Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Улучшение экологических показателей дизелей путем использования микропроцессорной системы управления

Диссертация: Улучшение экологических показателей дизелей путем использования микропроцессорной системы управления
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В диссертации приведены результаты разработки и исследования микропроцессорной системы управления транспортным дизелем, воздействующей на систему топливоподачи. Предложена методика определения базовой характеристики для управления УОВТ и рассчитана базовая характеристика, оптимизированная по топливной экономичности и токсичности ОГ. Разработана математическая модель САУ дизеля с газотурбинным… Читать ещё >

Улучшение экологических показателей дизелей путем использования микропроцессорной системы управления (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. УЛУЧШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
    • 1. 1. Требования, предъявляемые к дизелям в современных условиях
    • 1. 2. Снижение токсичности отработавших газов и улучшение процессов регулирования при использовании электронных регуляторов
    • 1. 3. Обзор систем управления дизелями с электронными регуляторами
    • 1. 4. Цель работы и задачи исследования
  • ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ И
  • ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
    • 2. 1. Структура САУ
    • 2. 2. Критерии оптимальности работы САУ
    • 2. 3. Формирование матрицы настроек УОВТ
    • 2. 4. Динамическая модель микропроцессорной системы управления
    • 2. 5. Расчетное исследование и выбор основных параметров системы управления
  • ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ САУ
    • 3. 1. Разработка электронного блока
    • 3. 2. Разработка топливной аппаратуры дизеля и каналов управления исполнительными устройствами
    • 3. 3. Разработка программного обеспечения электронного блока
  • ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ САУ
    • 4. 1. Методика экспериментальных исследований и описание экспериментальных установок
    • 4. 2. Результаты экспериментальных исследований

Рост парка автомобилей и увеличение мощностей двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на транспортные средства, приводят к увеличению потребления нефтепродуктов и загрязнению атмосферы токсичными компонентами отработавших газов (ОГ). Поэтому в последние годы значительно возросло производство дизельных двигателей, предназначенных для установки на грузовые автомобили и автобусы, что объясняется их высокой топливной экономичностью и более низкой токсичностью ОГ по сравнению с бензиновыми двигателями. Более того, в США и в ряде стран Западной Европы расширено применение дизелей на легковых автомобилях для удовлетворения новых требований по экономическим и экологическим показателям.

Дизели транспортного назначения работают в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. При работе таких дизелей на режимах с пониженной частотой вращения и частичной нагрузкой их показатели как правило ухудшаются. Это обусловлено тем обстоятельством, что современные транспортные дизели представляют собой комбинированную установку, в состав которой входят несколько разнородных систем, взаимодействующих между собой в процессе работы. Среди них системы топливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения и др. При создании такой комбинированной установки индивидуальные характеристики этих систем удается согласовать лишь на каком-то одном режиме (чаще номинальном). На других режимах эта согласованность нарушается, что приводит к ухудшению качества рабочего процесса дизеля и, как следствие, к снижению его экономических и экологических показателей. Обеспечить такую перенастройку характеристик элементов дизеля в процессе работы при смене режимов и изменении условий эксплуатации возможно с использованием различных систем автоматического управления (САУ).

Наиболее простым и эффективным средством воздействия на рабочий процесс дизеля является управление процессом топливоподачи. Причем, для обеспечения наибольшей эффективности система управления топливоподачей должна реализовать управление цикловой подачей топлива (ЦПТ) и углом опережения впрыскивания топлива (УОВТ). Кроме того, необходимо обеспечить требуемые характеристики, среди которых наиболее важной является закон изменения давления топлива в распылителе форсунки.

Одной из наиболее сложных задач, которую необходимо решить при разработке систем управления топливоподачей, является выбор оптимальных законов управления. Это обусловлено тем, что экономические и экологические показатели транспортных дизелей находятся в сложной, часто противоречивой зависимости. Поэтому определение оптимальных характеристик топливопода-чи представляет определенные трудности.

