Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Тихомиров Станислав Александрович

Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи
<
Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи
>

Диссертация - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Тихомиров Станислав Александрович. Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи: диссертация ... кандидата технических наук: 05.04.02 / Тихомиров Станислав Александрович;[Место защиты: Нижегородск о м госуда р- ственном техническом университете].- Нижний Новгород, 2013.- 120 с.

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 9

1.1 Анализ существующих систем топливоподачи газовых 20

двигателей

1.1.1 Системы газоподачи с эжекционным смесителем 22

1.1.1.1 Эжекционные системы с электронным управлением 25

1.1.2 Системы подачи газа под избыточным давлением 26

1.1.2.1 Системы непрерывной подачи газа 26

1.1.2.2 Дискретные системы подачи газа 29

1.2 Обоснование выбора объекта исследования и методика 34

исследования

1.2.1 Двигатель как объект управления 34

1.2.2 Оценка потенциальных возможностей традиционных принципов дозирования и схема объекта исследования

1.2.3 Цели и задачи исследования 42

2 Разработка моделей и их исследование 44

2.1 Особенности работы дискретной системы газоподачи 44

2.2 Система дискретной газоподачи с корректором пуска 47

2.3 Математическая модель течения газа 50

2.3.1 Выбор параметров пускового ограничителя давлений 54

2.3.2 Определение передаточной функции ограничителя давлений 59

2.3.3 Анализ герметичности редуцирующей системы и расходные 68 характеристики редуктора

2.4 Выводы 71

3 Методы экспериментального исследования 72

3.1 Общие методы исследования 72

3.2 Изыскания смесеобразующей части системы 73

3.3 Макетный образец системы газоподачи 78

3.4 Экспериментальная установка и методика исследования 83

4 Результаты исследования полноразмерного двигателя

4.1 Сравнительные характеристики на бензине и газе 89

4.2 Действительные нагрузочные и скоростные характеристики 95

4.3 Пусковые характеристики 100

4.4 Выводы 107

5 Основные результаты и выводы 109

Библиографический список

Введение к работе

Актуальность работы. Главными проблемами развития ДВС на современном этапе остаются снижение токсичных выбросов и улучшение топливной экономичности. Это справедливо и для тех, что используют потенциальные заменители нефтяного топлива – сжиженный нефтяной (СНГ) и компримирован-ный природный (КПГ) газ. Признавая бльшую экологическую чистоту газовых топлив, мы не реализуем их преимущества именно там, где они очевиднее всего – при пуске и прогреве холодного двигателя. При испытаниях по Европейскому ездовому циклу около 80% всех токсичных компонентов выбрасывается за первый километр пути. При этом среди конструкций, предлагаемых на рынке газовых систем, нет вариантов организующих самостоятельный пуск на газе.

Под маркой однотопливного газового автомобиля выпускаются автомобили, имеющие небольшой бензиновый бак и бензиновую систему топливопо-дачи для пуска. Но даже с дополнительной бензиновой системой однотоплив-ных автомобилей выпускается очень мало. Наиболее распространенным способом газификации транспорта в мире остается конвертация на газ серийного бензинового автомобиля. Такой перевод неизбежно связан с некоторым снижением эксплуатационных показателей двигателя на газе, однако позволяет реализовать весь комплекс экологических требований на прогретом двигателе, обеспечивая регулирование с обратной связью по кислородному датчику и имея достаточное быстродействие при работе на переходных режимах. Организация пуска и прогрева двигателя здесь полностью остается на бензине, притом, что количество холодных дней в нашей стране очень велико.

Поэтому проблемы организации дозирования, смесеобразования, распределения и воспламенения газовоздушной смеси на непрогретом двигателе сохраняют актуальность, особенно в свете экологических требований сегодняшнего дня. Соответственно разработка и исследование системы газоподачи, способной обеспечить пуск, прогрев и последующую работу автомобильного двигателя непосредственно на газе, актуально сегодня как никогда.

Цель работы. Разработка и исследование системы коррекции дискретной газоподачи для организации холодного пуска и прогрева искровых двигателей, конвертированных на питание газовым топливом.

