Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработчикам автомобильных двигателей хорошо известно, что идея создания автомобильного поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с автоматическим управлением фазами газораспределения, путем изменения фазовых состояний впускных и выпускных клапанов, является исключительно плодотворной идеей. При замене жесткого механического привода клапанов на электронно-управляемый привод с целью внедрения автоматического управления процессами газораспределения, открываются новые перспективы дальнейшего совершенствования поршневых двигателей по показателям развиваемой мощности, топливной экономичности и экологии. В середине 80-х годов автомобильные фирмы западных стран начали развивать исследования по созданию новых моделей поршневых ДВС с электронным управлением процессами газораспределения. Наиболее успешно над решением этих задач работали и продолжают работать инженеры и ученые немецких фирм BMW AG и FEV MT. Аналогичные исследования ведутся и в других странах: Японии («Mitsubishi»), Италии («Fait»), США («Ford»), Швеции («Volvo»), России (АвтоВАЗ, ФГУП НАМИ, МАДИ, РУДН). После внедрения в практику новых международных стандартов ОВD-II (On Board Diagnostik - II) и ЕОВD (European On Board Diagnostik – III. 2010 год) требования к понижению концентрации токсичных компонентов в отработавших газах автомобильных двигателей значительно возросли и были закреплены законодательно. При этом требования к повышению топливной экономичности ДВС также стали более жесткими. Теперь все проблемы, связанные с разработкой новых более совершенных автоматических систем управления процессами газораспределения в бензиновых поршневых ДВС, стали особенно актуальными.
Целью работы является: разработка методов и средств электронного автоматического управления фазами и высотой хода впускных клапанов поршневого двигателя, в газораспределительном механизме которого применен поворотно-плавающий распределительный вал.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
теоретическое исследование газораспределительного механизма поршневого двигателя с жестким распределительным валом, как объекта
автоматического управления;
критический анализ отечественных и зарубежных разработок по электронным системам автоматического управления фазами газораспределения, сведения о которых опубликованы в открытой научно-технической и патентной литературе;
разработка теоретических основ инженерного проектирования автотронной системы автоматического управления фазами клапанов (АСАУ-К) и ее составных компонентов с применением математического аппарата алгоритмизации и теоретических основ схемо - и системотехники;
разработка инженерной методики расчета параметров и характеристик электромагнитных компонентов АСАУ-К с применением современных компьютерных технологий.
Методы исследований, использованные в диссертационной работе, основаны на: теории рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания, с помощью которой проведено исследование основных рабочих параметров и фазовых характеристик газораспределительного механизма поршневого ДВС как объекта автоматического управления; критическом анализе существующих разработок по научным и патентным публикациям; теоретических аспектах схемо - и системотехники; теории проектирования электромагнитных приводных механизмов; математическом аппарате графоаналитического исчисления; методиках инженерного проектирования.
Научная новизна. Разработан аналитический способ сравнения фазовых состояний клапанов по круговым фазовым диаграммам для различных ДВС, который состоит в оценке возможностей рационального перемещения (регулирования) фаз, с целью их адаптации под режим работы ДВС. Показаны взаимосвязи между различными режимами работы ДВС и фазовыми состояниями клапанов. Описаны особенности работы ДВС в различных режимах.
Получены математические зависимости, отображающие связь размерных и электрических параметров электромагнитных компонентов системы АСАУ-К, на базе которых разработаны инженерные методики, позволяющие проводить расчет, при задании различных исходных данных.
Практическая значимость. Доказана целесообразность применения
в системах АСАУ-К четырехпозиционного переключателя газораспределительных клапанов в одном цилиндре ДВС, вместо традиционного двухпозиционного переключателя. Показано, что электромагнитный фиксатор (ЭМФ) плавающей кулачковой муфты с одним постоянным и одним электромагнитом может быть выполнен как магнитная система с двумя устойчивыми рабочими состояниями, благодаря чему повышается эксплуатационная надежность процедуры переключения клапанов. Внедрена в учебное (дипломное и магистерское) проектирование методика инженерного расчета электромагнитных компонентов системы АСАУ-К для поршневых ДВС. Разработана программа расчета параметров и характеристик электромагнитных компонентов системы АСАУ-К на персональном компьютере с применением стандартных программ моделирования и проектирования.
На защиту выносятся:
критический анализ принципов действия и конструкций существующих систем автоматического управления клапанами (САУ-К) для газораспределительных механизмов автомобильного поршневого ДВС;
анализ рабочих режимов ДВС по фазовым диаграммам;
алгоритмы и схемотехнические решения автотронной системы автоматического управления клапанами (АСАУ-К), реализованной с применением поворотно-плавающего распределительного вала;
методика инженерного расчета параметров и характеристик электромагнитных компонентов системы (АСАУ-К);
Реализация результатов работы. Разработаны теоретические аспекты проектирования и предложены методики расчета составных компонентов системы АСАУ-К, которые предполагается использовать при проектировании нового газораспределительного механизма с поворотно-плавающим распределительным валом для экспериментального двигателя отечественных автомобилей. Материалы диссертационной работы используются в дипломном и магистерском проектировании студентами энерго-экологического факультета МАДИ (ГТУ) и инженерного факультета РУДН.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МАДИ (ГТУ) в 2005-2012 гг. и одобрены на заседании кафедры «Электротехни -
ка и электрооборудование» МАДИ (ГТУ).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в девяти печатных работах, три из которых в изданиях по списку ВАКа.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по диссертационной работе, приложения и списка литературы. Содержание составляют 162 страницы текстового материала, на которых: 68 графических работ (чертежи, графики); 14 таблиц; 5 страниц – список литературы (64 наименования).
