БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ

<< ГЛАВНАЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

загрузка...

Pages:     | 1 |   ...   | 25 | 26 ||

«МАТЕРИАЛЫ ВОСЬМОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Перспективные системы и задачи управления Таганрог 2013 Конференция “Перспективные системы и задачи управления” УДК 681.51 ...»

-- [ Страница 27 ] --

Давление и температура рабочего тела в цилиндре ДВС являются основными переменными, определяющими эффективность процесса сгорания топливновоздушной смеси (ТВС). Индикаторная диаграмма давления при работе двигателя Информационно-измерительные системы, навигация и наведение несет в себе множество информации, определяет эффективность преобразования энергии. Важным параметром на индикаторной диаграмме является положение пика давления (ППД) в рабочем такте. Положение пика давления, это момент, в который достигается максимальное давление, привязанный к углу поворота коленчатого вала.

Если давление начинает нарастать слишком рано (до достижения ВМТ), оно противодействует движению поршня. Наибольшие давления дают наибольшие температуры, что также снижает разность внутренних энергий между реагентами и продуктами сгорания, что снижает КПД. Слишком позднее начало роста давления приводит к тому, что работа, производимая рабочим, телом теряется в процессе фазы расширения. Оптимальным ППД является величина, зависящая от конструктивных параметров двигателя, числа цилиндров, конфигурации кривошипа и цилиндропоршневой группы. Для большинства стандартных, рядных, четырехтактных двигателей, этот параметр находится в пределах 10…15 градусов поворота коленчатого вала после ВМТ 2.

Квадратичную зависимость 1, представляющую собой идеализированное соотношение между ППД и выходным моментом,можно записать как 1 :

где – максимальный крутящий момент, – положение пика давления, соответствующее максимальному крутящему моменту (КМ), С – коэффициент, определяемый экспериментально.

Связь среднеквадратичных изменений крутящего момента со среднеквадратичными изменениями положения пика давления можно записать в виде функциональной зависимости где d – текущее отклонение ППД от оптимального значения, с – коэффициент, определяемый экспериментально. Влияние изменений ППД от цикла к циклу на КМ меньше всего в ситуации, когда ППД удерживаются обратной связью в оптимальном положении (d = 0), что наглядно изображено на рис. 1.

Рис. 1. Идеализированная зависимость КМ от ППД В случае (а) изменения ППД происходят вблизи оптимально значения (в области максимума КМ), изменения КМ (а1) минимальные. В случае (б) средние положения пика давления далеки от оптимального, крутящий момент гораздо меньше, а изменения крутящего момента при тех же отклонениях положения пика давКонференция “Перспективные системы и задачи управления” ления – гораздо больше (б1). Соответственно, если двигатель не сохраняет оптимальное ППД, то это приводит не только к снижению крутящего момента, но и к увеличению разброса КМ от цикла к циклу, и может привести к жесткой работе двигателя, и далее к детонации. Это отрицательно влияет на качество управления ДВС и общую управляемость автомобиля.

Даже при работе стендового двигателя, при постоянных управляющих воздействиях и нагрузке, разброс ППД от цикла к циклу может составлять порядка градусов угла поворота КВ. В соответствии с формулами (1,2), при правильном выборе рабочей точки положения ППД, указанный разброс значений ППД не приведет к значительным изменениям КМ. Следовательно, задачей системы управления (СУ является удержание ППД в некоторой области значений, близких к оптимальному. При этом будет получен средний КМ очень близкий к максимально возможному.

Одной из трудностей индицирования давления во время рабочего процесса является сложность доступа в камеру сгорания. Существует несколько подходов для решения данной задачи. Основными на сегодняшний день являются: внесение конструктивных изменений в головку двигателя (дополнительных отверстий для датчиков), интеграция датчика со свечой зажигания, размещение в шайбе под свечу зажигания, а также в прокладке головки блока цилиндров. Учитывая специфику исследования, было принято решение применить датчик давления, интегрированный со свечей зажигания.

Примером такого датчика является измерительная свеча « istler Model 6117 » выпускаемая фирмой « istler» 3. Измерительная свеча предназначена для использования в бензиновых двигателях. Внешний вид измерительной свечи представлен на рис. 2.

Рис. 2. Измерительная свеча «Kistler Model 6117B»

Существующие датчики давления, встроенные в свечу зажигания имеют следующие недостатки: недолговечность, изменение характеристик чувствительного элемента в ходе эксплуатации, чувствительность к электромагнитным помехам, вибрациям, большая температурная ошибка, высокая стоимость. Большинство из Информационно-измерительные системы, навигация и наведение этих недостатков связано с жесткими условиями работы датчика в камере сгорания двигателя, к которым можно отнести высокие давление и температуру, работа в химически активной среде. В условиях высокого давления и температуры датчик давления может выйти за пределы допустимой погрешности, возможно разрушение чувствительного элемента датчика давления. Использование высокотемпературных датчиков давления не всегда возможно из-за их высокой стоимости и малой распространённости.

