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
111
Таблица 4.5
Технические характеристики контроллера LM-01
Параметр Размерность Значение
Максимальное количество
16
каналов
Разрешение пакета бит 10
Скорость передачи бит/с 19,2
Скорость записи мсек/пакет 81,82
ISO 157650 (CAN),
J1850PWM,
Поддерживаемые протоколы
J1850VPW, ISO
9141, ISO 14230
(KWP2000)
Windows 98, ME,
Поддерживаемые ОС
2000, XP, Vista
Версия протокола USB 2,0
Система подачи бинарного топлива была реализована на основе
газового оборудовании ELPIGAS IV поколения, установленного на
автомобиль ВАЗ 21108М. При этом штатный блок управления ELPIGAS был
отключен, а газовые форсунки были соединены с выходами 5 и 17
инженерного блока управления Январь 5.1, в котором использовалось
специально программное обеспечение j5TRS, позволяющее задействовать 8
форсунок. Таким образом удалось добиться согласованной подачи бензина и
газа. Газовые форсунки работали в попарно-параллельном режиме и были
подобраны таким образом, чтобы обеспечить схожую с бензиновыми
статическую и динамическую производительность. Необходимый состав
бинарного топлива устанавливался как соотношение времени открытия
газовых и бензиновых форсунок. Эта характеристика задавалась для всех
112
оборотов вращения КВ при полном нажатии на педаль газа, что позволяло
снимать внешнюю скоростную характеристику для выбранного состава
топлива и использовать штатные режимы работы при частичном
дросселировании (при подготовке к замерам).
Датчик для определения точки достижения максимума давления в
цилиндре был собран из свечи зажигания и тензодатчика, установленных в
специальном корпусе. Предложенный датчик увеличивает объем камеры
сгорания на 0,06 см3. Для камеры сгорания двигателя автомобиля ВАЗ
21108M (1.8 л.), объем которой составляет 38 см3, увеличение объема
составляет 0,16 % и им можно пренебречь. Предложенная конструкция
датчика вследствие собственного объема вносит задержку при снятии
показаний. Данная задержка рассчитывается по формуле (4.1):
(4.1)
где S – длина канала датчика;
k – показатель адиабаты;
R – газовая постоянная;
T – температура в камере сгорания.
При расчетах d для длины датчика 20 см, показателя адиабаты 1,38,
температуры в камере сгорания 2500 К и оборотов КВ 5000 об/мин, задержка
равна 1,32 ° по КВ, что является незначительным. При снижении оборотов
задержка еще больше снизится, и не внесет значительной погрешности в
измерения.
Схема стенда, составленного из описанных выше компонентов,
представлена на рис. 4.3.
113
1
2
3
4
5
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
20
воздух
6
19
18
7
ОГ
сжиженный газ
21
22
Рис. 4.3. Схема экспериментальной установки
На рис. 4.3 использованы следующие обозначения: 1 – пульт
управления комплекса измерения мощности LPS 3000; 2 – метеостанция,
измеряющая давление, температуру и влажность окружающей среды; 3 –
роликовый агрегат R101; 4 – датчик температуры воздуха, поступающего во
впускной коллектор; 5 – газовый редуктор; 6 – газовые форсунки; 7 –
бензиновые форсунки; 8 – свеча зажигания, совмещенная с датчиком
регистрации точки максимума давления в цилиндре; 9 – датчик давления
Quantex 16/100 атм; 10 – высоковольтный провод; 11 – синхродатчик
Motodoc; 12 – мотортестер Motodoc II; 13 – модуль зажигания; 14 –
широкополосный датчик кислорода Innovate; 15 – инженерный ЭБУ на базе
Январь 5.1; 16 – контроллер LM–01; 17 – разъем OBD II; 18 – K–line адаптер;
19 – ПО Motodoc; 20 – ПО Injector online; 21 – ПО Innovate Logworks; 22 –
баллон со сжиженным газом.
114
Для проведения экспериментов по исследованию зависимости
показателей ДВС от состава бинарного топлива, стенд использовался в такой
комплектации, как показано на рис. 4.3. При испытаниях предложенного
алгоритма расчета углов опережения зажигания, состав стенда незначительно
менялся: отключался контроллер 16 и адаптер 18, вместо последнего
подключался сканер ScanDoc.
