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
71
T
∆
m
υ
λ
ϕ
ϕ
ϕ
датчику температуры. Значение температуры двигателя
T
определяется по
д
датчику температуры двигателя, величина подогрева рабочей смеси
определяется экспериментально для каждого типа двигателя. Время t, за
которое КВ делает полный оборот, определяется как время между
предыдущим и последующим сигналом с датчика КВ, посылаемого когда под
ним проходит реперная метка задающего диска. Длительность открытия
топливной форсунки
определяется непосредственно по длительности
t
ф
импульса поступающего на форсунку. Давление остаточных газов pr
определяется конструктивными особенностями ДВС.
При расчете используются следующие термодинамические и
кинетические параметры: коэффициент остаточных газов γ; коэффициент
наполнения цилиндра η; фактор теплоемкости K; показатель политропы
показатель характера сгорания
и полная удельная теплота сгорания
n
1
;
топлива qz. Кроме того, в расчете используются геометрические параметры
ДВС: относительный объем рабочего тела
отношению радиуса кривошипа r к длине шатуна
; параметр
n
L
; степень сжатия ε.
ш
, равный
С использованием вышеперечисленных параметров в процессе 2
происходит расчет давления в цилиндре в конце такта впуска – pa. Значение
pa передается в процесс 3, где происходит расчет термодинамической
составляющей давления в цилиндре, причем для первого шага расчета pn= pa.
Для расчета текущего значения давления в цилиндре pn используется
угол поворота КВ
поворота
в процессе 4 сравниваются с Φ
n
, определяемый по датчику КВ. Данные о текущем угле
n
, который принимается равным
lim
180o, т.е. углу поворота коленчатого вала от нижней мертвой точки (НМТ) до
верхней мертвой точки. Если
ϕ
n<Φlim
, то в процессе 5
увеличивается на ∆n,
n
принимаемый равным 1о, и расчет повторяется, а если
ϕ
≥ Φ
n
,то расчет
lim
термодинамической составляющей давления в цилиндре считается
завешенным и происходит переход в процесс 6.
p≤ p
ϕ
ϕ
∆
5. Следующий шаг
ϕ
ϕ
∆
72
НАЧАЛО
1. Ввод исходных данных
2. Расчет давления в цилиндре в конце такта впуска
3. Расчет термодинамической составляющей давления в цилиндре
9. Следующий шаг
Нет
4. Граничный угол достигнут?
ϕ
Да
6. Определение начального момента зажигания
7. Расчет кинетической составляющей давления в цилиндре
Нет
8. Давление достигнуто?
Да
12. Коррекция момента
зажигания
10.
ϕ
Да
11. Kз = 1,2
Нет
1
2
Рис. 3.3. Схема алгоритма вычисления УОЗ по методу максимального
давления
73
max-факт
факт
Нет
1
13.
ϕ
Нет
15. Расчет УОЗ
16. Адаптация для
нагрузки рассчитана?
Да
17. Адаптация УОЗ
2
Да
14. Kз = 0,8
18. Считывание с
датчиков значений
P
и
ϕ
19. Расчет адаптации УОЗ
20. |
Нет
КОНЕЦ
Да
21. Коррекция адаптации
УОЗ
Рис. 3.3. Продолжение
В процессе 6 определяется начальный момент зажигания
ϕ
, начиная от
b
которого будет рассчитываться кинетическая составляющая давления в
74
K
ν
ν
цилиндре. Для этого используется линейная функция зависимости угла
достижения максимума давления в цилиндре от угла опережения зажигания,
где коэффициенты Ku и Cu определяются для конкретного двигателя. Φ
opt
–
желаемый угол достижения максимума давления, устанавливаемый в
зависимости от конструктивных особенностей двигателя в некотором
диапазоне после ВМТ, например 10o.
Рассчитанный в процессе 6 угол
угла
ϕ
в процессе 7 – «Расчет кинетической составляющей давления». Расчет
n
давления в цилиндре p
выполняется с учетом выгорания топлива с
n+1
ϕ
используется в качестве начального
b
использованием полуэмпирической формулы Вибе (2.17).
Кроме того, в расчете используется фактор теплоемкости
относительный текущий объем рабочего тела на данном шаге расчета
следующем шаге
. Данные о текущем давлении передаются в процесс 8,
1+n
где сравниваются с давлением на предыдущем шаге и в случае p
n
n+1
и
и на
> pn
расчет продолжается после увеличения угла поворота коленвала в процессе 9
на величину ∆m, принимаемую равной 1о. В случае, если p
n+1
< pn,
максимальное давление считается достигнутым. Максимальному давлению
соответствует угол поворота коленвала
В процессе 10 определяется достижение угла
целевого диапазона Φml, устанавливаемой на 5о раньше Φ
достигнут, то в процессе 11 задается коэффициент коррекции
рассчитанного в процессе 6 начального момента зажигания
ϕ
n-1
.
