СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

elasticity of the material and the force developed by the piezoelectric element. A diagram of dependence of the thickness of the piezoelectric element from the value of the applied voltage.

Keywords: injector control, the piezo drive, the needle spray of the fuel injection.

Ольков Иван Владимирович (Россия, г. Омск) – студент СибАДИ, группы ДВСб13-А1 (644080,

г.Омск, пр. Мира, 5, e-mail.ru: makusev321@mail.ru).

Ol'kov, Ivan Vladimirovich (Rossia,Omsk) – student of SibADI, group ДВСб13-A1, The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644080, Omsk, Mira, 5, e-mail.ru: makusev321@mail.ru).

УДК 621.44

ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ВОДЫ ВО ВПУСКНОЙ ТРУБОПРОВОД ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

FEATURES OF WATER INJECTION CONTROL IN THE INTAKE PIPE

OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

А. В. Ушаков

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск

Аннотация. Управление впрыском воды во впускной трубопровод двигателей внутреннего сгорания является актуальной проблемой в исследовании влияния применения воды, как компонента горючей смеси. Материал содержит описание системы впрыска воды 418 во впускной трубопровод и управления этой системой. Приводится способ реализации управления на основе плат Arduino. Рассматриваются особенности управления впрыском

воды в двигателях внутреннего сгорания.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, впрыск воды, управление впрыском воды, микроконтроллер, Arduino.

Введение

Использование воды как компонента горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) – научно-практическое направление снижения негативного влияния автомобильного

транспорта на экологию. Также многочисленные испытания, проведенные в ходе Второй Мировой войны американскими (Pratt & Whitney) и немецкими (Daimler Benz и BMW) предприятиями, а также в СССР, на авиационных двигателях, показали, что впрыск воды до 50% от расхода топлива не сказывается отрицательным образом на скорости и полноте сгорания топлива [1 и др.]. В работе [2] указано, что при подаче определенного (оптимального) количества воды происходит улучшение таких показателей, как эффективный КПД и удельный расход топлива благодаря уменьшению работы сжатия и увеличению количества рабочего тела, несмотря на значительное снижение температуры сгорания. Расчеты проводились по математической модели, разработанной автором [2]. Одной из проблем в проведении исследований влияния впрыска воды в ДВС является необходимость реализации управления впрыском воды.

Особенности управления впрыском воды во впускной трубопровод ДВС

В статьях [3, 4] указываются варианты впрыска во впускной трубопровод ДВС или непосредственно в камеру сгорания. Наиболее удобный для проведения исследований способ

– впрыск воды во впускной трубопровод. Это обусловлено тем, что при непосредственном

впрыске в камеру сгорания потребуется значительно усложнить конструкцию двигателя, добавлением отдельных форсунок для впрыска воды, а количество этих форсунок соответствовало бы количеству цилиндров двигателя. Управление форсунками должен

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

осуществлять электронный блок управления (ЭБУ), требующий специального программного обеспечения и работающий на базе микропроцессора. Этот способ технологически затруднён и требует большого финансирования. Способ подачи воды во впускной трубопровод, а именно в систему подачи воздуха, позволяет использовать одну форсунку для подачи водо-воздушной

смеси во все цилиндры. Количество воды, подаваемой во впускной трубопровод, необходимо контролировать и изменять. Поэтому целесообразно проводить исследования на базе микроконтроллеров, позволяющих исследовать работу блоков управления, разрабатывать и проверять на них алгоритмы, заниматься отладкой программ для управления основными процессами, происходящими в работающем ДВС.

В работе [5] приводится исследование с использованием электронной системы управления впрыском воды в ДВС с искровым зажиганием и реализованной с помощью программы LabView. Схема системы впрыска воды представлена на рис. 1.

Указанная система впрыска воды управляется специально-разработанной электронной

системой, с помощью которой авторы предполагают изучение широкого диапазона параметров: длительность впрыска воды, количества топлива, момента зажигания, подачи воздуха, температуры воздуха на входе.

Переменная длительность впрыска воды в этой системе задаётся устройством (таймер), состоящим из конденсатора на 1 мкФ, с переменным сопротивлением от 1 до 100 кОм, позволяющим регулировать длительность от 1 мс до 0,1 с. Время впрыска изменяется по формуле (1)

Таймер работает в моностабильном режиме, который срабатывает каждые два оборота двигателя, от топливного импульса. Продолжительность впрыска воды за один цикл была записана в ЭБУ посредством использования двойного потенциометра, который контролирует оба значения RC для таймера, а также генерирует напряжение, линейно изменяющееся с

длительностью импульса впрыска воды, для регистрации данных посредством ЭБУ.

Для достижения оптимальных значений количества подаваемой воды, необходимо управление временем впрыска в диапазоне различных нагрузок и на различных значениях оборотов двигателя. Этого можно достигнуть с помощью управления временем впрыска, которое будет осуществляться электронным блоком управления, основанным на программируемом микроконтроллере.