Испытания разработанного метода управления двигателем при работе
на бинарном топливе проходили следующим образом. Автомобиль ВАЗ
21108M с системой впрыска бинарного топлива и заданным соотношением
бензин/сжиженный газ устанавливался на стенд LPS 3000 1. К автомобилю
подключался датчик температуры поступающего во впускной коллектор
воздуха 6, кроме того, посредством метеостанции 2 проводилось измерение
температуры, давления и влажности окружающей среды. Затем соотношение
воздух/топливо приводилось к стехиометрическому. Для этого выполнялись
настроечные заезды, во время которых использовалось ПО Injector online 20,
определявшее фактический коэффициент избытка воздуха с помощью
контроллера LM-01 16 и установленного в выпускной коллектор
широкополосного датчика кислорода 14. Коэффициент избытка воздуха
дополнительно контролировался программой Logworks 21. Фактическое
отношение воздух/топливо затем сравнивалось программой с желаемым
значением для данной режимной точки, и, в случае расхождения, количество
топлива корректировалось модификацией таблиц «Базовое цикловое
наполнение» и «Поправка ЦН» в программном обеспечении j5TRS
инженерного блока управления двигателем 15. Поправки вносились в режиме
реального времени с помощью высокоскоростного K-line адаптера 18,
подключенного к OBD-разъему 17. Следует отметить, что поправки были
незначительные, поэтому было решено не менять названия составов
бинарного топлива и для простоты восприятия оставить «целые» цифры
(L=20/80, 40/60 и т.д.).
115
По достижении высокой степени сходства желаемого коэффициента
избытка воздуха с действительным, выполнялось снятие внешней скоростной
характеристики для установленного состава L. При этом программой
Motodoc 19 записывались данные с датчика индикации давления в цилиндре,
который был подключен к мотортестеру 12 с помощью датчика давления
Quantex 9. Датчик 11, подключенный к высоковольтному проводу 10,
обеспечивал синхронизацию данных по давлению с процессом работы
двигателя.
Описанная процедура повторялась для каждого исследуемого состава
бинарного топлива.
При испытаниях алгоритма расчета углов опережения зажигания,
обеспечивающих достижение максимума давления в цилиндре в целевом
диапазоне, использовался автомобиль Лада Калина 1119 с двигателем 1,6 8v
в штатной комплектации. При этом к нему не подключался датчик
индикации давления и контроллер LM-01, а разъем 17 использовался
сканером ScanDoc для мониторинга параметров работы ДВС. Автомобиль
устанавливался на мощностной стенд и проводился замер мощности и
крутящего момента при использовании заводских углов опережения
зажигания. Затем углы для режимных точек, соответствующих максимальной
нагрузке, заменялись на модифицированные, рассчитанные по
предлагаемому алгоритму, и выполнялся повторный замер мощности и
крутящего момента двигателя.
Для проверки корректности расчета термодинамической составляющей
в разработанной математической модели в цилиндр автомобиля ВАЗ 21108М
вместо свечи зажигания устанавливался датчик давления Quantex 16 Атм,
после чего коленчатый вал проворачивался, а полученная при этом
диаграмма давления сохранялась в программном обеспечении Motodoc c
помощью мотортестера.
116
4.2. Анализ результатов проверки алгоритма расчета УОЗ
Верификация предлагаемого алгоритма, обеспечивающего достижение
точки максимума давления в цилиндре расчетом соответствующего угла
опережения зажигания, выполнялась в два этапа. Сначала были проведены
измерения значений давления в цилиндре без поджога топливно-воздушной
смеси и их сравнение со значениями термодинамической составляющей,
рассчитанной согласно разработанной модели. Затем сопоставлялись
графики мощности и крутящего момента двигателя при использовании
заводских углов опережения зажигания и углов, рассчитанных по
предлагаемому алгоритму.
Для проверки результатов расчета термодинамической
составляющей с помощью датчика давления 16 атм Quantex и мотортестера
Motodoc II с автомобиля Лада Калина (1,6 8v) были сняты графики давления
в цилиндре без воспламенения топлива. При оборотах коленчатого вала 1278,
1500 и 3015 об/мин значения давления составили 8,04, 12,29 и 15,48 атм.
соответственно. Параметры испытуемого двигателя, поступающего воздуха,
топлива и условия окружающей среды были введены в программу,
реализующую описанную в гл. 2 математическую модель, после чего была
рассчитана термодинамическая составляющая давления для тех же оборотов
коленчатого вала. При моделировании значения давления для 1278, 1500 и
3015 об/мин составили 8,24, 12,4 и 15,29 атм. соответственно. Полученные в
ходе эксперимента и в результате расчетов данные представлены на рис. 4.4
и, в целом, соответствуют друг другу. Различия в значениях давления не
превышают 2,5 %, что подтверждает правильность процедуры расчета
термодинамической составляющей давления.