ϕ
низшей границы
n-1
, и, если он не
opt
K
для
3
ϕ
, после чего в
b
процессе 12 выполняется коррекция момента зажигания, а затем расчет
давления повторяется, начиная с процесса 7. Если условие процесса 10 не
выполняется, то в процессе 13 происходит проверка достижения угла
высшей границы целевого диапазона Φmh, равной Φ
+5. В случае
opt
ϕ
n-1
превышения верхней границы в процессе 14 выбирается соответствующий
для данной ситуации коэффициент коррекции
зажигания
ϕ
и расчет кинетической составляющей давления в цилиндре
b
K
начального момента
3
75
повторяется, начиная с процесса 7. В случае попадания
ϕ
в целевой
n-1
диапазон, в процессе 15 производится вычисление угла опережения
зажигания, соответствующего углу достижения максимума давления
ϕ
n-1
Затем в процессе 16 выполняется проверка наличия адаптации для данной
нагрузки P0. Если адаптация уже рассчитана, то в процессе 17 выполняется
коррекция угла опережения зажигания с учетом значения адаптации α(P0) и
алгоритм переходит к процессу 18. В противном случае выполняется переход
к процессу 18 и считывание фактического максимума давления P
max-факт
с
датчика давления в цилиндре двигателя и соответствующего ему угла
поворота коленвала
ϕ
с датчика поворота коленвала без расчета
факт
адаптации УОЗ. Полученные в процессе 18 данные передаются в процесс 19
для расчета текущей адаптации α(p0)’. При этом значение ∆ определяется как
.
разница между
ϕ
n-1
и
ϕ
. Полученное значение текущей адаптации α(p0)’
факт
сравнивается с полученным в прошлом значением адаптации α(p0) в процессе
20. Если различие превышает ∆α, равное 3о, то значение текущей адаптации
присваивается значению адаптации в процессе 21 и алгоритм завершается.
Если различие между текущей адаптацией α(p0)’ и адаптацией α(p0) не
превышает ∆α, алгоритм завершается без коррекции адаптации.
Данный алгоритм лег в основу патента РФ на изобретение «Система
зажигания двигателя» [92] и патента на полезную модель «Система
зажигания двигателя» [93]. Кроме того, по приведенному алгоритму была
составлена программа для ЭВМ, на которую получена свидетельство о
государственной регистрации [94].
3.3. Разработка способа устранения детонации с помощью
бинарного топлива
Различные октановые числа компонентов бинарного топлива
обуславливают возможность изменения октанового числа результирующей
смеси путем вариации долей бензина и сжиженного газа. В общем случае
76
итоговое октановое число смеси различных топлив рассчитывается по
формуле (3.1) [95].
(3.1)
где P – октановое число бензина;
LPG – октановое число сжиженного газа;
x – доля сжиженного газа в бинарном топливе ( %/100).
Если принять, что для товарного бензина в РФ октановое число по
исследовательскому методу составляет 92, 95 или 98, а для сжиженного газа
110 [96], то диапазон изменения детонационной стойкости бинарного
топлива довольно широк (см. таб. 3.1).
Таблица 3.1
Детонационная стойкость бинарного топлива различных составов
L 90/10 80/20 70/30 60/40 50/50
ОЧ* 93,8 95,6 97,4 99,2 101
ОЧ** 96,5 98 99,5 101 102,5
Примечание – * для бензина АИ-92 и сжиженного газа «Пропан-бутан
автомобильный»; * для бензина АИ-95 и сжиженного газа «Пропан-бутан
автомобильный».
Таким образом, при возникновении детонации в двигателе,
оборудованном системой подачи бинарного топлива возможно увеличение
детонационной стойкости топлива путем увеличения доли сжиженного газа в
бинарной топливной смеси. Такой подход позволяет поддерживать точку
максимума давления в необходимом целевом диапазоне, что невозможно при
использовании традиционных подходов обработки детонации, связанных с
уменьшением УОЗ [97, 98].
77
Известно, что на вероятность возникновения детонационного сгорания
влияют как конструктивные особенности двигателя, так и текущие условия
его работы [14]. К первым относятся:
1) степень сжатия;
2) форма камеры сгорания и расположение;
3) размер и число цилиндров;
4) материал головки цилиндров и поршня и т.п.
Условия работы ДВС, влияющие на детонацию:
1) ранний угол опережения зажигания;
2) состав рабочей смеси;
3) нагрузка двигателя;
4) число оборотов коленчатого вала.