Не менее важной задачей является практическая реализация полученных законов управления с учетом их сложности. Широко применяемые в отечественных транспортных дизелях, всережимные центробежные регуляторы прямого действия, центробежные муфты опережения впрыскивания, а также гидромеханические регуляторы непрямого действия и топливная аппаратура с топливными насосами высокого давления (ТНВД) не позволяют получить высоких эксплуатационно-технических показателей транспортных дизелей в связи с ограниченными возможностями. Поэтому наряду с проблемой теоретической разработки оптимальных законов управления топливоподачей возникает проблема разработки систем управления к нетрадиционной топливоподающей аппаратуре для транспортных дизелей, позволяющих реализовать полученные законы управления. При этом наиболее перспективны системы управления с электронными регуляторами на микропроцессорной базе. С применением электронных регуляторов системы автоматического управления дизельными двигателями выходят на новый, качественно более высокий уровень, на котором целью управления становится комплексная оптимизация двигателя как основного элемента энергетической установки. 6.

В диссертации приведены результаты разработки и исследования микропроцессорной системы управления транспортным дизелем, воздействующей на систему топливоподачи. Предложена методика определения базовой характеристики для управления УОВТ и рассчитана базовая характеристика, оптимизированная по топливной экономичности и токсичности ОГ. Разработана математическая модель САУ дизеля с газотурбинным наддувом и электронным регулятором. Исследовано влияние параметров электронного регулятора на показатели качества переходных процессов. Разработаны оригинальные системы топливоподачи дизеля, позволяющие формировать необходимые законы управления ЦПТ и УОВТ и адаптированные к управлению электронным регулятором. Проведены исследования разработанной САУ с предложенными системами топливоподачи.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенные в работе исследования подтверждают эффективность использования САУ, созданных на базе современной микропроцессорной техники, для обеспечения современных высоких требований к экономическим и экологическим показателям работы транспортных дизелей. Подтверждена целесообразность управления топливоподачей не только по величине цикловой подачи, но и по УОВТ. При этом УОВТ целесообразно изменять в соответствии со скоростным и нагрузочным режимами работы дизеля. Электронный блок регулятора содержит универсальную часть с микропроцессором и каналы входных сигналов с датчиков параметров дизеля и управляющих сигналов на исполнительные устройства САУ. Серийно выпускаемая топливоподающая аппаратура отечественных дизелей не позволяет сформировать требуемые законы управления топливоподачей. Поэтому в работе предложены схемы топливоподаю-щей аппаратуры, адаптированной к электронному управлению параметрами процесса топливоподачи. Разработана методика определения базовых характеристик для управления УОВТ и проведен расчет характеристик, оптимизированных по топливной экономичности и токсичности ОГ. С использованием разработанной математической модели САУ с электронным регулятором проведена оценка влияния основных параметров электронного регулятора на показатели качества переходных процессов в САУ. Для подтверждения работоспособности разработанных систем топливоподачи и возможности формирования требуемых характеристик топливоподачи проведены экспериментальные исследования этих систем. Результаты исследований используются при создании электронной САУ топливоподачей для дизеля Д-245.

По полученным результам можно сделать следующие основные выводы:

1. Разработана методика определения базовых характеристик для управления УОВТ, оптимизированных по топливной экономичности и токсичности отработавших газов, базирующаяся на составлении обобщенного критерия оптимальности на основании частных критериев — часового расхода топлива, массовых выбросов оксидов азота и других токсичных компонентов. С использованием методики проведен расчет характеристик УОВТ.

2. Разработана математическая модель САУ с электронным регулятором топливоподачи для дизеля с турбонаддувом, учитывающая рассогласование характеристик систем топливоподачи и воздухоснабжения в переходных процессах. Исследование влияния настроек регулятора на показатели качества переходных процессов, проведенные с использованием разработанной модели, позволили определить параметры электронного блока, датчика частоты вращения, исполнительных устройств регулятора.

3. Разработана САУ с универсальным микропроцессорным блоком и подсистемами управления цикловой подачей и УОВТ.

4. Разработаны две системы топливоподачи, адаптированные к электронному управлению. В одной схеме топливоподачи управление УОВТ осуществляется при помощи дополнительной фазирующей рейки ТНВД, а во второйпри использовании электромагнитного клапана, размещенного в наполнительном канале секции ТНВД и управляемого электронным блоком.

