RU2068108C1

RU2068108C1 - Method and device for controlling operation of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2068108C1
Application number: SU915053031A
Authority: RU
Inventors: Эндрю Смит Даррен
Original assignee: Орбитал Энджин Компани (Аустралиа) ПТИ, Лтд.
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1996-10-20

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine temperature is measured first and temperature measured is then compared with a reference one. When, in idling condition and at low loads, the temperature of the engine becomes lower than a reference value, one applies a parasite load to the engine to increase fuel consumption and fuel flow rate in response to increased fuel consumption. As a result, the temperature of exhaust gases increases. EFFECT: enhanced reliability. 18 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области управления двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of control of internal combustion engines.

Известен способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой охлаждения с циркуляционным насосом и каталитическим нейтрализатором, при котором обеспечивают нормальную работу катализатору путем повышения температуры отработавших газов при ее снижении ниже допустимого уровня, а также известна система управления двигателем внутреннего сгорания, имеющим впускную и выпускную системы, содержащая электронный блок управления с задатчиком значения эталонной температуры, к входам которого подключены датчики температуры, нагрузки и скорости вращения двигателя (см. патент США 4566271, МПК F 01 N 3/02, опубл. 1986 г.). A known method of controlling the operation of an internal combustion engine equipped with a cooling system with a circulation pump and a catalytic converter, in which the catalyst operates normally by raising the temperature of the exhaust gases when it drops below an acceptable level, and a control system for an internal combustion engine having an intake and exhaust system is known containing an electronic control unit with a setpoint for a reference temperature, to the inputs of which sensors are connected temperature, load and engine speed (see US patent 4566271, IPC F 01 N 3/02, publ. 1986).

Недостаток известного технического решения заключается в трудности управления выделениями с выхлопными газами и достижения стабильного функционирования двигателя в диапазоне низких нагрузок по сравнению с более высокими диапазонами нагрузки двигателя. A disadvantage of the known technical solution is the difficulty in controlling emissions with exhaust gases and achieving stable engine operation in the low load range compared to higher engine load ranges.

Вышеуказанные трудности возрастают, когда двигатель находится в условиях низкой рабочей температуры, например после запуска двигателя. Для двигателей, работающих с каталитическими преобразователями в системе выхлопных газов, работа каталитических преобразователей не становится эффективной, пока не достигнута определенная рабочая температура, обычно именуемая как температура зажигания катализатора. Зажигание катализатора зависит от подачи тепла катализатору выхлопными газами, причем для более быстрого нагрева катализатора до температуры зажигания важна более высокая температура выхлопных газов. Задача изобретения заключается в создании способа и устройства для управления работой двигателя внутреннего сгорания, которые способствуют преодолению вышеуказанных проблем и достижению улучшенного управления выделениями с выхлопными газами. The above difficulties increase when the engine is at a low operating temperature, for example after starting the engine. For engines operating with catalytic converters in the exhaust system, the operation of the catalytic converters does not become effective until a certain operating temperature is reached, usually referred to as the ignition temperature of the catalyst. The ignition of the catalyst depends on the heat input to the catalyst by the exhaust gases, and a higher temperature of the exhaust gases is important for faster heating of the catalyst to the ignition temperature. The objective of the invention is to create a method and device for controlling the operation of an internal combustion engine, which help to overcome the above problems and achieve improved control of emissions with exhaust gases.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе управления работой двигателя внутреннего сгорания, имеющего выпускной коллектор, соединенный с выпускной системой, первоначально измеряют температуру двигателя, сравнивают измеренное значение с эталонным значением и при снижении температуры двигателя ниже эталонного значения на режимах холостого хода и малых нагрузок температуру отработавших газов повышают путем приложения к двигателю паразитной нагрузки для увеличения потребления топлива и увеличения скорости подачи топлива в ответ на увеличенное потребление топлива, чтобы тем самым повысить температуру отработавших газов. The problem in terms of the method is solved by the fact that in the method of controlling the operation of an internal combustion engine having an exhaust manifold connected to the exhaust system, the engine temperature is initially measured, the measured value is compared with a reference value, and when the engine temperature drops below the reference value at idle and low loads increase the temperature of the exhaust gases by applying a parasitic load to the engine to increase fuel consumption and increase feed rates fuel in response to increased fuel consumption, to thereby increase the exhaust gas temperature.

