Метод определения угла опережения зажигания для управления ДВС на бинарном топливе Береснев, Максим Алексеевич

Введение к работе

Актуальность работы. Повышение цен на нефть и сокращение ее запасов заставляют активно искать альтернативные виды топлива для автомобильных двигателей. Некоторые такие топлива, например природный и попутный газы, а также различные спирты, уже достаточно широко применяются. Это позволяет улучшить экологические и/или экономические качества существующих конструкций ДВС, но вместе с тем ухудшает какие-либо (в зависимости от вида альтернативного топлива) показатели по сравнению с топливами традиционными. Для устранения подобных недостатков ведущие производители и исследовательские институты, такие как Bosch, Daimler, VAG, Delphi и др. работают над созданием двутопливных систем, где используется не один вид топлива в один момент времени, а два вида топлива подаются в цилиндр и сгорают одновременно. Изучаются различные возможные комбинации топлив, наиболее перспективные среди которых: дизель+бензин, дизель+газ, бензин+газ. В РФ были получены результаты по снижению вредных веществ в отработавших газах и увеличению срока службы компонентов ДВС при использовании смеси из бензина и сжиженного углеводородного газа (бинарного топлива). Такие разработки поддерживаются, в том числе, правительственными организациями различных стран, и в ближайшем будущем следует ожидать появления транспортных средств, использующих двутопливные системы питания.

Поскольку высокие эксплуатационные показатели современных автомобильных ДВС обеспечиваются, в том числе, управлением их рабочим процессом, востребованными являются исследования по управлению двигателем при работе на различных топливных смесях. Для двутопливных двигателей (в т.ч при использовании бинарного топлива) управление необходимо осуществлять, помимо всего прочего, с учетом соотношения подач двух видов топлива. Поэтому весьма актуальным является создание методов, способов и алгоритмов управления ДВС, учитывающих этот момент.

Цель работы заключается в создании метода определения угла опережения зажигания (УОЗ), обеспечивающего улучшение экономичности и экологической чистоты рабочих процессов бензинового ДВС, а так же увеличение его мощности и крутящего момента при использовании бинарного топлива.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие сопутствующие задачи:

1. Разработать математическую модель, которая в реальном времени позволит определить воздействие УОЗ на показатели двигателя при использовании бинарного топлива.

2. Сформулировать критерии управления, разработать алгоритмы для расчета управляющих воздействий.

3. Изучить особенности работы ДВС при использовании бинарного топлива.

4. Провести экспериментальную проверку разработанного метода на серийных двигателях и скорректировать его по полученным данным.

Объектом исследования является процесс сгорания топливно-воздушной смеси в двигателях с искровым зажиганием при использовании смеси сжиженного газа и бензина в качестве топлива.

Предметом исследования являются индикаторные показатели рабочего цикла и эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания, такие как давление в цилиндре, мощность, крутящий момент, удельный расход топлива, эмиссия вредных веществ в отработавших газах и т.д. при изменении свойств топливно-воздушной смеси за счет изменения соотношения долей сжиженного газа и бензина.

Методы исследования, использовавшиеся при выполнении настоящей работы, базируются на методах классической термодинамики, тепломеханики, гидромеханики, вычислительной гидрогазодинамики, теории рабочих процессов ДВС, эмпирического анализа и вычислительной математики. Проверка эффективности полученных в ходе работы теоретических результатов осуществлялась средствами численного моделирования в средах MathCad и Visual Studio, а также подтверждена результатами натурных экспериментов на автомобилях ВАЗ 21108М и ВАЗ 2112.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием фундаментальных физических законов термодинамики и кинетики при разработке математических моделей, соответствием результатов моделирования практическим данным, полученным на реальных автомобилях, а также согласованностью с результатами исследований других авторов.

Научная новизна:

4. 1. Разработан метод определения УОЗ, обеспечивающий поддержание максимума давления в цилиндре в целевом диапазоне поворота коленчатого вала при использовании бинарного топлива, что улучшает экономичность и экологическую чистоту рабочих процессов ДВС посредством усовершенствования системы управления двигателем.

   2. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать оптимальный УОЗ в процессе работы двигателя и отличающаяся учетом соотношения бензина и сжиженного газа в бинарном топливе.

   3. Разработан способ снижения вероятности детонационного сгорания в ДВС, отличающийся добавкой сжиженного газа к бензину и позволяющий улучшить экологическую чистоту рабочих процессов ДВС.