5. Проведены безмоторные экспериментальные исследования разработанных микропроцессорной системы управления и систем топливоподачи, подтвердившие их работоспособность и возможности формирования требуемых характеристик топливоподачи.

6. Проведены моторные экспериментальные исследования системы топливоподачи с ТНВД, имеющим два регулирующих органа — дозирующую и фазирующую рейки. При работе дизеля семейства КамАЗ с разработанным ТНВД по 13-ступенчатому циклу удельный индикаторный расход топлива снижается на 2,1%, эмиссии Ж) х — на 35%, эмиссия СО — на 6,6%, эмиссия СНХ — на 8,9%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.c. 1 747 738 СССР, МКИ F 02 M 59/00. Топливная система для дизельного двигателя / В. А. Горшков, М. С. Долганов, В. Л. Трифонов и др. (СССР). № 4 716 275/06. Опубл. 15.07.92. Бюлл. № 26. // Изобретения. — 1992. -№ 26. — С.132.
  2. Е.И. Трехрежимные регуляторы автомобильных дизелей //Автомобильная промышленность. 1986. — № 7. — С.8−9.
  3. А.Ф. Исследование регуляторов скорости автотракторных и комбайновых дизелей // Двигателестроение. 1984. — № 8. — С.27−29.
  4. В.К., Курманов В. В., Мазинг М. В. Электронные системы управления подачей топлива в дизелях: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭИавтопром, 1989. — 51 с.
  5. В.В., Патрахальцев H.H. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: изд-воРУДН им. П.Лумумбы, 1998. — 216 с.
  6. Гоц А.Н., Мацаренко И. П., Мокеева В. Н. Тенденции развития автомобильных и тракторных дизелей за рубежом // Двигателестроение. -1991. № 8−9. — С.65−67,80.
  7. C.B., Патрахальцев H.H. Выбор программы регулирования угла опережения впрыска, оптимизированной по экономичности и токсичности отработавших газов // Сб. Исследование двигателей и машин. М.: изд-во УДН им. П. Лумумбы, 1980. — С. 18−21.
  8. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / В. П. Алексеев, В. Ф. Воронин, Л. В. Грехов и др.- Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1990. — 288 с.
  9. О.И., Лупачев П. Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. — 120 с.
  10. В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. — 160 с.
  11. В.Я. Конструкции устройств для автоматического изменения угла опережения впрыска топлива в зарубежных быстроходных дизелях: Обзор. М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1974. — 28 с.
  12. В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1989. — 416 с.
  13. В.И. Электронные системы регулирования и управления двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1991. -138 с.
  14. В.И., Кузнецов А. Г., Шатров В. И. Анализ методов составления математической модели дизеля с газотурбинным наддувом // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1994. — № 10−12. — С.62−69.
  15. В.И., Кузьмик П. К. Расчет переходных процессов системы автоматического регулирования дизеля с турбонаддувом с учетом нелинейных характеристик // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1969. — № 10. — С. 102 108.
  16. В.И., Марков В. А. Улучшение характеристик автотракторных дизелей изменением угла опережения впрыскивания топлива // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1993. — № 2. — С.66−71.
  17. В.И., Марков В. А., Шатров В. И. Управление углом опережения впрыскивания топлива в дизелях транспортного назначения // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1994. — 2. — С.34−42.
  18. В.И., Шаров Г. И. Управление турбопоршневыми двигателями по парето-оптимальным функциям // Двигателестроение. 1989. — № 9. — С. 1921.
  19. А.Г. Анализ критериев экономичности и токсичности работы транспортных двигателей // Двигателестроение. 1996. — № 2. — С.67−68.
  20. А.Г., Трифонов В. Л., Березин С. Р. Разработка и исследование системы автоматического регулирования паровой винтовоймашины: Тез. докл. всеросс.научн.-техн. семинара // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1998. — № 3. — С. 117.