В качестве паразитной нагрузки может быть использован циркуляционный насос системы охлаждения, приводимый от двигателя, при этом осуществляют ограничение циркуляции охлаждающей жидкости. Может быть повышена температура воздуха, впускаемого в двигатель. Может быть произведено прямое нагревание катализатора в системе выпуска выхлопных газов. As a parasitic load, a circulation pump of the cooling system driven by the engine can be used, while limiting the circulation of the coolant. The temperature of the air entering the engine may be increased. Direct catalyst heating can be performed in the exhaust system.

В качестве паразитной нагрузки может быть использована электрическая нагрузка, подключаемая к генератору, приводимому в действие двигателем внутреннего сгорания, при этом электрическая нагрузка может содержать нагревательный элемент, который может быть использован или для подогрева впускаемого в двигатель воздуха или для непосредственного подогрева катализатора, установленного в системе выпуска отработавших газов. As a parasitic load, an electric load can be used, connected to a generator driven by an internal combustion engine, while the electric load can contain a heating element that can be used either to heat the air introduced into the engine or to directly heat the catalyst installed in the system exhaust emissions.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что система управления двигателем внутреннего сгорания, имеющего впускную и выпускную системы, содержит электронный блок управления с задатчиком значения эталонной температуры, к входам которого подключены датчики температуры, нагрузки и скорости вращения двигателя, причем система управления снабжена выключателем и источником паразитной нагрузки для подключения к двигателю, электронный блок управления содержит программное устройство для включения его в работу, по меньшей мере на режимах холостого хода и малой нагрузки, датчик температуры установлен на двигателе, источник паразитной нагрузки подключен к выходам системы управления двигателем, так, что когда источник паразитной нагрузки подключен, потребление двигателем топлива увеличивается, скорость подачи топлива в двигатель увеличивается в соответствии с указанным потреблением топлива, чтобы тем самым повысить скорость роста температуры отработавших газов двигателя. The task in part of the device is solved in that the control system of an internal combustion engine having an intake and exhaust system contains an electronic control unit with a setpoint for a reference temperature, to the inputs of which are connected sensors of temperature, load and engine speed, and the control system is equipped with a switch and a parasitic load source for connecting to the engine, the electronic control unit contains a software device for turning it on, at least for idle and light load modes, the temperature sensor is mounted on the engine, the parasitic load source is connected to the outputs of the engine control system, so that when the parasitic load source is connected, the engine's fuel consumption increases, the fuel feed rate to the engine increases in accordance with the specified fuel consumption, to thereby increase the rate of increase in temperature of the exhaust gases of the engine.

Источник паразитной нагрузки может быть выполнен в виде подключенного к двигателю циркуляционного насоса охлаждающей жидкости, снабженного устройством управления для селективного ограничения циркуляции охлаждающей жидкости или в виде электрического нагружателя, связанного через выключатель с генератором переменного тока, подключенного к двигателю. The parasitic load source can be made in the form of a coolant circulating pump connected to the engine, equipped with a control device for selectively restricting the coolant circulation, or in the form of an electric loader connected via a switch to an alternator connected to the engine.

Электрический нагружатель может содержать нагревательный элемент, установленный во впускной системе для подогрева впускаемого воздуха или непосредственно в катализаторе. Система управления может быть снабжена источником питания, выполненным в виде подключенного к генератору аккумулятора, причем вал генератора связан с валом двигателя, а электронный блок управления снабжен задатчиком уровня аккумулирования и программным устройством для подключения электрического нагружателя при достижении уровня аккумулирования выше заданного значения. Электронный блок управления может содержать программное устройство для выбора периода приложения паразитной нагрузки, которое в свою очередь может содержать блоки выработки сигналов включения-отключения приложения паразитной нагрузки в зависимости от рабочей температуры двигателя, от числа оборотов с момента запуска двигателя или в зависимости от времени с начала запуска двигателя. The electric loader may include a heating element installed in the intake system for heating the intake air or directly in the catalyst. The control system can be equipped with a power source made in the form of a battery connected to the generator, the generator shaft being connected to the engine shaft, and the electronic control unit equipped with a battery level adjuster and software device for connecting an electric charger when the battery level is higher than a predetermined value. The electronic control unit may contain a software device for selecting the period of application of the parasitic load, which in turn may contain blocks for generating signals on / off of the application of parasitic load depending on the operating temperature of the engine, on the number of revolutions from the moment the engine is started, or depending on the time from the beginning engine start.