Достижение указанной цели предполагает создание оригинальной конструкции аппаратов газоподачи и предусматривает решение следующих задач:

- выбор принципа дозирования газа на пуске-прогреве применительно к

существующим двигателям с искровым зажиганием;

аналитическое исследование пределов изменения состава приготовляемой смеси при использовании принятого принципа дозирования;

разработка элементов системы коррекции и аналитическая оценка их возможностей по обеспечению регулирования;

разработка общей схемы газоподачи с элементами коррекции, способной переключаться при смене режимов без утраты своих свойств;

экспериментальные исследования мощностных, экономических, экологических, пусковых качеств двигателя на макетном образце разработанной системы подачи газа.

Объект исследований. Двигатель ВАЗ-21114 с системой дискретной распределенной подачи газа, дополненной корректором пуска.

Методы исследования. При проведении теоретических исследований использованы общие законы газовой динамики, аналитической механики, теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. Экспериментальные исследования проводились на моторном стенде с двигателем ВАЗ-21114.

Научная новизна:

обоснована необходимость организации для газовых двигателей на режимах холодного пуска и прогрева непрерывной подачи газа при сохранении в целом дискретного дозирования;

разработан метод пусковой коррекции газоподачи для двигателей, конвертированных на газ с использованием алгоритмов, применяемых для бензина;

аналитически определены выходные характеристики ограничителя давления, обеспечивающего соответствующую коррекцию при пуске;

разработан конструктивный комплекс системы газоподачи объединяющий элементы дискретного впрыска и непрерывной подачи газа, позволяющий обеспечить дозирование при пуске и прогреве, равно как и на других режимах.

Основные положения, выносимые на защиту:

в теоретической части – аналитическое исследование системы и элементов газоподачи;

в конструкторской части – конструкция элементов газоподачи для системы питания газовых двигателей;

в экспериментальной части – рабочие характеристики двигателя с экспериментальной системой газоподачи.

Достоверность результатов. Проведенный комплекс экспериментальных исследований на полноразмерном двигателе подтверждает основные теоретические положения, взятые за основу разработанной системы подачи газа.

Практическая ценность работы:

создана конструкция системы газоподачи для конвертации автомобильных бензиновых двигателей, обеспечивающая без существенного усложнения конструкции управление расходом газа, в том числе и на пусковых режимах;

предложена конструкция корректора пуска, встраиваемого в общую систему без искажения характеристик последней;

- разработан метод конструирования ограничителя давления с позиций
достижения плавности переходов при его отключении.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических ис-с4 ледований используются для конструкторской проработки газовых систем при конвертировании двигателей на газ в ООО «Арго» (г.Н.Новгород). Теоретические исследования внедрены в Центре безопасности дорожного движения и технической экспертизы (ЦБДДТЭ, г. Н.Новгород) и ООО «Финанс-эксперт» (г. Н.Новгород) для проведения технической экспертизы газобаллонных автомобилей и выдачи заключений на переоборудованные транспортные средства, в учебный процесс кафедры «Энергетические установки и тепловые двигатели» НГТУ в курсах «Системы ДВС», «Газовые двигатели» при подготовке инженеров по специальности 140501.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и были одобрены на:

79 международной научно-технической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации», Н.Новгород: НГТУ, 2012 г;

всероссийских научно-технических конференциях «Будущее технической науки», НГТУ Н.Новгород, 2010…2013 гг.

Публикации. Всего опубликовано 8 научных трудов, в том числе по теме диссертации 7, среди них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем опубликованного материала составляет 1,2 печ. л., из них принадлежащих автору диссертации 1,0 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертации состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 120 страниц, 54 рисунка, список литературы из 111 наименований.

Эжекционные системы с электронным управлением

При появлении двигателей с распределенным впрыском бензина на первом этапе на них устанавливались перед дроссельной заслонкой эжекционные смесители такого же рода (рис. 1.6). При отсутствии требований по токсичности такая схема работала на уровне карбюраторных систем. При грамотной организации проточной части эжекционный смеситель позволяет сформировать базовую характеристику регулирования достаточно близко к оптимальной, в пределах требований «карбюраторной» эпохи. С точки зрения возрастающих экологических требований возможности таких систем были крайне ограничены.

В то же время нельзя не признать, что это единственный тип газоподающей системы, который позволял осуществлять холодный пуск двигателя, его прогрев и движение автомобиля сразу после пуска. Именно по этой схеме в мире выпускались серийные автомобили, на которых не было иной системы питания, кроме газовой.

В случаях конвертации на газ стандартного бензинового двигателя, пуск на газе никогда не был официально разрешен при температурах ниже –5оС. Ограничениями часто служили некоторая примитивность газодозирующих элементов и недостаточная испаряемость газа при низких температурах. Первое ограничение имело место там, где разработчики не имели возможности полностью реализовать свои решения, второе – где недооценивалось значение конструкции газового редуктора, прежде всего испарителя (особенно для сжиженных газов).

