3.4. Измерение коэффициента наполнения цилиндра

По массе всасываемого в цилиндр ДВС воздуха дозируется топливо. Для косвенного измерения массового расхода воздуха (пошедшего через впускной клапан цилиндра ДВС) используют два способа: регистрируют скорость прохождения воздуха через входной коллектор, используя анемометрический датчик; измеряют давление в нем, используя датчик давления. Причем датчик давления устанавливают в области разряжения между дроссельной заслонкой и впускным клапаном.

На рис. 31, 32 показаны дроссели с различным диаметром отверстия, которые используются в учебном процессе для экспериментов.

РисСибАДИ. 31. Дроссели с различным диаметром отверстий

Рис. 32. Дроссели, установленные на макет: а − дроссель с постоянным диаметром; б − дроссель с изменяемым сечением отверстия

35

На рис. 33 показана кривая изменения давления во впускном коллекторе после дроссельной заслонки от времени за один цикл движения поршня в цилиндре макета.

воспользовавшись формулой (3), можно вычислить расход воздуха за цикл, взяв интеграл по времени вычислив площадь замененного участка над кривой (см. р с. 33), корень квадратный и умножив на соответствующий коэфф ц ент.

где K = 0,004μ√ρв– постоянный коэффициент; Р – разница между давлением во впускном коллекторе и атмосферным по абсолютной величине; di – диаметр дросселя, который может изменяться; если он не изменяется, то его можно включить в постоянный коэффициент K;

tизмеряется в часах.

Вслучае, если t постоянно (не изменяется со временем), то формулу (4) можно записать в виде

36

Gвцикл = K’ • , (5)

где K’ = К t.

Вычисление расхода воздуха по формуле (5) можно сделать программно. При этом контроллеры Адруино позволяют получить число отсчетов за цикл n около 1000, т. е. обеспечить очень высокую точность.

Теоретические зависимости между массой засосанного воздуха (или коэффициентом наполнения цилиндра) и этими давлениями и скоростями довольно сложны, но нам требуются относительные диапазоны изменения параметра, пропорционального массе засосанного воздуха, который мы перенесем на диапазон изменения параметра, регулирующего массу впрыскиваемого топлива (например, функцией map()). В случае учета нелинейности нам потребуются корректирующие коэффициенты, а также коэффициенты, учитывающие влияние внешних факторов (температуры, атмосферного давления и т.п.). Эти коэффициенты могут быть заданы аналитически илиСибАДИв виде таблиц, сохраняемых в EEPROM контроллера.

На рис. 34 показаны упрощенные кривые зависимости величины сигнала с датчика давления от времени (убраны помехи и колебания давления из-за турбулентности, амплитуда которых около 0,5 В) при изменении скорости вращения и положения дроссельной заслонки.

Рис. 34. Сигналы на входе (с датчика давления) и выходе компаратора

При этом клапан открывается и закрывается при минимальной разности давлений в цилиндре и атмосфере, то есть закрывается после прохождения поршнем нижней мертвой точки и движения поршня к верхней мертвой точке.

37

Схема электрическая принципиальная для превращения сигналов с датчика давления в прямоугольные импульсы представлена на рис. 35. По этим импульсам можно точно определить моменты времени открывания и закрывания клапанов.

СибАДИРис. 35. Схема компаратора для получения прямоугольных импульсов

Датчик и плата компаратора устанавливаются на входном патрубке цилиндра (рис. 36), обеспечивая тем самым минимальный объем воздуха в патрубке между дросселем и впускным клапаном цилиндра.

Рис. 36. Датчик давления с платой компаратора, установленный на макете ДВС

Нам для регулирования подачи топлива не обязательно нужно знать массу всасываемого воздуха, измеренную в единицах массы. Достаточно знать относительные изменения массы воздуха в цилиндрах, которые

38

задаются коэффициентом наполнения цилиндра. По определению, этот коэффициент определяется следующим образом:

Совершенство процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения ηV, равным отношению количества свежего заряда, находящегося в цилиндре, к началу действительного сжатия, то есть к моменту закрытия органов газообмена, к тому количеству свежего заряда, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при условиях на впуске [7].

данном атмосферном давлении и температуре.

состояния в открытое и наоборот при атмосферном давлении с двух сторон клапана. Моменты переключения клапанов при вращении маховика и возвратно-поступательном движении поршня совпадают с моментами появления фронтов импульсов на выходе «1» компаратора (см. рис. 35 и рис. 39). Зная время в моменты переключения клапанов и время прохождения нижней (или верхней) мертвой точки, можно точно вычислить коэффициент наполнения цилиндра для нашей модели. В верхней мертвой точке начинается всасывание воздуха в цилиндр и эти моменты совпадают со спадающими фронтом импульсов Uвых1 на рис. 39.

39

Для определения моментов прохождения нижней мертвой точки установлена кнопка и собрана схема (рис. 38). Достигая нижней мертвой точки, поршень замыкает кнопку SW1.

Это соответствует нарастающему фронту импульсов на выходе Uвых2 (см. рис. 38).

Зная перечисленные моменты времени, коэффициент наполнения цилиндра можно определить как

40

D9 – выход ШИМ

D10 – с выхода делителя на 2

int cycleT; // время одного цикла хода цилиндра float speedR;

41

unsigned int rValue = 0; // цифровое значение напряжения с переменного резистора

void setup() { pinMode(2, INPUT); pinMode(3, INPUT);

Serial.begin(9600); // старт последовательного вывода данных pi= 3,14;

Данная программа выводит на экран дисплея две колонки: в первой − скорость вращения, во второй − коэффициент наполнения цилиндра. Это позволяет зарегистрировать зависимость коэффициента наполнения цилиндра от скорости вращения коленвала ДВС при различных диаметрах дросселя (см. рис. 31), т. е. получить семейство механических характеристик для данного макета без нагрузки (на холостом ходу).

42