Для повышения топливной экономичности увеличивают степень сжатия в цилиндрах двигателя. Однако при этом увеличивается склонность двигателя к детонации. При высоких степенях сжатия детонация часто возникает в пределах установленного диапазона УОЗ, соответствующего максимальной мощности и минимальному удельному расходу топлива.
При работе двигателя с интенсивной детонацией ухудшаются мощностные и экономические показатели двигателя. Сильная детонация приводит к его перегреву, повреждениям камеры сгорания, прокладок между блоком цилиндров и головкой блока, повышенному изнашиванию верхней части цилиндра и поршневых колец.
Работа двигателя вблизи границы зоны детонации обеспечивает наибольший КПД, поэтому целесообразно использовать устройства, позволяющие двигателю работать вблизи зоны детонации, но ограничивающие время работы с детонацией или полностью ее исключающие. В соответствии с современными экологическими требованиями желательно обеспечить работу двигателя без детонации при обязательном условии соблюдения норм по токсичности отработавших газов.
Обычно детонация прекращается при установке более позднего момента зажигания, поэтому процесс детонационного сгорания топливовоздушной смеси можно приостановить, корректируя УОЗ в сторону запаздывания. Для осуществления такой коррекции необходимо получить достоверный сигнал о начале детонации. Для обеспечения работы двигателя в режиме, близком к границе зоны детонации в ЦСЗ и МПСЗ применяют датчики детонации, размещаемые в определенных местах блока цилиндров или головки блока. Датчик детонации воспринимает возникающие при детонационном сгорании топливовоздушной смеси высокочастотные колебания блока цилиндров или головки блока и преобразует их в электрические сигналы, поступающие в электронный блок управления (ЭБУ).
Измерение детонации должно быть синхронизировано с вращением коленчатого вала. Для повышения достоверности информации о начале детонации, сигнал от датчика детонации следует обрабатывать в интервале угла φ поворота коленчатого вала, где возможность возникновения детонации обоснована. Как правило этот интервал находится в пределах 50—60° поворота коленчатого вала на такте расширения (рабочий ход) после ВМТ.
При поступлении от датчика информации о возникновении детонации ЭБУ выдает импульс на уменьшение УОЗ до значения, при котором детонация прекращается. Затем, по определенному алгоритму, заложенному в программное обеспечение ЭБУ, УОЗ приближается к оптимальному. Момент зажигания смещается в сторону запаздывания в течение определенного числа тактов. Возврат к исходной характеристике опережения зажигания осуществляется в течение заданного промежутка времени или за определенное число оборотов коленчатого вала. Импульс на осуществление коррекции УОЗ ЭБУ вырабатывает в том случае, когда амплитуда сигнала датчика детонации превышает заданный уровень, поэтому поступающая от датчика детонации информация обычно сравнивается с сигналами, получаемыми от датчика при бездетонационном сгорании топливовоздушной смеси, или с сигналами вырабатываемыми генератором 5 эталонного уровня (рис. 1). Управление УОЗ производится с учетом склонности двигателя к детонации и октанового числа топлива.
Рис. 1. Схема устройства для регулирования УОЗ по сигналу датчика детонации: 1 - датчик детонации; 2 - фильтр; 3 - формирователь интервала измерения детонации; 4 - блок информации; 5 - генератор эталонного уровня; 6 - блок задержки и медленного восстановления момента зажигания; 7 - выходной блок; 8 - датчик углового положения коленчатого вала
ЭБУ может обеспечивать смещение УОЗ для каждого цилиндра ДВС индивидуально (рис. 2). При этом остальные цилиндры могут работать с оптимальным УОЗ. При поступлении от датчика сигнала о возникновении детонации в одном из цилиндров ЭБУ уже к следующему такту сжатия в этом же цилиндре уменьшает УОЗ. Если сгорание топливовоздушной смеси вновь происходит с детонацией, ЭБУ уменьшает УОЗ еще на один шаг по углу поворота коленчатого вала и так далее до тех пор, пока не будет зафиксировано прекращение детонации. При отсутствии детонации в течении нескольких десятков последовательных рабочих ходов в цилиндре начинается постепенный возврат УОЗ к первоначальному значению со значительно меньшим шагом.
Рис. 2. Временная диаграмма регулирования УОЗ при наличии детонации: K1, К2, КЗ - в первом, втором и третьем цилиндрах четырехцилиндрового двигателя (в четвертом цилиндре детонация отсутствует); а - уменьшение УОЗ; б - неизменный УОЗ; в - увеличение УОЗ
Во время работы двигателя звуковые частоты, создаваемые им шума совпадают с частотами колебаний, характерных для протекания процессов детонации. Поэтому для обеспечения достоверности информации от датчика в системе защиты двигателя от детонации рекомендуется устанавливать фильтр 2 (см. рис. 1) с полосой пропускания 6—9 кГц. Часть спектра, образованная собственным шумом двигателя, расширяется с увеличением частоты вращения коленчатого вала, что должно учитываться при разработке устройства для регулирования УОЗ по степени детонации.
На некоторых моделях автомобилей SAAB, оснащенных системой зажигания с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора, в системе защиты двигателя от детонации датчик детонации отсутствует. Его функцию выполняют свечи зажигания, центральные электроды которых находятся под постоянным ионизирующим напряжением +80 В относительно бокового электрода, соединенного с массой автомобиля. Под действием этого напряжения продукты сгорания топливовоздушной смеси способны проводить электрический ток, что позволяет распознавать детонационные волны по характеристике протекающего через свечу тока. При этом алгоритм управления моментом зажигания при наличии детонации не отличается от рассмотренного ранее.
Более совершенны программно-адаптивные системы управления по критерию детонации, в которых информация от датчика детонации о возникновении детонации в двигателе используется для корректирования заложенных в ЭБУ программ управления дозированием топлива и УОЗ. Результаты работы программно-адаптивной системы управления УОЗ по критерию детонации показаны на рис. 3.
Рис. 3. Результаты работы программно-адаптивной системы управления УОЗ по критерию детонации: а - система включена; б - система выключена; рв - амплитуда ударных волн в камере сгорания
Применение систем защиты от детонации позволяет несколько увеличить степень сжатия двигателя и тем самым обеспечить более высокие его мощностные и экономические показатели. Существенно снижается вероятность повреждения деталей и узлов двигателя при использовании низкооктанового топлива. С помощью этих систем решается проблема возможных изменений фактического октанового числа топлива в эксплуатационных условиях, технического и теплового состояния двигателя, условий окружающей среды и т.д.
В случае каких-либо нарушений в работе системы защиты двигателя от детонации ЭБУ должен автоматически устанавливать более поздний момент зажигания, при котором гарантировано отсутствие детонации. При этом мощностные и экономические характеристики двигателя ухудшаются, но значительно снижается риск выхода его из строя.
Комментарии посетителей