При включении электромагнитного клапана газ из баллона в жидкой фазе броском попадает в полости редуктора. На свое испарение он расходует тепло, «запасенное» в массе корпуса редуктора и объеме жидкости системы охлаждения. Если газ подавался малыми расходами, указанного тепла может оказаться достаточно для испарения. Многие автовладельцы вопреки инструкциям пускали двигатели своих автомобилей на газе практически круглогодично.

Понятно, что дозирование при низких температурах проходило нестабильно. Системы имели склонность к срыву при резком изменении нагрузки (жидкая фаза заливала полностью полости редуктора). Однако, при суммарной оценке экологической эффективности газового и бензинового двигателей даже разрегулированный пуск на газе дает многократный выигрыш перед пуском на бензине.

Внедрение трехкомпонентных нейтрализаторов фактически ликвидировало применение простых эжекционных смесителей. Стало необходимым вводить в них электронные дозаторы, способные корректировать состав смеси по сигналам кислородного датчика. Появились системы так называемого второго поколения.

Электронноуправляемый дозатор устанавливается в газовой магистрали перед смесителем вместо фиксированного газового жиклера и по сигналам от электронного блока управляет расходом газа, изменяя площадь дозирующего сечения. По такому принципу выполнялись системы практически всех мировых фирм – Lovato, Landi Renzo, Vialle.

Основным достоинством таких систем является возможность совместимости новых, электронно-управляемых систем со старыми, чисто механическими. При разработке новой системы можно оставить без изменения такие узлы, как редуктор, смеситель, запорные газовые и бензиновые клапаны. Понятно, что вступление в работу электронных корректоров и эффективная работа нейтрализаторов начнется после их прогрева. Но и на непрогретом двигателе такие системы оставались работоспособны. Электронный дозатор, оставаясь неподвижным, не вмешивается в регулирование, которое шло по внутренним законам газодинамики. К системам второго поколения в полной мере относится все, что сказано про холодный пуск для механических эжекционных систем.

Исторически появление систем подачи газа под избыточным давлением совпадает с широким внедрением на автомобилях электроники, в том числе электронноуправляемого впрыска бензина и трехкомпонентных нейтрализаторов отработавших газов. Использование электронного управления было вызвано необходимостью точного корректирования состава смеси, в том числе и на газе. В отличие от массовых тогда смесителей, ввод газа организовывался во впускную трубу с целью минимизации объемов готовой газовоздушной смеси. В противном случае при возникновении непредвиденного обеднения смеси процесс сгорания мог затягиваться, открытое пламя могло проникнуть во впускную трубу и поджечь имеющийся там заряд. Взрыв большого объема готовой газовоздушной смеси приводил к серьезным разрушениям впускной системы.

Исполнительными органами сначала служили достаточно изученные и надежные пневмомеханические узлы, и шаговые двигатели. Ввод газа при этом оставался непрерывным. В последующем были разработаны специальные электромагнитные форсунки для работы на газе, которые сейчас являются наиболее пропагандируемыми. С их помощью подача газа производится также во впускную трубу, но уже дискретно.

Математическая модель течения газа

Наиболее рациональным следует признать установку в газовую магистраль дополнительного механического устройства – корректора пуска – дросселирующего поток после редуктора. На пуске двигателя он должен активироваться, а по истечении времени прогрева отключаться так, чтобы не оказывать влияния на работу оставшейся части системы (рис. 2.5). Весь механизм ограничителя оказывает на газовый поток демпфирующее действие. Тем самым выполняется условие по переводу потока газа в более статичное состояние.

Одновременно корректор понижает давление газа после себя, выступает в роли ограничителя давлений. Понижением перепада давлений на форсунке до ps, убирается излишнее обогащение, копируемое в конвертированных двигателях с бензинового блока.

Можно предложить несколько схем пневматических ограничителей давления. Наиболее удачным для поставленной цели следует признать вариант, рассмотренный далее и представленный на рисунке 2.9. Как будет определено ниже, на соответствующем подборе площадей и сечений основано правильное функционирование системы понижения давлений в целом.

Демпфирующие свойства корректора могут регулироваться выбором сечения канала управления, что также требует дополнительного анализа для исключения перерегулирования. Элементы, отвечающие за включение и выключение устройства пуска из работы, можно временно не рассматривать.