На фиг.1 показана схема электронного блока управления с элементами системы управления, фиг.2 общий вид двигателя внутреннего с устройством для реализации изобретения. Figure 1 shows a diagram of an electronic control unit with elements of a control system, figure 2 a General view of the internal engine with a device for implementing the invention.

Система управления двигателем внутреннего сгорания содержит электронный блок управления (ЭБУ) 1 с задатчиком значения эталонной температуры, к входам которого подключены датчики температуры, нагрузки и скорости вращения двигателя, и программным устройством. Источник питания ЭБУ состоит из аккумулятора 2 или генератора 3 переменного тока, связанных с ЭБУ 1 через выключатель 4. Аккумулятор предусмотрен как резервный источник питания и заряжается генератором 3, который приводится в действие двигателем. The control system of the internal combustion engine contains an electronic control unit (ECU) 1 with a setpoint for the value of the reference temperature, to the inputs of which are connected sensors of temperature, load and engine speed, and a software device. The power source of the computer consists of a battery 2 or an alternator 3 connected to the computer 1 through a switch 4. The battery is provided as a backup power source and is charged by a generator 3, which is driven by a motor.

Реле 5 управляет источником питания для нагревательного элемента 6, и реле 5 управляется ЭБУ через выключатель. ЭБУ запрограммирован, чтобы определять во время операций запуска, находится ли температура двигателя ниже заданной температуры, ниже которой необходимо оказать действие, чтобы получить приемлемый уровень стабильности функционирования двигателя и быстрое зажигание катализатора. Типичной заданной величиной температуры является 35^oC.Relay 5 controls the power source for the heating element 6, and relay 5 is controlled by the computer via a switch. The computer is programmed to determine during start-up operations whether the engine temperature is below a predetermined temperature, below which action must be taken to obtain an acceptable level of engine stability and fast ignition of the catalyst. A typical setpoint temperature is 35 ^o C.

При некоторых условиях запуска двигатель может иметь эффективную рабочую температуру, например в результате нагрева двигателя после предшествующего периода эксплуатации, и в таких случаях использование паразитной нагрузки для сокращения периода прогревания не требуется. Также, если источник питания от аккумулятора 2 показывает уровень аккумулирования ниже заданной величины, например 10 В в нормальном 12-вольтовом аккумуляторе, то ЭБУ не будет давать сигнала применения электрической паразитной нагрузки, так как это будет неприемлемая нагрузка для аккумулятора 2 и может быть разрушительным для функционирования ЭБУ. Under certain starting conditions, the engine may have an effective operating temperature, for example, as a result of heating the engine after a previous period of operation, and in such cases, the use of spurious loads to reduce the warm-up period is not required. Also, if the power source from battery 2 shows the accumulation level below a predetermined value, for example 10 V in a normal 12-volt battery, then the ECU will not give a signal to apply electrical spurious load, as this will be an unacceptable load for battery 2 and can be destructive for the functioning of the computer.

Когда ЭБУ определяет из условия аккумулирования аккумулятора и температуры двигателя, что паразитная нагрузка должна быть приложена, ЭБУ возбуждает реле 15, которое соединит нагревательный элемент 6 с генератором 3. Результирующее увеличение нагрузки на двигатель повысит топливную потребность двигателя, и ЭБУ соответственно увеличит подачу топлива на двигатель. Сгорание результирующего повышенного количества топлива приведет к повышению температуры выхлопных газов, что в свою очередь, приведет к увеличенной скорости повышения температуры двигателя и катализатора выхлопных газов с результирующим сокращением времени, затрачиваемого на достижение стабильного функционирования двигателя и зажигания катализатора. When the ECU determines from the conditions of accumulation of the battery and engine temperature that the parasitic load must be applied, the ECU activates a relay 15 that will connect the heating element 6 to the generator 3. The resulting increase in engine load will increase the fuel demand of the engine, and the ECU will accordingly increase the fuel supply to the engine . The combustion of the resulting increased amount of fuel will lead to an increase in the temperature of the exhaust gases, which in turn will lead to an increased rate of increase in the temperature of the engine and the catalyst of the exhaust gases, with the resulting reduction in the time taken to achieve stable engine operation and ignition of the catalyst.