   Практическую значимость исследования представляют:

   4. 3. 1. Алгоритм расчета угла опережения зажигания, который позволяет обеспечить увеличение мощности и экономичности, а также снизить вероятность детонационного сгорания топливно-воздушной смеси.

         2. Способ реализации предложенного метода определения угла опережения зажигания при работе двигателя на бинарном топливе, в т.ч. программа расчета УОЗ.

         3. Использованная при проведении экспериментов конструкция системы подачи бинарного топлива, отличающаяся от традиционных систем ГБО отсутствием отдельного ЭБУ, поскольку управление газовыми форсунками осуществляется штатным бензиновым блоком управления.

         Теоретическая значимость работы заключается в результатах исследования влияния соотношения бензина и сжиженного газа в бинарном топливе на эффективные показатели ДВС, а также вероятность возникновения детонационного сгорания.

         Реализация результатов работы. Материалы работы применяются при проведении научно-исследовательских работ на кафедре электротехники и мехатроники «Южного федерального университета». Метод управления ДВС при работе на бинарном топливе и способ переоборудования автомобиля для организации впрыска бинарного топлива внедрены в производственном процессе ООО «Титан Групп» и ООО «СУ МСС». Программа для расчета угла опережения зажигания передана и используется в малом инновационном предприятии ООО «Автолаб».

         Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 57-й научно-технической конференции Таганрогского технологического института южного федерального университета (Таганрог, 2011); на шестой всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы управления» (Таганрог, 2011); на международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте '2011» (Одесса, 2011); на VI международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» - ICATS'2011 (Казань, 2011); на VII международной научно-практической конференции «Научные проблемы европейского континента - 2011» (Прага, 2011); на международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2011» (Одесса, 2011).

         Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК. По теме работы получено 2 патента РФ на изобретение, патент РФ на полезную модель и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

         На защиту выносятся следующие положения:

         4. 3. 3. 1. Поддержание максимума давления в цилиндре в диапазоне 8-14 по коленчатому валу после ВМТ позволяет увеличить крутящий момент двигателя и снизить удельный расход топлива.

                  2. Добавка сжиженного газа к бензину уменьшает вероятность детонационного сгорания, снижает содержание вредных веществ в отработавших газах и затраты на топливо.

                  3. Прогнозное управление соотношением бензина и сжиженного газа в бинарном топливе позволяет увеличить крутящий момент ДВС при высокой нагрузке на низких оборотах коленчатого вала.

                  Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Объем диссертации составляет 143 страницы, включая 47 рисунков, 13 таблиц, а также список литературы на 121 наименование.

                  Похожие диссертации на Метод определения угла опережения зажигания для управления ДВС на бинарном топливе

                  

                  Улучшение динамики и экологических показателей переходных процессов дизеля с электронным управлением подачи топливаГун Валентина Сергеевна

                  

                  Улучшение экономических и экологических характеристик дизелей методом насыщения жидкого топлива водородом Вагнер Виктор Анатольевич

                  Диагностика нестационарных процессов распыливания топлива в тепловых энергоустановках методом импульсной голографииСкворцов, Ювеналий Михайлович

                  

                  Совершенствование метода расчета полноты сгорания топлива в газотурбинном двигателе прогнозированием кривой выгоранияЕвдокимов, Олег Анатольевич

                  Разработка метода безразборного диагностирования электромагнитных форсунок ДВС с впрыском лёгкого топлива и исследование изменений их рабочих показателейБерезюков, Денис Сергеевич

                  

                  Разработка методов организации рабочего процесса топливной системы дизеля при использовании в качестве топлива диметилового эфира Эсмаилзаде Эбрахим

                  

                  Совершенствование метода определения облика золотниковой камеры сгорания постоянного объема с исследованием ее характеристик Кувтырев Дмитрий Владимирович

                  

                  Метод определения величины радиального зазора в турбине авиационного двигателя и способ его регулирования Бутонов Виктор Валерьевич

                  

                  Создание расчетных методов для определения параметров камеры сгорания и смесительных элементов двигателей с дожиганиемМединг Крис

                  

                  Разработка метода расчета и экспериментальное определение характеристик радиальных сегментных газовых подшипников для тяжелых роторов ГТУБесчастных, Владимир Николаевич