Для исследования предлагаемого варианта системы пуска составим его теоретическую модель. Основным элементом системы становится двухкамерный мембранный узел – ограничитель давления – понижающий давление на выходе ps пропорционально управляющему pу (см. рис. 2.9). Клапанная часть, в принципе, может быть такая же, как в обычных газовых редукторах.

Постоянное давление после газового редуктора р1, передается в ограничитель под мембрану. Внутренняя часть мембраны воспринимает сверху и снизу одинаковое давление, а внешняя – разность входного и выходного давлений. Ограниченное давление рs , поступает дальше в рампу газовых форсунок. Оно зависит от величины давления управления ру в надмембранной полости и от функции передачи ограничителя. Последняя будет определена ниже исходя из усилий на мембране, вызываемых перепадом давления рs – р1 и соотношением активных площадей S1 и S2 на мембране ограничителя.

Массовый расход газа (кг/с) из условий неразрывности движения газового потока имеет вид: где G - секундный расход газа, кг/с; v - удельный объем газа, проходящего через дозирующий элемент, м3/кг; Sс - площадь проходного сечения, м2; v -скорость истечения газовой среды, м/с. где с - коэффициент расхода сопла; р1 и р2 - давление газа соответственно до и после редуцирующего элемента. Для пускового ограничителя это, соответственно, давление на выходе из редуктора р1 (рис.2.5) и в рампе газовых форсунок рs.

Максимальный расход газа определяется, преимущественно, величиной соотношения р2/р1, именуемой критической, а скорость истечения газа в этом случае – критической скоростью кр:

Все сказанное выше становится актуальным при выборе степени понижения давления после ограничителя. Типичные уровни избыточных давлений в рампе форсунок для современных систем газоподачи составляют 120 кПа, что обеспечивает на самой форсунке закритические перепады (p2/p1=0,555; W=0,7). Расход газа при прочих равных условиях определяется произведением параметра W на величину абсолютного давления перед форсунками p1.

Для двигателей, спроектированных изначально для работы на газе, корректор пуска должен выполнять только задачу стабилизации потока. В случаях конвертирования с копированием бензиновых сигналов корректор пуска должен дополнительно понизить перепад на газовой форсунке. Однако при простом снижении давления газа ps расход снизится не только за счет собственно давления, но и за счет перехода в докритическое истечение (снижения параметра W). Соответственно, встает задача выбора такой степени понижения давления при прохождении газом ограничителя, которая даст желаемое обеднение смеси с учетом всех изменений потока.

Понимая, что механический корректор пуска не может иметь разветвленного алгоритма, следует признать, что коэффициент избытка воздуха при включении корректора увеличится в определенное постоянное число раз. В первые моменты пуска обеднение может оказаться меньше желаемого, по окончании прогрева (при выключении корректора) обеднение может стать избыточным.

Анализ процессов пуска бензиновых двигателей и температурных коэффициентов обогащения позволяет выделить три основных фазы пуска. Первая начинается с момента включения стартера, и длится несколько циклов. Обогащение в этот период максимально – длительности импульсов увеличены до 60…80 ms против 4 ms на холостом ходу; организуется асинхронная подача бензина (один раз за оборот), т.е. дополнительно вдвое больше подача. Все это призвано в кратчайшие сроки организовать на стенках впускной трубы топливную пленку, с поверхности которой должно начаться испарение.

Во второй фазе пуска обогащение поддерживается на уровне ~ 0,3…0,5 относительно малое время – несколько десятков циклов. Далее третья фаза – по мере прогрева стенок камеры сгорания смесь постепенно обедняется, и долгое время, несколько сотен циклов, находится в диапазоне ~ 0,6…0,8.

При работе на газе ЭБУ-ГАЗ будет копировать импульсы всех трех фаз. В силу кратковременности огромное обогащение первой фазы может пройти для газа незамеченным. Избыточный газ заполнит все объемы магистралей (чего нет на бензине), и не попадет в цилиндры.

Изыскания смесеобразующей части системы

Для экспериментального исследования работоспособности и проверки теоретических закономерностей был изготовлен макетный образец системы газоподачи, установленный на стенде с двигателем ВАЗ 21114 с распределенным впрыском бензина.

В двигателе были внесены стандартные изменения, организуемые при монтаже газового оборудования на сервисных станциях. В разрыв жгута бензиновых форсунок сделана врезка для передачи сигнала на ЭБУ-ГАЗ (рисунок 3.6).

