Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Особенности систем управления ДВС подвижных объектов на альтернативных видах топлива. Монография
.pdf
101
Более полному сгоранию ТВС способствует и разработанный алгоритм
расчета угла опережения зажигания, обеспечивающий достижение
максимума давления в цилиндре в целевом диапазоне. Согласно данным
фирмы Bosch [112], рассчитываемые по вышеупомянутому алгоритму углы
характеризуются небольшим количествами CH. Набор расчетных углов
опережения зажигания, полученный в результате моделирование в разд. 3.2,
для двигателя автомобиля ВАЗ 21108М (1,8 л 16 v) выделен серой областью
на рис. 3.19.
Рис. 3.19. Оценка эмиссии CH для разработанной схемы регулирования
бинарного топлива (выделенная серым цветом область)
После завершения процесса горения ОГ подвергаются дополнительной
очистке с помощью каталитических нейтрализаторов, фильтров и прочих
устройств, и таким образом обеспечивается соответствие нормам выбросов
вредных веществ в атмосферу. Однако подобные устройства обычно имеют
определенный ресурс, который уменьшается при необходимости очистки
сильно загрязненных газов и увеличивается при низкой степени загрязнения,
поэтому для оптимальной очистки ОГ от этих веществ в каталитическом
нейтрализаторе важно обеспечить как можно меньшую эмиссию еще
неочищенных ОГ. Таким образом, использование разработанного алгоритма
102
расчета УОЗ и схемы регулирования состава бинарного топлива позволяет
увеличить срок службы каталитического нейтрализатора.
4. Результаты экспериментальных исследований
предлагаемого метода управления ДВС
Результаты, полученные при моделировании в гл. 3, а также
выдвинутые гипотезы относительно зависимости моторных свойств
бинарного топлива от его состава, нуждались в практическом
подтверждении. Для этого была спланирована серия экспериментов и
подготовлено необходимое для их проведения оборудование, в том числе
система впрыска бинарного топлива, датчик регистрации точки максимума
давления в цилиндре и испытательный стенд. В данной главе представлены
результаты экспериментов, предназначенных для оценки эффективности
разработанного алгоритма расчета угла опережения зажигания и схемы
регулирования состава бинарного топлива.
4.1. Программа и методика испытаний, эксперимента-
льный стенд
Целью экспериментальных исследований, проводимых в рамках
настоящей работы, являлось изучение результатов применения
разработанного метода для управления ДВС. Из этой цели вытекают
следующие задачи:
1. Определить влияние углов опережения зажигания, рассчитанных по
предлагаемому алгоритму и обеспечивающих достижение максимума
давления в целевом диапазоне, на мощность и крутящий момент ДВС.
2. Определить зависимость мощности и крутящего момента
бензинового двигателя от различных составов бинарного топлива,
предлагаемых в схеме регулирования для частичных, средних и высоких
нагрузок.
103
Согласно целей разработки, объектом исследования в обоих случаях
должен стать распространенный бензиновый двигатель, возможно в составе
автомобиля.
Для решения первой задачи необходимо снять внешнюю скоростную
характеристику серийного бензинового ДВС, которая будет принята за
эталон для сравнения. Затем, в соответствии с предложенным алгоритмом,
рассчитать набор углов опережения зажигания, соответствующий полной
нагрузке (100 % нажатие на педаль газа), записать новые значения УОЗ в
программное обеспечение электронного блока управления (ЭБУ) двигателем
и снять внешнюю скоростную характеристику еще раз. Замеры необходимо
проводить в одинаковых условиях для снижения влияния внешних факторов.
Полученные результаты позволят сделать выводы относительно
эффективности поддержания точки максимума давления в целевом
диапазоне.
Объектом испытаний в данном случае может быть любой современный
бензиновый двигатель как в составе автомобиля, так и без него.
Принципиальная схема экспериментального стенда представлена на рис. 4.1.
1. Комплекс
измерения
мощности
2. ДВС
или А/М
3. Мотортестер
4. Сканер
5. ПК
Рис. 4.1. Принципиальная схема стенда для проверки алгоритма расчета УОЗ
Программа испытаний алгоритма расчета УОЗ состоит из следующих
этапов. Автомобиль, либо двигатель внутреннего сгорания 2 устанавливается
на комплекс измерения мощности 1. Углы опережения зажигания при этом
серийные, т.е. определенные изготовителем. Сначала с помощью датчика
104
давления мотортестера 3, установленного вместо свечи зажигания,
выполняется замер термодинамической составляющей давления в цилиндре.