Все вышеперечисленные факторы можно учесть и при определении
УОЗ и заранее, в случае увеличения вероятности возникновения детонации,
предложить состав смеси с увеличенной детонационной стойкостью.
Конструкция ДВС является постоянной и не меняется во времени.
Поэтому ее можно учесть статической поправкой состава топлива ∆L.
Рабочие условия двигателя изменяются постоянно и для их обработки
необходима динамическая поправка. Из вышеперечисленных факторов
наиболее приоритетными являются число оборотов КВ и нагрузка на
двигатель. Поэтому предложено связать частоту вращения коленчатого вала,
нагрузку на двигатель и состав бинарного топлива с помощью матриц, общий
вид которых представлен на рис. 3.4.
78
MIN
100%
ХХ МАХ
Обороты
0,4 0,4 0,3 0,2 0,1 0
0,4 0,3 0,2 0,1 0
0,3 0,2
Cостав L
0,2 0,1
Нагрузка
0,1 0
0
Рис. 3.4. Матрица состава бинарного топлива от оборотов и нагрузки
По вертикали матрицы откладывается нагрузка (0-100 %), по
горизонтали – обороты (ХХ-RPM
). На пересечении нагрузки и оборотов
max
заносится состав бинарного топлива L в виде доли газа с точностью до
десятых (из расчета доля_бензина+доля_газа=1). Размер матрицы
определяется характеристиками блока управления двигателем.
Матрица инициализации D
используется в качестве источника
ini
начальных данных о составе топлива, без учета возможных адаптаций.
Матрица Dy – источник текущих составов топлива, изменяющийся в процессе
работы двигателя по описанному далее алгоритму. Матрица D
содержит
lim
максимально возможную долю сжиженного газа для данных условий, больше
которой алгоритм обработки детонации количество сжиженного газа не
увеличивает.
Общий вид алгоритма 2-уровневой обработки детонации и данных
процедур с алгоритмом расчета угла опережения зажигания представлен на
рис. 3.5.
79
(
см. разд. 3.2.2)
НАЧАЛО
1. Установка
прогнозного L
2. Расчет УОЗ
3. Детонация
зафиксирована?
Нет
КОНЕЦ
Да
4. Запуск процедуры
2-уровневой обработки
детонации
Рис. 3.5. Общая схема алгоритма 2-уровневого способа обработки детонации
В начале, в процессе 1 выполняется установка прогнозного
соотношения бензина и сжиженного газа, занесенного в матрицу Dy для
текущих значений скорости вращения коленчатого вала и нагрузки на
двигатель. Для выбранного значения L в процессе 2 рассчитывается угол
опережения зажигания, обеспечивающий достижение максимума давления в
цилиндре в целевом диапазоне поворота КВ [Φml, Φmh]. Далее в процессе 3
проверяется наличие флага детонации, и при ее обнаружении управление
передается процессу 3, в котором выполняется двухуровневая процедура
обработки детонации. Если детонация зафиксирована не была, то алгоритм
завершается.
Процесс 1 на рис. 3.5 детализируется алгоритмом, представленным
далее (рис. 3.6).
НАЧАЛО
1. Считывание
датчиков
2. Выбор значения L из
КОНЕЦ
Рис. 3.6. Схема алгоритма установки прогнозного соотношения
«бензин/сжиженный газ»
80
В начале, в процессе 1 выполняется обновление переменных rpm
(скорость вращения коленчатого вала) и load (нагрузка на двигатель)
текущими значениями. Они передаются в процесс 2, где в соответствии с
полученными значениями выбирается параметр L из матрицы текущих
значений состава бинарного топлива Dy. Далее выполняется расчет УОЗ для
выбранного состава топлива.
После установки прогнозного значения L и расчета УОЗ,
обеспечивающего достижение максимума давления в целевом диапазоне при
установленном L, выполняется проверка флага детонации и, при наличии, его
обработка по алгоритму, приведенному на рис. 3.7.
НАЧАЛО
Да
2. Задействовать
I уровень:
увеличить
1. Проверка состава
КОНЕЦ
Нет
2. Задействовать
II уровень:
адаптация УОЗ
Рис. 3.7. Схема алгоритма выбора типа воздействия для обработки детонации
В процессе 1 выполняется сравнение текущего используемого значения
состава топлива из матрицы значений с максимально возможным значением
L из матрицы ограничений D
. Если текущее L не превышает максимальное,
lim
то задействуется I-й уровень устранения детонации (процесс 2). Данный
уровень предполагает увеличение доли высокооктанового сжиженного газа в
бинарном топливе для увеличения результирующей детонационной
стойкости смеси. Если предел увеличения доли сжиженного газа достигнут, а
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]