От описанных недостатков можно избавиться путем выноса чувствительного элемента за пределы камеры сгорания. Для этого можно использовать так называемую импульсную трубку, представляющую собой металлическую трубку.

На боковой поверхности трубки, одним концом подключенной к источнику давления, а другим – к датчику, происходит рассеивание тепла, так что температура среды, поступающей к датчику, оказывается ниже верхней границы диапазона рабочих температур датчика. Вследствие этого разброс показаний датчика, вызванный температурной ошибкой, уменьшается, срок службы чувствительного элемента возрастает, появляется возможность применять наиболее дешевые элементы при изготовлении датчика.

Использование импульсной трубки требует решения следующих задач: расчет необходимой длины трубки, расчет возмущений, вносимых трубкой.

Расчет необходимой длины трубки при некоторых допущениях можно свести к известной в теории теплотехники задаче расчета теплопроводности стержня с постоянным сечением [4.

На одном конце трубки поддерживается постоянная температура То. Теплота с боковой поверхности трубки отводится в окружающую среду с неизменной температурой Т1. Если длина трубки L значительно превышает её диаметр, то можно пренебречь теплоотдачей с торца трубки (где подключен датчик).

Тогда задача становится одномерной, то есть температура меняется только по длине трубки и остается постоянной по сечению, в этом случае распределение температуры Т(х) по длине трубки описывается выражением 3.

– коэффициент теплопроводности материала трубки, Вт/м, – коэффициент теплоотдачи с боковой поверхности трубки, Вт/м2 D – диаметр трубки, м.

Для трубки конечной длины (L = х) выражение (3) упрощается 4 :

Из выражения (4) можно получить искомое значение длины L, решая (4) как квадратное уравнение относительно Y=еmL 5.

может быть вычислено по формуле:

Уравнение (5) имеет два корня, однако один из них ( 2 1 следует отбросить, так как при логарифмировании он даст отрицательное значение длины L. Окончательно длина трубки будет определяться выражением:

Конференция “Перспективные системы и задачи управления” Для расчета длины трубки остается определить множитель.

Коэффициент теплопроводности определяется по справочным данным для конкретного материала трубки. Коэффициент теплоотдачи определяется как сумма коэффициентов конвективной и лучистой теплоотдачи:

Коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от скорости потока воздуха, обдувающего трубку, диаметра трубки и теплофизических характеристик воздуха. В общем случае выражение для определения коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности при поперечном обдувании потоком воздуха и ламинарном режиме движения воздуха можно записать как 4 :

где – коэффициент теплопроводности отработавших газов – поправочный коэффициент, учитывающий направление воздушного потока к оси трубки;

Re – число Рейнольдса. Поскольку трубка датчика располагается в свечном колодце, где движение воздуха очень мало, то Re и практически могут быть приняты в соответстви с условиями естественной конвекции. Коэффициент лучистой теплоотдачи зависит от температуры воздуха и температуры поверхности трубки, а также от степени черноты её поверхности [5 :

– коэффициент излучения абсолютно черного тела, Со = 5.67 Вт/м2•град коэффициент, учитывающий степень черноты поверхности трубки: для окисленной стальной трубки, для медных трубок или трубок из нержавеющей стали В выражении (7) присутствует температура поверхности трубки Тп. Эта величина является переменной по длине трубки и изменяется от Т0 до Т L. Для упрощения расчетов используем среднюю температуру:

В результате получены все необходимые соотношения для определения длины импульсной трубки. После произведенных расчетов оптимальная длина трубки выбрана 20 сантиметров. Материал трубки – сталь. Геометрические размеры разработанного датчика указаны на рис. 3.

Импульсная трубка вносит в сигнал датчика возмущения, такие как запаздывание по времени и изменение амплитуды сигнала. Характер возмущений, вносимых импульсной трубкой, можно определить по законам газодинамики. Исследование возмущений, вносимых импульсной трубкой произведено при помощи «SolidWorks Flow Simulation», являющимся модулем гидрогазодинамического анализа в среде «SolidWorks». Пример результатов моделирования работы датчика приведен на рис. 4.

На рис. 5 показана индикаторная диаграмма давления в цилиндре работающего двигателя в ситуации с благоприятным развитием процесса сгорания ТВС.

Процесс нарастания и спада давления носит плавный характер, отсутствуют локальные всплески давления с большой амплитудой. Работа двигателя мягкая, КПД и КМ близки к максимальным значениям.

