Введение к работе
з Актуальность темы
Разработка и внедрение новых электронных систем автоматического управления (ЭСАУ) в двигателестроении является актуальной задачей для выполнения современных требований по токсичности отработавших газов (ОГ) и повышения эффективности рабочего процесса автомобильных дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДОС). Новые электронные системы могут обеспечивать оптимальное управление рабочим процессом впрыскивания топлива за счет индивидуального электронного импульсного регулирования смесеобразования в камере сгорания в каждом рабочем цикле каждого цилиндра двигателя, как на установившихся, так и на переходных режимах. Для улучшения мощностных, экономических и экологических характеристик современных автомобильных дизельных ДВС необходимо совершенствовать не только основные элементы электронных топливных систем (ЭТС), но и алгоритм микропроцессорных систем управления (МПСУ). Прогрессивное развитие ЭТС требует использование более быстрого и точного электромеханического преобразователя для топливной форсунки, при внедрении которого характеристики впрыскивания топлива значительно расширяются.
Актуальность данной работы определяется её направленностью на изучение злектрофизичесішх процессов, возникающих в пьезоэлектрическом приводе (пьезоприводе) топливной форсунки, способов реализации принципов формирования управляющего сигнала пьезопривода, а также на разработку и исследование различных алгоритмов управления и формирования управляющих сигналов в зависимости от режимов работы ДВС.
Цель и задачи
Целью и задачей исследования является определение оптимального алгоритма электрической активации пьезопривода топливных форсунок дизельных ДВС с микропроцессорным управлением. Для достижения этого необходимо:
разработать математическую модель пьезопривода для управления клапанами топливных форсунок с МПСУ и исследовать работу пьезопривода при воздействии нагрузки, передаваемой от управляющего клапана топливной форсунки;
разработать методы измерения линейных перемещений пьезопривода на основе метода непосредственной оценки, для статического и динамического режимов работы пьезопривода при применении как постоянного, так и импульсного управления пьезоприводом;
разработать метод подбора пьезокерамики с оптимальными характеристиками для использования его в пьезоприводе клапанов форсунок;
разработать лабораторную установку для исследования работы пьезопривода в статическом и динамическом режимах, а также макет ЭСАУ, обеспечивающий заданные параметры электрического импульса активации пьезопривода.
Методы исследования
Теоретическое исследование математической модели пьезопривода для форсунок дизельных двигателей проводилось с использованием основных физико-математических законов, алгебраических и дифференциальных уравнений. Математическая модель реализована в виде математических расчетов в пакетах прикладных программ: Excel, Statistika, MathCAD.
Экспериментальные исследования пьезоприводов проводились на специально изготовленных стендах в лабораторных условиях в МГТУ «МАМИ» на кафедре АТЭ и в КИ МГОУ.
Научная новизна
На основе анализа систем электронного управления цикловой подачей предложено использовать пьезопривод в электрогидравлической форсунке с разгруженным клапаном и применить для пьезопривода двуполярный управляющий сигнал, что позволяет увеличить быстродействие пьезопривода.
После анализа возможных конструктивных решений для пьезоприво-дов, с зависимой характеристикой от температурных воздействий, предложена дифференциальная схема расположена пьезоприводов, которая позволит уменьшить габариты пьезопривода и компенсировать изменение длины от температурных воздействий по оси направления силы воздействия.
На основе разработанной математической модели реализован метод подбора пьезокерамики с оптимальными характеристиками для использования его в пьезоприводе клапанов форсунок.
Практическая ценность
Использование математической модели пьезопривода при разработке и моделировании работы МПСУ дизельных двигателей позволило во многих случаях отказаться от проведения большого объема натурных испытаний.
Разработанные методы расчета и основы проектирования пьезоприводов используются в МГТУ «МАМИ» и ФГУП «НИИАЭ», где занимаются их внедрением на современные дизельные ДВС.
Разработанная лабораторная установка для исследования работы пьезопривода используется ФГУП «НИИАЭ» для сертификации пьезоприводов.
Представлены алгоритмы решения актуальной научной и практической задачи по внедрешгю оптимального электромеханического преобразователя (ЭМП) в МПСУ дизеля и способы выбора конструктивных и пьезоэлектрических параметров пьезопривода для клапанов топливных форсунок.
Реализация результатов работы
Основные положения и результаты работы реализованы в научно-исследовательских и учебно-педагогических работах и в практике разработки ЭСАУ в ФГУП НИИ «Автоэлектроника», в рамках преподавания курса «САПР АТЭ» - МГТУ «МАМИ».
Основные положения, выносимые на защиту
1. Анализ способов реализации электронного управления процессом впрыскивания топлива в дизельных ДВС;
Математическая модель пьезопривода для управления клапанами топливных форсунок дизельных двигателей;
Методика измерений малых перемещений, для работы пьезопривода в статическом и динамическом режимах;
Результаты исследований статического и динамического режимов работы пьезопривода на персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ).
Личный вклад автора
Проведена классификация и анализ способов реализации электронного управления процессом впрыскивания топлива в дизельных ДВС. Разработана математическая модель для единичного элемента и пакетного пьезопривода.
Разработана методика измерения малых перемещений пьезопривода. Выполнены исследования статического и динамического режимов работы пьезопривода в лабораторных условиях и на ПЭВМ.
Для пьезоприводов, с зависимой характеристикой от температурных воздействий разработана дифференциальная схема расположения пьезоприводов.
Определен оптимальный алгоритм электрической активации пьезопривода топливных форсунок дизельных ДВС с МПСУ.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались автором, и обсуждались на научно-технической конференции и семинаре:
30 января 2007г. МАДИ (ГТУ) на 65 научно-методической и научно-исследовательской конференции;
30 января 2008г. МГТУ им. Н.Э. Баумана на ВНТС по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок. Заседание №83.
Публикации
По теме диссертации опубликованы три статьи, и тезис одного доклада, при этом две статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