В каналы впускной трубы врезаны распылители в тех местах, что показали лучшие характеристики по распределению смеси по цилиндрам (раздел 3.2). Сечение распылителей выбрано достаточным для обеспечения газом двигателя рабочим объемом 1,6 дм3 (ВАЗ 21114) при постоянном избыточном давлении газа в рампе форсунок 0,8 бар, а именно, 3 мм2. Газовый редуктор-испаритель врезан в систему охлаждения двигателя для организации испарения газа, поступающего из баллона. Для того, чтобы анализировать качество работы испарителя, датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя, обычно установленный в корпусе термостата, был перенесен в шланг отвода жидкости сразу после выхода из редуктора. Это позволило оценивать падение температуры жидкости, связанное с испарением газа.

На участке от газового редуктора до рампы газовых форсунок установлен ограничитель давления газа. В разделе 2.2 при описании подхода к организации пуска с корректором подчеркивается, что по истечении некоторого числа циклов, достаточных для прогрева, корректор должен быть легко отключен. Поэтому в теоретическую схему ограничителя (рисунок 2.9) были внесены некоторые изменения (рисунок 3.8). Рисунок 3.8. Схема ограничителя давлений с отключением

В схему был добавлен электромагнитный клапан и пневматический делитель давлений, подключенный к входу, выходу ограничителя и его камере управления.

При выключенном электромагнитном клапане ограничитель давления приобретает свой классический вид. Давление газа на его выходе меньше давления на входе p1 на величину, определяемую соотношением площадей мембраны и усилием пружины (см. 2.23). Это давление должно соответствовать тому, которое назначено для работы на прогретых режимах. Давление газа на выходе из редуктора p1 следует, соответственно, поднять на указанную величину за счет перерегулирования редуктора.

При активированном электромагнитном клапане через два последовательных жиклера пневмоделителя Fs и Fу идет расход газа из выходной ступени газового редуктора (давление p1) на выход ограничителя (давление ps). Равенство давлений pу = ps, которое имело место в предыдущем случае, здесь нарушается. Поскольку соотношение давлений p1 и pу однозначно определено через усилие пружины, то в результате закономерно снижается выходное давление ps.

Анализ всех иных вариантов отключения корректора показал, что данная схема оказывается самой простой, обеспечивающей автономность (отсутствие его подключения к редуктору дополнительными шлангами).

После сборки всей системы была проведена калибровка газоподачи. Избыточное давление в рампе газовых форсунок должно быть pг = 80 кПа. Для выполнения этого условия при установленном ограничителе давлений было поднято выходное давление газового редуктора до p1 = 110 кПа. Затем на прогретом двигателе последовательно проходились несколько нагрузочных характеристик. При работе на бензине основной блок управления по сигналу кислородного датчика устанавливает для себя коэффициенты долговременной коррекции.

Задача калибровки на газе заключается в подборе таких передаточных коэффициентов «бензин-газ», чтобы коэффициенты долговременной коррекции практически не изменялись. Это позволяет системе при переходе на газ после бензина не тратить время на самообучение.

Определенные сложности представляет калибровка системы в зоне полных нагрузок, представленной в таблице участком с длительностями импульсов более 10 мсек. Здесь сигнал кислородного датчика игнорируется, и блок управления переходит на богатые смеси. При работе на стенде оценить степень обогащения можно по показаниям газоанализатора, чем богаче смеси, тем больше концентрации окиси углерода в отработавших газах. Мощностные смеси при работе на сжиженном углеводородном газе характеризуются величинами концентраций 2…3%.

При настройках систем на автомобиле, как правило, устанавливают коэффициенты приблизительно, соблюдая уже отмеченные тенденции изменения коэффициентов таблицы в зоне, где кислородный датчик работал. Здесь ошибка может быть значительной. И если переобогащение приведет в конечном итоге только к повышенному расходу и увеличению выбросов токсичных компонентов, то переобеднение может приводить к повреждению самого двигателя.

Действительные нагрузочные и скоростные характеристики

В нашем случае (рисунок 4.6), линия перехода экспоненциальная, а длительность перехода к статической подаче соответствует N=30 циклам работы двигателя. Количество дополнительного топлива, которое будет подано для того, чтобы «залить» нарушение баланса пленки, определится как площадь между соответствующими кривыми.