Полученные значения записываются на компьютер 5 и будут использованы
для оценки корректности расчета параметров рабочего цикла в модели. Затем
свеча зажигания устанавливается на место и выполняется замер мощности и
крутящего момента двигателя в рабочем диапазоне оборотов при полной
нагрузке. При этом параметры ДВС контролируются сканером 4. После
получения эталонных данных в ЭБУ записываются углы опережения
зажигания, рассчитанные по предлагаемому алгоритму, и замер повторяется.
В процессе этого измерения необходимо контролировать точку достижения
максимума давления в цилиндре с помощью соответствующего датчика и
записывать данные посредством мотортестера в компьютер для
последующего анализа.
Для решения второй задачи экспериментальных исследований –
определения зависимости индикаторных показателей двигателя от состава
бинарного топлива необходимо разработать и установить на ДВС систему
впрыска бинарной топливной смеси. Затем снять внешние скоростные
характеристики двигателя при использовании топлива различных составов L,
в том числе определенных теоретически в гл. 3 для частичных, средних и
высоких нагрузок на двигатель. Дополнительно можно выполнить замеры
только на бензине и только на газе. Полученные результаты позволят сделать
выводы о корректности выдвинутых гипотез и эффективности предложенной
схемы регулирования состава бинарного топлива.
Объектом испытаний в этом случае также может являться любой
современный бензиновый двигатель, оборудованный системой впрыска
бинарного топлива. Принципиальная схема экспериментального стенда
представлена на рис. 4.2.
105
1. Комплекс
измерения
мощности
2. ДВС
или А/М
(
бинарное
топливо
)
3. Мотортестер
4. Датчик
кислорода
5. Адаптер для
связи
6. ПК
Рис. 4.2. Принципиальная схема стенда для проверки схемы регулирования
состава бинарного топлива
Программа испытаний схемы регулирования состава бинарного
топлива следующая. Автомобиль, либо двигатель внутреннего сгорания 2,
оборудованный системой впрыска бинарного топлива, устанавливается на
комплекс измерения мощности 1. Выполняется настройка системы впрыска
бинарного топлива для состава L=100/0 (только бензин) и снятие внешней
скоростной характеристики (ВСХ). При каждом испытании параметры ДВС
контролируются мотортестером 3 и программным сканером на ПК 6,
подключенным через коммуникационный адаптер 5. Полученные данные
затем используются как опорные. После записи опорных данных система
впрыска бинарного топлива последовательно настраивается на составы
L=80/20, 40/60, 50/50, 60/40, 70/30, 20/80 и для каждого из них выполняется
построение графиков крутящего момента и мощности при полной нагрузке.
Предварительно, перед каждым замером, топливно-воздушная смесь
приводится к стехиометрической посредством специального программного
обеспечения на компьютере, которое считывает показания датчика кислорода
4 и корректирует топливные карты ЭБУ автомобиля 2 через
коммуникационный адаптер 5.
Сравнивая принципиальные схемы экспериментальных стендов на
рис. 4.1 и 4.2, можно отметить их общность за исключением некоторых
блоков. Поэтому представляется целесообразным создать
экспериментальный стенд для проверки схемы регулирования состава
106
бинарного топлива как более общий вариант, а затем адаптировать его для
проверки алгоритма расчета УОЗ, отключив неиспользуемые функции и
заменив нужные компоненты.
Состав компонентов экспериментального стенда определился
следующим образом. В качестве комплекса для измерения мощности
Южным федеральным университетом был предоставлен колесный стенд LPS
3000 фирмы MAHA, технические характеристики которого приведены в
табл. 4.1.
Таблица 4.1.
