Введение к работе
Актуальность исследования
К современному автомобильному двигателю предъявляются все более высокие требования по токсичности отработавших газов (ОГ), расходу топлива, надежности, шумности и другим эксплуатационным показателям Достигнутых высоких значений указанных показателей невозможно было бы добиться без применения интеллектуальной и силовой электроники Именно с помощью средств электроники на каждом из режимов работы двигателя его характеристики оптимизируются для нахождения сбалансированного (компромиссного) соотношения между его энергетическими и экологическими показателями
Как показывает статистический анализ мирового производства бензиновых двигателей легковых автомобилей в 1996 2007 гг, эпоха применения карбюратора в мировом автомобильном двигателестроении окончательно завершилась - производство карбюраторных моделей двигателей полностью прекратилось в 2007 году При этом явно доминирующее положение сегодня занимают системы распределенного впрыска бензина -их применение составляет около 93 % Примерно на 7 % моделей автомобильных бензиновых двигателей используется непосредственный впрыск топлива (данные 2007 г)
В связи с широким распространением электронных систем впрыска бензина задачи улучшения показателей автомобильного двигателя на различных режимах его работы совершенно изменились, как изменились пути и средства их решения
С повышением показателей автомобильного двигателя на различных режимах его работы, сегодня предъявляются более высокие требования и к такому, казалось бы, малозначащему режиму двигателя, как холостой ход (х х) Важность режима х х обусловлена тем, что в современных условиях городского движения двигатель работает на этом режиме около 40 % всего времени движения, потребляя при этом примерно 15 % топлива и выбрасывая около 10 % ОГ
Несмотря на использование возможностей современных высокопроизводительных контроллеров систем управления двигателем, качество х х во многом определяется применяемыми устройствами для регулирования подачи воздуха на этом режиме В зависимости от исполнения конкретных конструкций и их газодинамических характеристик, возможна совершенно различная реакция двигателя на управляющие воздействия контроллера В каждом конкретном случае газодинамические характеристики регулятора х х и двигателя должны быть согласованы (оптимизированы) для обеспечения требуемого качества холостого хода
Проведенный детальный анализ процессов, протекающих в автомобильном бензиновом двигателе на холостом ходу, а также существующих путей и устройств для управления двигателем на этом режиме, показывает, что улучшение качества х х является комплексной задачей, актуальной для современной автомобильной индустрии
В России по данной тематике диссертационные исследования до настоящего времени не выполнялись
Цель и задачи исследования
Цель - исследование газодинамических характеристик и подбор оптимальных параметров регулятора холостого хода для повышения качества работы двигателя с впрыском бензина.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
провести расчетное исследование газодинамической модели канала и вариантов клапана хх с использованием программного комплекса FlowVision,
создать лабораторную установку для физического моделирования газодинамических процессов в канале х х,
выполнить физическое моделирование газодинамических процессов в канале х.х,
экспериментально исследовать показатели работы автомобильного двигателя с впрыском бензина на режиме х х. при различных газодинамических характеристиках регулятора х х,
выявить и научно обосновать оптимальные газодинамические характеристики регулятора хх для обеспечения стабильного поддержания заданной частоты вращения вала при включении/выключении энергопотребителей для конкретного двигателя,
выработать рекомендации для повышения качества хх автомобильного двигателя с впрыском бензина
Методы и объект исследования
Численное исследование газодинамической модели канала и вариантов клапана х.х вьтолнено с помощью программного комплекса FlowVmon (Россия) Подготовка твердотельных трехмерных моделей расчетных областей канала и клапана хх. выполнялись в среде Pro/ENGINEER (США)
Закономерности изменения газодинамических характеристик регулятора хх. в зависимости от формы и размеров элементов клапана исследовались на лабораторной моделирующей установке, созданной автором Программа для автоматической регистрации экспериментальных данных в режиме реального времени при лабораторных исследованиях регуляторов хх. и испытаниях двигателя в составе автомобиля была подготовлена в среде LabView (США)
Экспериментальная оценка стабильности поддержания заданной частоты вращения вала при включении/выключении энергопотребителей автомобильного двигателя с впрыском бензина при различных газодинамических характеристиках регулятора х х. проводилась при сравнительных испытаниях двигателя ВАЗ-НИЗ в составе автомобиля, оснащенного опытной системой впрыска топлива
Научная новизна работы заключается в следующем
выполнен анализ совместной работы двигателя и регулятора хх.,
определены закономерности изменения газодинамических характеристик регулятора х х в зависимости от формы и размеров элементов клапана,
получены с помощью программного комплекса FlowVision газодинамические картины течения потока через канал и различные клапаны х х, рассчитаны параметры для построения рабочих полей расходных характеристик разных регуляторов х х
Достоверность результатов работы и обоснованность научных положений обусловливается
применением общих уравнений гидродинамики, а также подтверждением решений, полученных при численном моделировании газодинамических процессов в канале и клапане х х, экспериментальными данными,
проведением экспериментальных исследований с применением поверенных и аттестованных современных измерительных приборов и оборудования
Практическую ценность работы представляют
созданная и опробованная лабораторная установка для физического
моделирования газодинамических процессов в канале х х, а также дина
мических процессов функционирования регулятора х х,
выявленные и научно обоснованные оптимальные газодинамические характеристики регулятора х х для обеспечения стабильного поддержания заданной частоты вращения вала при включении/выключении энергопотребителей у конкретного двигателя,
предложенный и успешно использованный способ определения положения запирающего элемента клапана х х при испытаниях регулятора х х в составе двигателя, не требующий подключения датчиков к регулятору, установленному на двигателе,
способ посадки запирающего элемента клапана х х на седло, при котором повышается надежность его эксплуатации за счет исключения возможности заклинивания запирающего элемента в седле,
разработанная методика подбора оптимальных газодинамических характеристик регулятора х х для двигателей различных моделей
Практическая реализация работы
Результаты выполненных исследований переданы ОАО «Пегас» (г Кострома) для использования в перспективных разработках регуляторов хх Созданная лабораторная установка для физического моделирования газодинамических процессов в канале х х внедрена в учебный процесс на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета
Основные результаты, выносимые на защиту:
проведенный анализ совместной работы двигателя и регулятора х х,
выявленные и научно обоснованные оптимальные газодинамические характеристики регулятора х х для обеспечения стабильного поддержания заданной частоты вращения вала при включении/выключении энергопотребителей у конкретного двигателя,
4
разработанная методика подбора оптимальных газодинамиче-
ских характеристик регулятора хх для двигателей различных моделей Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались на:
X Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей» (Владимир, Влад гос ун-т, июнь 2005),
Международном симпозиуме «Электроника и электрооборудование транспорта» (г Суздаль, март 2007 г ),
Международной молодежной научной конференции «XV Туполев-ские чтения» (г. Казань, ноябрь 2007),
научно-техническом семинаре кафедры «Автомобильные и тракторные двигатели» МГТУ «МАМИ» с участием представителей ПЩ «НАМИ» (Москва, ноябр'ь 2007 г)
Доклады о ходе исследований периодически выполнялись на научно-технических семинарах кафедры «Тепловіїв двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 4 научные статьи (одна из них - в журнале, рекомендованном ВАК РФ)
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, заключения, библиографического списка Общий объем работы составляет 124 страницы и включает 111 страниц основного текста (в том числе 60 рисунков и 7 таблиц), список литературы из 69 наименований (в том числе 15 зарубежных источников)