В методических указаниях [6] указано, что для ускорения разработки устройств на микроконтроллерах выпускают платы с распаянными на них микросхемами микроконтроллеров и других вспомогательных компонентов, обеспечивающих подключение платы к компьютеру, получение нужных напряжений питания и других. На плате имеются разъёмы (линии штырьков или гнёзд), с помощью которых можно подсоединить датчики, индикаторы и исполнительные устройства к выводам микроконтроллера. В настоящее время наиболее популярны платы Arduino. Схема простейшего из них Arduino Uno представлена на рис. 2. На ней распаяны

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

микроконтроллер ATMega328, разработанный фирмой Atmel (или в ранних версиях ATMega8, ATMega16), микросхема преобразователя интерфейса USAT в USB (FT232R или CH340G), кварцевый резонатор на 16 МГц и другие электронные компоненты. В настоящее время выпускаются десятки видов плат Arduino с различными микроконтроллерами и плат с датчиками и другими устройствами, которые можно присоединить к плате Arduino, - шилдов

(shiled – щит).

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема Arduino Uno

420

Рисунок 3 – Окно текстового редактора для разработки программ для Arduino

Для создания программ, которые носят название «скетчи», и программирования плат Arduino используется среда разработки и отладки программ (IDE – integrated development

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

environment), которую можно бесплатно скопировать с сайта сообщества разработчиков –

www.arduino.cc

Скетчи пишутся в текстовом редакторе. На рис. 3 На светлом фоне выведена заготовка для написания программы. Здесь используется язык Processing, близкий по синтаксису к языку C.

Программная среда Arduino позволяет контролировать как продолжительность впрыска, так

и интервалы между впрысками с точностью до 1 мс. В ходе стендовых испытаний, количество подаваемой воды будет задаваться в процентах (5, 10, 15,…50%) от часового расхода жидкого

топлива GT , кг/ч, который определяется по приборам непосредственно показывающим расход, или по формуле (2) из учебно-методического пособия [7] (для весового способа измерения)

топлива, с.

На начальной стадии исследований, система управления впрыском воды, будет тестироваться на нескольких заданных режимах работы ДВС. Далее полученные данные будут обрабатываться для поиска наиболее оптимальных значений количества впрыскиваемой воды на каждом режиме работы ДВС. На основе данных, полученных в ходе экспериментов, планируется подключение микроконтроллера Arduino к датчикам ДВС и создание программы,

которая будет считывать значения с датчиков и контролировать впрыск на всех возможных режимах работы ДВС в реальном времени.

Заключение

Управление впрыском воды возможно реализовать на основе плат Arduino Uno, которые

позволяют с высокой точностью регулировать подачу импульсов на форсунку, впрыскивающую воду во впускной трубопровод, а также имеют возможность подключения к датчикам и компиляции управляющих программ в режиме реального времени.

Библиографический список

1.Карнаухова, И.В. Влияние диссоциации воды на расход топлива в двигателях внутреннего сгорания / И.В. Карнаухова, В.Н. Карнаухов, Д.А. Захаров // Современные проблемы науки и образования.

–2015. – № 1-1. – С. 352.

2.Акчурин, Х.И. Исследование влияния добавления воды в горючую смесь на теплообмен и

использование теплоты в бензиновых двигателях / Х.И. Акчурин // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. – 2013. – № 12(115).– С. 78–83.

3.Войтенков, С.С. Особенности применения воды в качестве компонента горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания / С.С. Войтенков// Автотранспортное предприятие.– 2016. – №11. – C. 53–57.

4.Филиппов, А. В. Пути повышения топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания / А. В. Филиппов; науч. рук С. С. Войтенков // Актуальные проблемы науки и техники глазами молодых ученых [Электронный ресурс] : материалы Международной научно-практической конференции 8-9 февраля 2016 года / Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия. – Омск : СибАДИ, 2016. – С. 469– 472.– ISBN 978-5-93204-897-9.

5.D. Busuttil, G. Camilleri and M. Farrugia. Mechatronics for water injection in SI engine // Mechatronics -

Mechatronika (ME), 2014 16th International Conference on, Brno, 2014, pp. 308-313.

6. Разработка автомобильных электронных систем на базе ARDUINO : управление работой двигателя внутреннего сгорания [Электронный ресурс] : методические указания / сост. А.А. Зубарев. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2016. – Режим доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/esd207.pdf , свободный после авторизации. – Загл. с экрана.

7. Стендовые испытания двигателей внутреннего сгорания: учебно-методическое пособие / сост.: А.Л. Иванов, В.И. Подгурский, В.А. Каня, С.С. Войтенков. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2017. – 48 с.

FEATURES OF WATER INJECTION CONTROL IN THE INTAKE PIPE

OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

A.V. Ushakov

Abstract. Injection of water management in the intake manifold of internal combustion engines is an actual problem in the study of the impact of the use of water as a component of a gas mixture. Material describes water injection system into the intake manifold and the system control. A method

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.