Основные технические характеристики стенда LPS 3000
Параметр Размерность Значение
Нагрузка на ось т 2,5
Минимальная колея мм 800
Максимальная колея мм 3200
Минимальный допустимый
" 12
размер колеса
Межосевое расстояние мм 540
Предел измерения колесной
кВт 260
мощности
Предел измерения скорости км/ч 250
Предел измерения тягового
кН 6
усилия
Частоты вращения об/мин 0-10000
Мощность
кВт 250
электродинамических
тормозов
Выступ роликов над
мм 45
поверхностью
Диаметр роликов мм 318
Компьютер Intel Pentium, 1 Гб
ОЗУ, 200 Гб жестки
диск, ОС Windows
XP
Точность измерения % от измеренной ±2
107
величины
Колесный мощностной стенд LPS 3000 позволяет диагностировать
автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями. На имеющейся
версии стенда (роликовый агрегат R101) может быть измерена мощность до
260 кВт при максимальной скорости 250 км/ч. Нагрузка на мощностном
стенде задается при помощи электродинамических тормозов. В состав
мощностного стенда LPS 3000 входят: коммуникационный пульт с ПК; пульт
дистанционного управления; роликовый агрегат
Поскольку стенд LPS 3000 предполагает проведение испытаний
автомобиля, а не отдельного двигателя, в качестве объекта исследований
были выбраны двигатели ВАЗ 1,6 л 8 v и ВАЗ 1,8 л 16 v в составе
автомобилей Лада Калина и Лада 21108M соответственно. Основные
характеристики двигателей перечислены в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Основные технические характеристики испытуемых двигателей
Параметр ВАЗ 1,6 8 v ВАЗ 1,8 16 v
Количество цилиндров 4 4
Система газораспределения 1 р/в, по 2 клапана
на цилиндр
2 р/в, впускной и
выпускной, по 4
клапана на цилиндр
Степень сжатия 9,5 10,7
Рабочий объем 1598 см3 1795 см3
Диаметр цилиндра 79,5 84,0
Ход поршня 80,5 80,0
Для контроля фактических параметров работы ДВС непосредственно
на агрегатах использовался мотортестер Quantex Motodoc II (технические
характеристики см. в табл. 4.3). Данный мотортестер предназначен для
поиска неисправностей в различных автомобильных системах с бензиновым
двигателем. Прибор удовлетворяет требованиям проведения испытания,
позволяет считывать показатели двигателей с механическим или
108
электронным распределением энергии, а также двигателей, оборудованных
как карбюратором, так и системой впрыска. MotoDoc II совместим с
выбранными для исследований моделями автомобилей.
Программных и аппаратных сканеров для считывания параметров ЭБУ
существует довольно большое количество. Они характеризуются схожей
функциональностью и отсутствием «лидирующих» моделей. В данном
случае использовался сканер Quantex Scandoc, возможности которого
включают: чтение и расшифровку кодов ошибок, стирание ошибок, вывод
текущих данных в цифровом и графическом виде, активацию
исполнительных механизмов, идентификацию блоков управления, а также
чтение и программирование иммобилайзера. Технические характеристики
сканера приведены табл. 4.4.
Таблица 4.3
Основные технические характеристики мотортестера MotoDoc II
Параметр Размерность Значение
Разрядность АЦП бит 16
Количество наблюдаемых
1, 2,4
каналов одновременно
Пределы измерения напряжения
В ±2, ±16, ±60, ±160
осциллографических каналов 1
и 2
Выходное сопротивление
кОм 500-1000
осциллографических каналов 1
и 2
Высоковольтное напряжение кВ ±25
Первичное напряжение на
В ±500
катушке
Датчик тока (шунт) А ±10
Датчики давления 1и 2 Атм ±16 / ±100
Скорость отображения
кадры/с. 12-18
информации без потери данных
Количество запоминаемых шт. 900
109
кадров
Тип соединения с компьютером Ethernet 10-BASE-T
Таблица 4.4
Основные технические характеристики сканера ScanDoc
Параметр Размерность Значение
Разрядность процессора бит 32
Тактовая частота процессора МГц 72
Внутренняя память Мб 32
Протоколы, поддерживаемые
Line, 2xCAN, VPW,
аппаратно
PWM, J1708
KW71, KW81,
KW82, KW1284,
Протоколы, поддерживаемые
DS2, ISO8,
программно
ISO14230, ISO9141,
ISO15765, J1979,
J1850
Максимальное количество
36
каналов
Связь с РС
Ethernet 10/100
Для контроля состава отработавших газов использовался хорошо
зарекомендовавший себя контроллер LM-01 фирмы Innovate Motorsport
(характеристики см. в табл. 4.5). Прибор оснащен двумя аналоговыми
выходами и использует специальный широкополосный датчик кислорода,
который устанавливается в выпускной коллектор и по содержанию
кислорода в ОГ рассчитывает фактическое значение коэффициента избытка
топлива.
Помимо выбора основных блоков экспериментального стенда, в рамках
настоящей работы были решены задачи сборки инженерного образца
110
системы впрыска бинарного топлива [114] и создания датчика регистрации
точки максимума давления в цилиндре [115].
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]