  21. М.И., Островский Э. С., Леснер Е. Ю. Микропроцессорная система управления углом опережения впрыскивания топлива. Статика // Дви-гателестроение. 1988. — № 6. — С.16−18,24.
  22. В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Колос, 1994. -224 с. V
  23. A.C., Мыльнев В. В., Брагинец В. А. Развитие конструкций автоматических муфт и устройств опережения впрыска автотракторных дизелей: Обзор. М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1975. — 50 с.
  24. М.В. Законы управления топливоподачей // Автомобильная промышленность. 1994. — № 9. — С.7−9.
  25. В.А. Определение оптимальных законов управления углом опережения впрыскивания топлива для транспортных дизелей // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1994. — № 4−6. — С.65−71.
  26. В.А. Улучшение экономических и экологических показателей транспортных дизелей путем управления процессом топливопо дачи: Дисс.. д-ра техн. наук: 05.04.02. М.: 1995. — 413 с.
  27. В.А., Кислов В. Г., Хватов В. А. Характеристики топливоподачи транспортных дизелей. М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. — 162 с.
  28. Математическая модель системы автоматического регулирования дизеля с турбонаддувом и изменяемым углом опережения впрыскивания / В. И. Крутов, В. А. Марков, В. И. Шатров и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1994. — № 1. — С.55−69.
  29. Микропроцессорная система управления автотракторным дизелем / А. Г. Кузнецов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов В.Л. и др. // Двигатель 97: Сб. тез. докл. междунар. науч.-тех. конф. М.: 1997. — С. 105−106.
  30. H.A., Френкель А. И. Обобщенные зависимости влияния регулировок дизеля на его токсичность и экономические показатели // Автомобильная промышленность. 1974. -№ 11.- С. 17−20.
  31. Е.А., Лобастов В. М., Шутков Е. А. Экспериментальное исследование САР скорости дизель-генератора переменного тока с электронно-гидравлическим регулятором // Двигателестроение. 1979. — № 9. — С.27−29.
  32. Определение оптимальных значений угла опережения впрыскивания топлива для дизелей транспортного назначения / В. И. Крутов, В. А. Марков, В. И. Шатров и др. // Двигателестроение. 1996. — № 1. — С.21−24.
  33. Патент № 2 127 814 РФ, МКИ F01D17/20. Система регулирования частоты вращения паровой машины / С. Р. Березин, А. Г. Кузнецов, В. Л. Трифонов и др. // Изобретения. -1999. № 8. — 4.2. — С.412.
  34. Ф.И. Электронное управление впрыскиванием топлива в дизелях. Коломна: Изд-во филиала ВЗПИ, 1989. — 146 с.
  35. Г. П., Федоров П. В. Применение средств электроники для дозировки топлива // Автомобильная промышленность. 1985. — № 3. С.18−21.
  36. Д. А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия. М.: Машгиз, 1963. — 640 с.
  37. Работа системы автоматического регулирования дизеля КамАЗ-740 с двухрежимным регулятором / Е. И. Блаженнов, Ю. Е. Хрящев, О. З. Шур и др.
  38. Автомобильная промышленность. 1985. — № 3. — С.6−7.
  39. Развитие топливоподающей аппаратуры при компьютеризации управления автомобильным дизелем / А. Э. Горев, В. К. Ефимов, Ю. Г. Котиков и др. // Двигателестроение. 1988. — № 3. — С.45−50.
  40. В.И.Крутов, А. Г. Кузнецов, В. Л. Трифонов и др Разработка систем управления дизелями, обеспечивающих улучшение экономических и экологических показателей // Тез. докл. межвуз. науч.-техн. конф. М., 1995. -Ч. 1.-С.98.
  41. Разработка электронной системы управления транспортным дизелем: Тез. докл. всеросс. науч.-тех. семинара / А. Г. Кузнецов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов и др. // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1999. — № 2. — С. 124.
  42. Л.А. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974. — 632 с.
  43. Система регулирования угла опережения впрыскивания топлива / А. Г. Кузнецов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов и др. // Автомобильная промышленность. 1994. — № 9. — С.9−12.
