of theionization sensor 5, the edging of thegasket 7 of the cylinder head 1 (engine block 6) and metal rods (ionization sensors 5), in which an ion current appears. The signal registered by theionization sensor 5 is processed by theelectronic control unit 8 and compared with the “reference” signal for a given speed and load mode. If the registered signal deviates from the "reference" to the greater side, theelectronic control unit 8 instructs the actuator (fuel injector 3) to increase the duration of the fuel supply. Then the fuel is supplied and the newly registered signal is compared with the “reference” one. If the registered signal deviates from the "reference" in a smaller direction, theelectronic control unit 8 instructs theinjector 3 to reduce the duration of the fuel supply. Then there is a fuel supply and the newly registered signal is compared with the "reference".

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить эффективность работы двигателя.Thus, the application of the invention improves the efficiency of the engine.

Claims (2)

Translated fromRussian

1. Способ контроля и управления сжигания топлива в поршневом двигателе включает в себя регистрацию высоковольтного сигнала с электродов свечи зажигания, момента появления, существования и исчезновения сигнала ионного тока на отдельном электроде ионизационного датчика, отличающийся тем, что проводят сравнение времени появления, существования и исчезновения ионного тока на отдельном электроде, вычисляют скорость распространения в основной и заключительной фазах сгорания делением расстояния от свечи зажигания на промежуток времени от искрового разряда на электродах свечи зажигания до возникновения или исчезновения ионного тока на отдельном электроде или путем деления расстояния между изолированными электродами на время существования ионного тока на отдельном электроде, а интенсивность протекания скоростей химических реакций сгорания определяется сравнением величины ионного тока при работе двигателя на любом составе топливовоздушной смеси с величиной ионного тока при работе на стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.1. The method of monitoring and controlling the combustion of fuel in a piston engine includes recording a high voltage signal from the electrodes of the spark plug, the moment of appearance, existence and disappearance of the ion current signal on a separate electrode of the ionization sensor, characterized in that they compare the time of appearance, existence and disappearance of the ion current on a separate electrode, calculate the propagation velocity in the main and final phases of combustion by dividing the distance from the spark plug by the time interval from spark discharge on the electrodes of the spark plug before the appearance or disappearance of the ion current on the separate electrode or by dividing the distance between the isolated electrodes by the time the ion current exists on the separate electrode, and the intensity of the rates of chemical combustion reactions is determined by comparing the magnitude of the ion current when the engine is running on any fuel-air composition mixtures with the ion current when working on the stoichiometric composition of the air-fuel mixture.2. Устройство для контроля и управления сжиганием топлива в поршневом двигателе, включающее полость изменяемого объема цилиндра, поршень, головку цилиндра с установленной в нее свечой зажигания и комплексом ионизационных датчиков, одним из электродов которого является корпус двигателя, отличающееся тем, что комплекс ионизационных датчиков содержит не менее восьми изолированных от деталей корпуса двигателей электродов, расположенных по окружности на расстоянии, диаметрально противоположном друг другу в изделии, которое также служит прокладкой между головкой цилиндра и корпусом двигателя.2. A device for monitoring and controlling fuel combustion in a piston engine, including a cavity of variable cylinder volume, a piston, a cylinder head with a spark plug installed in it and a complex of ionization sensors, one of the electrodes of which is the engine housing, characterized in that the complex of ionization sensors contains at least eight electrodes isolated from the parts of the motor housing located around the circumference at a distance diametrically opposite to each other in the product, which also serves as okladkoy between cylinder head and motor housing.

Images