ЭБУ может быть снабжено программным устройством для выбора периода приложения паразитной нагрузки, чтобы выключать паразитную нагрузку в соответствии с достижением заданного условия, которое может быть заданной температурой, достигнутой двигателем, или может быть просто на базе времени, либо в реальном масштабе времени от запуска, либо времени, соответствующего набору заданного числа оборотов с момента запуска, для чего программное устройство снабжается блоками выработки сигналы включения-отключения паразитной нагрузки в зависимости от рабочей температуры или числа оборотов с момента запуска или времени с начала запуска. Желательно помещать нагревательный элемент 6 на пути воздуха, вводимого в двигатель, с тем, чтобы повышать температуру этого воздуха при подаче в камеру сгорания, тем самым приводят к повышению температуры образующихся затем выхлопных газов. The computer may be equipped with a software device for selecting the period of application of the parasitic load in order to turn off the parasitic load in accordance with the achievement of a predetermined condition, which may be a predetermined temperature reached by the engine, or may simply be based on time, or in real time from the start, or time corresponding to the set of a given number of revolutions from the moment of start-up, for which the software device is supplied with blocks for generating parasitic load on / off signals depending and from the operating temperature or speed since the start or time from the start of the start. It is desirable to place the heating element 6 in the path of the air introduced into the engine so as to increase the temperature of this air when it is supplied to the combustion chamber, thereby leading to an increase in temperature of the exhaust gases then generated.

Нагревательный элемент 6 может быть расположен в системе выпуска выхлопных газов для прямого нагревания катализатора в ней, тем самым вызывая быстрое зажигание катализатора и достижение эффективного функционирования системы выпуска выхлопных газов. The heating element 6 may be located in the exhaust system for direct heating of the catalyst therein, thereby causing the catalyst to quickly ignite and to achieve the effective functioning of the exhaust system.

Использование нагревательного элемента в качестве паразитной нагрузки является одной из наиболее удобных форм нагрузки для приложения к двигателю, так как энергия от нагревательного элемента может также выгодно использоваться для достижения более быстрого прогревания двигателя и повышения температуры выхлопных газов и достижения быстрого зажигания катализатора выхлопных газов. The use of a heating element as a parasitic load is one of the most convenient forms of loading for application to the engine, since the energy from the heating element can also be advantageously used to achieve faster heating of the engine and increase the temperature of the exhaust gases and achieve quick ignition of the exhaust catalyst.

На фиг. 2 видно, что двигатель 8 снабжен средством подачи топлива, например в виде инжектора 9, и имеет систему пуска воздуха 10 и систему выпуска выхлопных газов 11. Воздух может вводиться в двигатель 8 через систему впуска воздуха 10, а образующиеся выхлопные газы могут обрабатываться в системе выпуска выхлопных газов 11 для управления уровнем выделений с выхлопными газами. Для этой цели в системе выпуска выхлопных газов 11 предусмотрен катализатор 12. In FIG. 2 it can be seen that the engine 8 is provided with fuel supply means, for example in the form of an injector 9, and has an air start system 10 and an exhaust system 11. The air can be introduced into the engine 8 through the air inlet system 10, and the resulting exhaust gases can be processed in the system exhaust 11 to control the level of emissions with exhaust gases. For this purpose, a catalyst 12 is provided in the exhaust system 11.

Двигатель 8 приводит в действие генератор переменного тока 13 и компрессор или насос 14 через ременный привод 15. Генератор 13 обеспечивает электрическую энергию для функционирования двигателя 8, а насос 14 обеспечивает циркуляцию текущей среды, охлаждающей двигатель. Следует отметить, что повышенная нагрузка на генератор 13 или компрессор или насос 14 также приведет к повышенной нагрузке на двигатель 8. The engine 8 drives the alternator 13 and the compressor or pump 14 through the belt drive 15. The generator 13 provides electrical energy for the operation of the engine 8, and the pump 14 circulates the current medium cooling the engine. It should be noted that the increased load on the generator 13 or the compressor or pump 14 will also lead to an increased load on the engine 8.

Электрический нагревательный элемент 16 расположен внутри системы впуска 10 и может быть соединен как часть электрической нагрузки с генератором 13 для приложения паразитной нагрузки к двигателю. Нагревательный элемент 16 может использоваться для приложения тепла к впускаемому воздуху и тем самым повышать температуру впускаемого воздуха. An electric heating element 16 is located inside the intake system 10 and can be connected as part of the electrical load to the generator 13 to apply a stray load to the engine. The heating element 16 can be used to apply heat to the intake air and thereby increase the temperature of the intake air.