117
а б
Рис. 4.4. Результаты измерения давления в цилиндре (а) и расчет давления по
предлагаемому алгоритму (б)
В ходе проверки рассчитанных по предлагаемому алгоритму углов
опережения зажигания снимались внешние скоростные характеристики ДВС
с различными наборами УОЗ. При использовании заводских углов
опережения зажигания было выявлено непопадание момента максимального
давления в целевой диапазон. Особенно это заметно в промежутке от 1800 до
2800 об/мин. Характерный сравнительный пример осциллограмм давления
при 2000 об/мин приведен на рис. 4.5. При обработке данных было выявлено,
что в данной режимной точке при заводском значении УОЗ=20°, точка
максимального давления в цилиндре выходит из целевого диапазона на 24°
(рис. 4.5,а).
На рис. 4.5,б показана осциллограмма давления в той же самой
режимной точке, но при использовании УОЗ, рассчитанного по
предлагаемому алгоритму. При этом угол опережения зажигания был равен
30°, а точка максимального давления отстоит от ВМТ на 10о т.е. находится в
целевом диапазоне 8-14° после ВМТ, что косвенно подтверждает
правильность расчета кинетической составляющей давления в
математической модели. Сравнение двух осциллограмм показывает, что
максимальное давление в цилиндре при использовании заводского угла
опережения зажигания p
(2) ниже, чем максимальное давление,
max
118
а б
достигнутое при использовании алгоритма p
(1).Следовательно, ниже будет
max
и работа цикла.
p, атм
ВМТ
24
φ=38
целевой
φ, °пКВ
НМТ
p
p
max
max
p, атм
(1)
(2)
целевой
φ=10
ВМТ
Рис. 4.5. Осцилограммы давления в цилиндре при расчете УОЗ по методу
диаграмм (а) и по предлагаемому алгоритму (б)
φ, °пКВ
НМТ
Полученные в результате эксперимента кривые мощности и крутящего
момента приведены на рис. 4.6 и 4.7. Сплошной линией обозначены графики,
соответствующие заводским установкам, а точками обозначены графики,
полученные при расчете УОЗ по предлагаемому алгоритму.
На рис. 4.6 видно, что использование алгоритма дало некоторое
увеличение крутящего момента во всем диапазоне оборотов вращения
коленчатого вала. Хотя прирост максимального значения составил скромные
1,5 %, в области малых и средних оборотов (1800-2800 об/мин) увеличение
составило до 11,6 %. Максимальная разница значений крутящего момента
наблюдалась в диапазоне 2100-2400 об/мин и составляла свыше 12 Нм.
119
Рис. 4.6. Сравнение крутящего момента при использовании заводских углов
опережения зажигания (линия) и рассчитанных по предлагаемому алгоритму
(точки)
Графики мощности, приведенные на рис. 4.7, повторяют тенденции,
отмеченные при рассмотрении кривых крутящего момента. Максимальное
значение мощности при использовании алгоритма (81,95 л.с.) на 0,9 %
больше максимальной мощности с заводскими УОЗ (81,22 л.с.)
Рис. 4.7. Сравнение мощности при использовании заводских углов
опережения зажигания (линия) и рассчитанных по предлагаемому алгоритму
(точки)
120
Однако в диапазоне средних оборотов прирост мощности более
значительный и составляет до 11,3 %. С 2200 до 2400 об/мин прибавка
составила более 4 л.с.
Результаты эксперимента позволяют заявить об эффективности
предложенного алгоритма расчета углов опережения зажигания. Показатели
мощности и крутящего момента при его использовании увеличиваются.
Кроме того, полученные экспериментальные данные согласуются с данными
моделирования, что свидетельствует о корректности разработанной модели.
Это позволяет предположить, что спрогнозированное при моделировании в
гл. 3 уменьшение удельного расхода топлива также подтвердится
экспериментально.
4.3. Анализ результатов проверки схемы регулирования
состава бинарного топлива
В соответствии с описанной в гл. 3 схемой регулирования, в режиме
частичных нагрузок используется бинарное топливо состава 20/80, на
средних нагрузках состав меняется от 30/70 до 50/50, а при высоких
нагрузках применяется мощностное соотношение 60/40.
В эксперименте было исследовано 5 составов бинарной топливной
смеси: 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 и 40/60. Все составы, кроме 80/20,
используются в схеме регулирования, и снятие характеристик ДВС при их
использовании было необходимо для подтверждения результатов
моделирования. Соотношение 80/20 в схеме не используется, но было
исследовано для лучшего понимания особенностей горения бинарных
смесей, близких к граничным составов. К сожалению, соотношение L=20/80
проверить не удалось по техническим причинам, однако данные по другим
составам позволяют с достаточной точностью спрогнозировать его
результаты.
На рис. 1.8 приведены графики крутящего момента при использовании
бинарного топлива состава 80/20. Дополнительно, в качестве опорных,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]