  44. Система управления топливоподачей транспортного дизеля / А. Г. Кузнецов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов и др. // Двигатель 97: Сб. тез. докл. междунар. науч.-тех. конф. М., 1997. — С.112.
  45. Система управления транспортным дизелем с регулированием угла опережения впрыскивания топлива / В. И. Крутов, А. Г. Кузнецов, В. Л. Трифонов и др. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз.сб. М.: МАМИ, 1995. — Вып.12. — С.37−41.
  46. Система управления транспортным дизелем с регулированием угла опережения впрыскивания / В. И. Крутов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов и др. // Грузовик. 1997. — № 12. — С.26−30.
  47. В.И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение, 1972.128 с.
  48. В.И. Современное состояние и новые проблемы экологии дизелестроения // Двигателестроение. 1991. — № 1. — С.3−6.
  49. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей / А. С. Орлин, Д. Н. Вырубов, В. И. Ивин и др.- Под ред.А. С. Орлина. -М.: Машиностроение, 1971. 400 с.
  50. В.И., Якунчиков B.B. Режимы работы и токсичные выбросы отработавших газов судовых дизелей. М., 1999. — 190 с.
  51. Топливный насос высокого давления с электронным управлением топливоподачей / А. Г. Кузнецов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов и др. / Снижение токсичности выбросов отработавших газов: Тез. докл. междунар. науч.- техн. сем.-М., 1999. С.30−31.
  52. Улучшение экономических и экологических показателей транспортных дизелей путем совместного управления процессами топливоподачи и воздухоснабжения / А. Г. Кузнецов, И. В. Леонов, В. Л. Трифонов и др. // Конверсия. 1996. — № 10. — С.40−44.
  53. Т.Р., Кратко А. П., Мазинг М. В. Пути снижения вредных выбросов отработавшими газами автомобильных двигателей. М.: НИИНавтопром, 1979. — 65 с.
  54. Формирование оптимальных настроек системы управления транспортным дизелем с регулированием угла опережения впрыскивания / В. И. Крутов, В. А. Марков, В. Л. Трифонов и др. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. (М.). 1996. — Вып.13. — С. 15−26.
  55. Е.П. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Энергоатомиздат, 1987. — 256 с.
  56. .А., Кавьяров С. И. Развитие устройств, автоматически регулирующих угол опережения подачи топлива // Труды Челябинского политехнического института. 1981. — Вып.268. — С. 145−149.
  57. Hiemesch О., Lonkai G., Schenkermayr G. Das BMW-Abgasreinigungskonzept fur Dieselmodelle // MTZ. 1990. — Jg.51. — 5. — S.196−200.
  58. Hofmann K.N., ummel k., Maderstein Т., Peers A. Das Common-Rail-Einspritzsystem ein nuen Kapitel der Diseleinspritztechnik // MTZ.-1997.- Jg.58.-10. — S.572−582.150
  59. Kawai M., Miyagi H., Nakano J. Toyota’s New Microprocessor -Based Diesel Engine Control System for Passenger Cars // IEEE Transaction on Industrial Electronics. 1985. — Vol.32, 4. — P.289−293.
  60. Klingman R., Brugemann H. Der neue Vierzylinder-Dieselmotor OM611 mit Common-Rail-Einspritzung. Teil 1: Motorconstruktion und mechanischer Aufbau // MTZ.-1997.- Jg.58.-11.- S.652−659.
  61. Nishizawa K., Ishiwata H., Yamaguchi S. A New Concept of Diesel Fuel Injection Timing and Injection Control System // SAE Technical Paper Series. -1987. — 870 434. — P.9.
  62. Parker R.F. Future Fuel Injection Requirements for Mobile Equipment Diesel Engines // Diesel and Gas Turbine Progress. 1976. — Vol.42, 10. — P. 18−19.
  63. Shiozaki M., Hobo N., Akahori J. Development of a Fully Capable Electronic Control System for Diesel Engine // SAE Technical Paper Series. 1985. -850 172.-P.8.
  64. Trenne M.U., Ives A.P. Closed Loop Design for Electronic Diesel Injection Systems // SAE Technical Paper Series. 1982. — 820 447. — P.133−139.
  65. УТВЕРЖДАЮ" Главный конструктор «ЗиЛ"1. Э. С. Дамьяно оЛ2000 г. 1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы В. Л. Трифонова «Улучшение экологических показателей дизелей путем использования микропроцессорной системы управления»
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!