Другой электрический нагревательный элемент 17 расположен внутри системы 11 выпуска выхлопных газов, и также может быть соединен как часть электрической нагрузки с генератором 13 для приложения паразитной нагрузки к двигателю 8. Нагревательный элемент 17 может использоваться для непосредственного нагревания катализатора 12 в системе выпуска выхлопных газов 11 и вызывать быстрое зажигание катализатора для эффективного функционирования системы выпуска выхлопных газов. Another electric heating element 17 is located inside the exhaust system 11, and can also be connected as part of the electric load to the generator 13 to apply a stray load to the engine 8. The heating element 17 can be used to directly heat the catalyst 12 in the exhaust system 11 and cause rapid ignition of the catalyst for the effective functioning of the exhaust system.

Насос 14 может быть смонтирован со средством управления циркуляцией в форме переменно открывающегося клапана или регулируемого выпускного канала для селективного ограничения циркуляции текучей среды, охлаждающей двигатель. Такое ограничение приведет к повышенной нагрузке на насос 14 и поэтому к повышенной нагрузке на двигатель 8. The pump 14 may be mounted with a circulation control means in the form of a variable opening valve or an adjustable exhaust channel to selectively restrict the circulation of the fluid cooling the engine. Such a limitation will lead to an increased load on the pump 14 and therefore to an increased load on the engine 8.

Claims

1. A method of controlling the operation of an internal combustion engine having an exhaust manifold connected to an exhaust system, characterized in that the engine temperature is initially measured, the measured value is compared with a reference value, and when the engine temperature drops below the reference value at idle and low loads, the exhaust temperature gases are increased by applying a parasitic load to the engine to increase fuel consumption and increase the fuel feed rate in response to increased fuel consumption, thereby increasing the temperature of the exhaust gas.

2. The method according to p. 1, characterized in that as a parasitic load using a circulation pump of the cooling system, driven by the engine, while limiting the circulation of the coolant.

3. The method according to p. 1, characterized in that they increase the temperature of the air introduced into the engine.

4. The method according to p. 1, characterized in that they produce direct heating of the catalyst in the exhaust system.

5. The method according to p. 1, characterized in that as a parasitic load using an electrical load connected to a generator driven by an internal combustion engine.

6. The method according to p. 5, characterized in that the electrical load contains a heating element.

7. The method according to p. 6, characterized in that the heating element of the electric load is used to heat the air admitted into the engine.

8. The method according to p. 6, characterized in that the heating element of the electric load is used to directly heat the catalyst installed in the exhaust system.

9. The control system of an internal combustion engine having an intake system and an exhaust system, comprising an electronic control unit with a setpoint for a reference temperature, to the inputs of which are connected sensors of temperature, load and engine speed, characterized in that it is equipped with a switch and a parasitic load source for connecting to the engine, the electronic control unit contains a software device for turning it into operation at least at idle and low load modes, a sensor temperature is mounted on the engine, and the source of parasitic load is connected to the outputs of the engine management system so that when the source of parasitic load is connected, the engine's fuel consumption increases, the fuel supply rate to the engine increases in accordance with the specified increased fuel consumption, thereby increasing the growth rate engine exhaust temperature.

10. The system according to p. 9, characterized in that the parasitic load source is made in the form of a coolant connected to the circulation pump of the engine, equipped with a control device for selectively restricting the circulation of coolant.

11. The system according to claim 9, characterized in that the parasitic load source is made in the form of an electric loader connected through a switch to an alternator connected to the engine.

12. The system of claim 11, wherein the electric loader comprises a heating element.

13. The system according to p. 12, characterized in that the heating element is installed in the intake system for heating the intake air.

14. The system of claim 12, wherein the heating element is installed directly in the catalyst.

15. The system of claims. 11 to 14, characterized in that it is provided with a power source made in the form of a battery connected to the generator, the generator shaft being connected to the engine shaft, and the electronic control unit equipped with an accumulator level adjuster and a software device for connecting an electric charger when the accumulator level reaches a predetermined value .

16. The system according to p. 9, characterized in that the electronic control unit contains a software device for selecting the period of application of spurious load.

17. The system according to p. 16, characterized in that the software device for selecting the period of application of parasitic load is equipped with a block generating a signal on / off application of parasitic load depending on the operating temperature of the engine.

18. The system according to p. 16, characterized in that the software device for selecting the period of application of the parasitic load is equipped with a block for generating a signal on / off of the application of parasitic load depending on the number of revolutions from the moment of its launch.

19. The system according to p. 16, characterized in that the software device for selecting the period of application of the load is equipped with a temporary block generating a signal to enable / disable the application of parasitic load during the time from the start of engine start.