Информационно-измерительные системы, навигация и наведение Рис. 3. Геометрические размеры разработанного датчика давления Рис. 4. Моделирование датчика в «SolidWorks Flow Simulation»

Результаты расчетов и моделирования проверены на стендовом двигателе при помощи диагностического комплекса Moto oc II.

Конференция “Перспективные системы и задачи управления” Рис. 5. Индикаторная диаграмма при нормальном горении Более резкое нарастание фронта давления, с одновременным увеличением максимального его значения, как это показано на рисунке 6, приводит к жесткой работе двигателя. Такой характер развития процесса горения ТВС позволяет сделать вывод о неоптимальных управляющих воздействиях.

Рис. 6. Индикаторная диаграмма при жесткой работе двигателя Наибольшие нарушения процесса нормального сгорания ТВС приводят к возникновению детонации. Индикаторная диаграмма при появлении детонации приведена на рис. 7. На диаграмме можно наблюдать появление дополнительных Информационно-измерительные системы, навигация и наведение всплесков давления значительной амплитуды. Такая ситуация требует оперативного изменения управляющих воздействий, поскольку работа ДВС в детонационных режимах уменьшает рабочий ресурс двигателя и может приводить к его поломке.

Рис. 7. Индикаторная диаграмма при возникновении детонационного горения Заключение. Разработан датчик давления, интегрированный со свечей зажигания. Датчик позволяет оценить давление в цилиндре во время рабочего такта ДВС. Особенностью датчика является применение импульсной трубки. Импульсная трубка позволяет вынести чувствительный элемент датчика за пределы камеры сгорания цилиндра. Такое решение облегчает тепловой режим работы чувствительного элемента, увеличивает срок его службы, уменьшает температурную ошибку и позволяет использовать более дешевые и распространенные элементы при проектировании и изготовлении датчика давления, чем у существующих аналогов. Разработанный датчик можно применять в составе адаптивных систем управления ДВС, а также в составе комплексов диагностики двигателей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Powell J.D. n ine Control Usin C linder Pressure: Past, Present, and uture, ASM. o na ic S ste s, Measure ent, and Control. – une 1993. – Vol. 115. – P. 343-350.

2. Береснев М.А. Алгоритм расчета угла опережения зажигания для достижения максимального давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания в целевом диапазоне // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. – № 3 104. – С. 232-240.

3. Measurin Spar Plu with Inte rated C linder Pressure Sensor. [Электронный ресурс].

– Режим доступа: www. istler.co ediaaccess 000-697e-08.11.pd 4. Справочник по тепломассообмену. Теплофизический эксперимент. – М.: Наука,1982.

5. Расчет потерь неизолированными трубопроводами при надземной прокладке.



Pages:     | 1 |   ...   | 25 | 26 ||
 


Похожие материалы:

«3 Генеральный секретариат IRU 14 Организации-партнеры IRU 18 Автомобильный транспорт 19 Приоритетные задачи IRU: устойчивое развитие 20 Безопасность дорожного движения 20 Инновации 21 Академия IRU 26 Система стимулирования 30 Инфраструктура 32 Приоритетные задачи IRU: содействие развитию торговли, туризма и автотранспорта 34 Общий контекст и вопросы, связанные с торговлей 34 Содействие автомобильным перевозкам и вопросы безопасности 38 4-я Конференция IRU по автотранспортным перевозкам ...»

«08 основные операции 09 Агентство по распределению номеров Интернета 10 Группа DNS 10 Информационные технологии 10 Группа обеспечения безопасности 12 инициативы 13 Новые gTLD 13 Обзор Утверждения обязательств 15 Глобальное сотрудничество 15 Многоязычные доменные имена 16 Оценка строки IDN ccTLD 17 Программа грантов 17 Общественные конференции ICANN 18 Участие и привлечение 18 Программа для новичков ФотограФия на обложкЕ 19 консультативные советы и вспомогательные организации Члены совета ...»

«ИНТЕРВЬЮ с. 6–7 Дик Ватика: Расизм сдерживает развитие СОЦИАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ с. 26 Новый этап в программе ЮНЕСКО МОСТ ДОСЬЕ с. 12–23 Молодежь создает завтрашний мир www.unesco.org/shs/views 2 Июнь/сентябрь 2007 ОТ РЕДАКЦИИ 17 Повышение роли молодежи – путь к устойчивому развитию Жить и видеть ту зарю – блаженство, но быть молодым – это ...»

«ОБМЕН МНЕНИЯМИ с. 5–8 Нужа Гессу Идрисси и Саадия Бельмир ДОСЬЕ с. 13–20 Давайте СОЦИАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ с. 22 пофилософствуем! Проблемы африканской миграции ...»






 
© 2013 www.kon.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»