При подаче Gтц_впр=10 мг/цикл (соответствует среднестатистическому нажатию на педаль акселератора), дополнительная доза составит почти 100 мг бензина. Например, для автомобиля ВАЗ 2118 в движении по городу со средней скоростью 30 км/ч совершается 10 подобных набросов нагрузки за минуту, а за час теряется 60 г бензина. Если общий расход 7 кг/100 км (или 2 кг/час), то экономичность автомобиля в целом снижается на 3%. При работе на газе все алгоритмы увеличения цикловых доз сохраняются, хотя и становятся совершенно неоправданными. Прирост расхода газа составит те же 3%.

Аналогичный «проигрыш» можно обнаружить и на режимах полных нагрузок. Здесь обратная связь игнорируется блоком управления, и длительности бензиновых импульсов существенно увеличиваются. На внешней скоростной характеристике двигатель показал две характерные зоны высокого обогащения, т.е. существенно больше того, что необходимо для обеспечения мощностной смеси (рисунок 2.1). На рисунке 4.7 представлена внешняя скоростная характеристика после проведения всех калибровочных работ, т.е. составы газовоздушной смеси на всех частотах вращения подобраны оптимальными для газа. Максимальный крутящий момент двигателя на бензине составил 134 Нм при частоте n = 3500 мин-1. Максимальная мощность – 62 кВт при n = 5050 мин-1. При работе на сжиженном газе достигнуто Me max = 128 Нм и Ne max = 60,5 кВт примерно при тех же частотах вращения. Эти величины хорошо согласуются с ожидаемыми, а именно, снижение крутящего момента относительно бензинового варианта примерно 4%, что типично для современных двигателей, работающих на сжиженном нефтяном газе.

Снижение максимальной мощности при работе на газе наблюдается всего около 3%. Объяснение этому полностью совпадает с тем, что приведено на рисунке 2.1. В зоне высоких частот вращения при работе на бензине искусственно организуется переобогащение смеси с целью снизить температуру свежего заряда за счет испарения бензина.

При работе на газе подобное обогащение не поможет, следовательно, можно установить такие коэффициенты в блоке-наезднике, чтобы обогащение было в пределах мощностных смесей. Это соответствует, примерно, концентрации окиси углерода в отработавших газах 2…3%.

Достигнуть максимума мощности для этого двигателя не представилось возможным из-за опасения за целостность тормозного стенда при частотах вращения больше чем n = 5000 мин-1. Однако, учитывая тенденции в поведении кривых и отсутствие характерных «провалов» можно рассчитывать на то, что и при предельных частотах вращения составы смеси не выйдут за оптимальные границы.

В целом внешние скоростные характеристики выглядят типично для данного двигателя, т.е. имеют характерные экстремумы на кривой крутящего момента, связанные с динамическими волновыми процессами во впускном трубопроводе. Следует признать чрезмерно богатую смесь на бензине на режимах минимальных частот вращения, а также в зоне частот 2200 мин-1.

Ненадежный пуск при отрицательных температурах окружающего воздуха является одним из наиболее серьезных недостатков существующих газовых двигателей. И это при том, что работа непрогретого двигателя на газе, когда не требуется специальное обогащение и не смывается масляная пленка со стенок цилиндра, является наиболее выигрышным режимом газовых двигателей. Нежелание или неспособность реализовывать режим холодного пуска в существующих системах газоподачи привели к упрощенному алгоритму перехода на газ только после прогрева двигателя на бензине до температуры не менее 35оС.

Для проверки пусковых качеств двигателя с экспериментальным ограничителем давления в системах моторного стенда пришлось сделать некоторые изменения. Во-первых, в магистраль после газового редуктора врезан сам ограничитель давления, настроенный понижать давление на 300 кПа. Поскольку процесс пуска достаточно скоротечный, проведение замеров стандартными способами приводит к большим ошибкам. Поэтому текущие мгновенные значения параметров фиксировались электронным запоминающим осциллографом с последующей дешифровкой сигналов.

Записывались импульсы, подаваемые блоком на бензиновые форсунки, сигнал с датчика давления и температуры газа. Если длительности импульсов на форсунках обрабатывались каждый цикл работы двигателя, то сигналы с датчиков каждые десять циклов. На рисунке 4.8 представлены фрагменты осциллограмм трех записанных сигналов. Верхний луч (Вход 3) отражает напряжение с датчика массового расхода воздуха.

Похожие диссертации на Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи