У роботі представлений новий алгоритм розрахунку кута випередження запалювання для двигуна внутрішнього згоряння, який дозволяє поліпшити індикаторні характеристики двигуна за рахунок вибору моменту підпалу паливно-повітряної суміші, що забезпечує досягнення максимального тиску в циліндрі в цільовому діапазоні повороту колінчастого вала. Наводяться результати експериментів, що підтверджують коректність процедури розрахунків і переваги запропонованого алгоритму.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Береснев Максим Олексійович


IGNITION ADVANCE CALCULATION ALGORITHM FOR ACHIEVEMENT OF MAXIMUM PRESSURE IN CYLINDER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN DESIRED RANGE

Article presents new ignition advance angle calculation algorithm for internal combustion engine control systems that allows to improve main engine characteristics due to choice of fuel-air mixture burning moment providing achievement of maximum pressure in cylinder in special range of crankshaft turning angle. Besides theoretical description, work contains results of experiments, proving calculation procedure correctness and advantages of the proposed algorithm.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2010
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Алгоритм розрахунку кута випередження запалювання для досягнення максимального тиску в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння в цільовому діапазоні'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм розрахунку кута випередження запалювання для досягнення максимального тиску в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння в цільовому діапазоні»

    ?Родіонова Анастасія Євгенівна ІПУ РАН.

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    117997, г. Москва, ул. Профспілкова, д. 65. Тел .: 84953347168. '

    Rodionova Anastasia Evgenevna

    ICS RAS.

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    65, Profsouznaya street, Moscow, 117997, Russia. Phone: 84953347168.

    УДК 629.113

    МЛ. Береснев

    АЛГОРИТМ РОЗРАХУНКУ кута випередження запалювання ДЛЯ

    ДОСЯГНЕННЯ МАКСИМАЛЬНОГО ТИСКУ В ЦИЛІНДРІ двигунів внутрішнього згоряння В ЦІЛЬОВОМУ ВИПРОМІНЮВАННЯ

    У роботі представлений новий алгоритм розрахунку кута випередження запалювання для двигуна внутрішнього згоряння, який дозволяє поліпшити індикаторні характеристики двигуна за рахунок вибору моменту підпалу паливно-повітряної суміші, що забезпечує досягнення максимального тиску в циліндрі в цільовому діапазоні повороту до. , Процедури розрахунків і переваги запропонованого алгоритму.

    Кут випередження запалювання; двигун внутрішнього згоряння.

    M.A. Beresnev

    IGNITION ADVANCE CALCULATION ALGORITHM FOR ACHIEVEMENT OF MAXIMUM PRESSURE IN CYLINDER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN DESIRED RANGE

    Article presents new ignition advance angle calculation algorithm for internal combustion engine control systems that allows to improve main engine characteristics due to choice of fuel-air mixture burning moment providing achievement of maximum pressure in cylinder in special range of crankshaft turning angle. Besides theoretical description, work contains results of experiments, proving calculation procedure correctness and advantages of the proposed algorithm.

    Ignition advance angle; internal combustion engine.

    .

    , -

    ,

    . -

    Ляскни гази [1].

    менше токсичних продуктів згоряння буде викинуто в атмосферу. Однак при цьому суміші не можуть бути дуже бідними, оскільки це призводить до зростання температури і утворення оксидів азоту. Повнота згоряння палива, в свою

    , -

    повітряної суміші і моментом її підпалу, який впливає не тільки на екологічні-

    , . кутом випередження запалювання (УОЗ), тобто кутом повороту кривошипа від моменту, при якому на свічку запалювання починає подаватися напруги для пробою ис-

    Кров проміжку до заняття поршнем верхньої мертвої точки (ВМТ). Визначення моменту випередження запалювання, що забезпечує повне згоряння суміші поряд з досягненням заданих характеристик двигуна, є актуальною, -,: -чета УОЗ на підставі необхідного крутного моменту [2], визначення моменту запалювання по діаграмах з поправочними коефіцієнтами [3].

    Перший спосіб грунтується на залежності між кутом випередження запалювання і крутним моментом двигуна, описаного математичною моделлю. Метою даного способу є досягнення оптимального, за певними разра-, -тімального УОЗ [2]. Внаслідок складності розрахунку відбуваються в циліндрі ,

    фізичної картині цих процесів, і, отже, точність даного способу лімітується обчислювальним можливостям блоку управління двигуном. Крім складності розрахунків, спосіб додатково ускладнюється великою кількістю поправочних функцій, що використовуються в разі невідповідності фактичного крутного моменту оптимальному. При визначенні кута випередження запалювання по діаграмах з поправочними коефіцієнтами, для розрахунку УОЗ використовується тривимірна поверхня, що відбиває його залежність від двох чинників, обраних розробниками основними, наприклад, від навантаження на двигун і його оборотів. Зазвичай така «б ^ ова» поверхню заповнюється за результатами випробувань контрольної партії двигунів, з оптимізацією по деякому набору параметрів, серед яких можуть бути економічність, екологічність, еластичність . . , -

    ,

    .

    може бути досить значним, що призводить до ускладнення алгоритму розрахунку УОЗ та підвищення вимог до обчислювальними ресурсами електронного блоку управління двигуном [2, 4].

    У даній статті пропонується новий спосіб розрахунку кута випередження зажи-

    ,

    , ,

    , -

    собствует найбільш повного згоряння палива [5]. Як правило, згаданий діапазон становить від 8 до 14 градусів після ВМТ [6] і визначається конструкцією

    двигуна і режимом його роботи.

    Розробка процедури розрахунку УОЗ для досягнення максимального тиску в цільовому діапазоні. Для визначення кута випередження запалювання, що забезпечує досягнення максимального тиску у цільовому діапазоні була розроблена процедура розрахунку, яка складається з таких основних етапів:

    1) -

    диться розрахунок термодинамічної становить тиску в циліндрі;

    2) -

    , ;

    3) -

    вующий їй кут випередження запалювання.

    Термодинамічна складова тиску являє собою набір значень тиску в циліндрі, що змінюється в залежності від положення колінчастого вала без подачі іскри. Її розрахунок починається з визначення тиску в циліндрі наприкінці такту впуску за такою формулою [5]:

    .

    1 \, л ч Тл + дт, 1 / -1 \

    Ра =; х [(е - 1) ^ Ро х - ^ т- + Рг \, (!)

    де е - ступінь стиснутий ия двигуна;

    П - коефіцієнт наповнення;

    р0- тиск на впуску ДВС;

    Т0- температура надходить у двигун повітря;

    АТ - збільшення температури вступника в циліндр повітря від поверхні гарячих стінок;

    рг - тиск залишкових газів.

    Отримане значення тиску в циліндрі наприкінці такту впуску є відправною точкою для розрахунку термодинамічної складової тиску в циліндрі на проміжку від нижньої до верхньої мертвої точки. При цьому кут повороту колінчастого вала ф змінюється від 0 до 180 градусів з кроком в 1 градус. Значення тиску обчислюється за формулою [5]:

    Р (Ф) = Ра (^) 1, (2)

    де п1 - показник політропної процесу; ? (А) - кінематична функція зміни обсягу циліндра:

    ?(Ф) = 1 + про (ф) (^), (3)

    (Ф) -:

    про (ф) = 1 + | - (cos у + ^ ^ 1 - А2 БШ2 ф), (4)

    Я - відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна.

    Після розрахунку необхідного набору значень термодинамічної складової тиску можна виконати розрахунок кінетичної складової, яка представляє собою набір значень тиску всередині циліндра в залежності від повороту колінчастого вала з урахуванням горіння паливно-повітряної суміші. Для цього процес горіння розбивається на інтервали, що виражаються в градусах повороту колінчастого вала. Інтервал задається межами [фп-1, фп], а тиск на правій межі кожного наступного інтервалу фп обчислюється на підставі значення тиску на правій межі попереднього інтервалу фп.1 за формулою [5]:

    () _ 2хдггхАдс + р (уп_1) х (Ут; (уп_1) - "(>"))

    ) _ ^ (Рп) -і (срп_ ^ '(5)

    де - повна питома теплота згоряння палива; Ах - частка палива, що згорів за час повороту колінчастого вала від ФП1 до фп, що розраховується за формулою Віббе

    чпгі + і "чпгі + і

    * Ппп., Ґ<Рп-і \

    . -6,908x1- ^) -6,908x1 ^^ 4

    Дх = е - е 1 <Р2)

    (6)

    і (ф) - питомий об'єм робочого тіла, відповідного кутах повороту колінчастого вала ф, який визначається за формулою [5]:

    ь (ф) = 1 - ^ X (1 + про (ф) х ^), (7)

    оа - це питома обсяг робочого тіла в кінці такту впуску, рівний відношенню обсягу циліндра до циклової наповненню в кінці такту впуску.

    Після завершення розрахунку кінетичної складової тиску визначається максимальне значення в наборі і відповідний йому кут повороту колінчастого вала. Якщо останній знаходиться в цільовому діапазоні, то кут випередження запалювання, що забезпечив при цьому максимальний тиск в циліндрі визначається як 180 - р, де р-кут, з якого було розпочато розрахунок кінетичної зі.

    Алгоритмічна реалізація процедури розрахунку. Обчислення кута опе-,

    необхідному діапазоні кута повороту колінчастого вала, являє собою послідовність операцій з умовними переходами і циклами, яку зручно представити алгоритмом, схема якого наведена на рис. 1.

    Мал. 1. Схема алгоритму обчислення УОЗ за методом максимального тиску

    На першому етапі опитування датчиків для отримання значень тиску на впуску,. Ці дані використовуються для розрахунку набору значень термодинамічної зі-

    складової тиску в циліндрі, після чого визначається початковий момент запалювання р8, який також використовується в якості початкового кута для розрахунку кінетичної складової тиску в циліндрі. Далі виконується цикл розрахунку набору значень кінетеческой складової тиску. При цьому кожне наступне значення порівнюється з попереднім і якщо тиск збільшується, то відбувається наступна ітерація циклу, а якщо тиск зменшується, то максимальне значення вважається досягнутим і проводиться перевірка приналежності відповідного максимальному тиску куту повороту колінчастого вала рп-1 цільовим інтервалу. Якщо рп-1 потрапляє в цільової інтервал, то початковий момент запалювання перераховується в кут випередження запалювання, який є цільовим і використовується для займання паливно-повітряної суміші в потрібний момент в поточному циклі роботи ДВС. Якщо рп-1 перевищує значення правої межі цільового інтервалу (рп-1>192 °) або має значення менше, ніж ліва межа цільового інтервалу (рп-1<188 °), то розрахунок кінетичної складової необхідно повторити, скорегувавши початковий момент запалювання до більш пізнього або більш ранньому значенням відповідно.

    .

    складалася з декількох етапів. По-перше, була складена програма [7], що виконує розрахунок тиску в камері згоряння і визначення максимального його значення у часі на підставі відомих параметрів двигуна внутрішнього , -

    грамі. Потім був поставлений експеримент, який підтверджує правильність розрахунків термодинамічної складової тиску, а після цього був проведений екс, -

    та кута випередження запалювання за методом діаграм з поправочними коефіцієнтами до розрахунку У 03 за пропонованим алгоритму, що забезпечує досягнення максимуму тиску в циліндрі в цільовому діапазоні.

    Перевірка результатів розрахунку термодинамічної складової. Для перевірки процедури розрахунку термодинамічної складової тиску була проведена серія замірів тиску в циліндрі працюючого двигуна об'ємом 1.8 2110., до складу якого такі компоненти: датчик тиску в циліндрі; пристрій для реєстрації сигналу датчика, в якості якого був обраний мотортестер МоЮБос II; пристрій для знімання діагностичних показників двигуна, чиї

    функції виконував сканер 8сапБ ° С і засіб запису і візуалізації отриманих

    ,

    програмним забезпеченням Ріапех. Загальна схема вимірювального стенду попер. 2.

    Мал. 2. Схема стенду для проведення експерименту:

    1 - а / м з датчиком тиску в I циліндрі, 2 - мотор-тестер Moto-Doc II, 3 - сканер ScanDoc, 4 - комп'ютер з ПО Quantex

    Для вимірювання тиску в перший циліндр замість свічки запалювання був встановлений датчик тиску 0-16 атм., Підключений до 3-му каналу мотор-тестера МоЮБос II, який обробляв сигнал і передавав його через комутатор на ,

    циліндрі на індикаторної діаграмі і її подальший аналіз. Робочі параметри двигуна фіксувалися сканером 8салБос, підключеним до ЕБУ автомобіля і комп'ютера.

    В ході експерименту були зняті графіки тиску в циліндрі без займання палива при оборотах колінчастого вала 1 278, 1 500 і 3 015 об / хв. Максимальні значення тиску склали 8,04, 12,29 і 15,48 атм. відповідно. Отримані в результаті експерименту початкові умови були введені в про, -льон для тих же обертів колінчастого вала, що були зафіксовані в експерименті при відповідних виміряних параметрах. Максимальні значення тиску для 1 278, 1 500 і 3 015 об / хв склали 8,24, 12,4 і 15,29 атм. відповідно. Отримані в ході експерименту і в результаті розрахунків дані представлені на рис. 3 і в цілому відповідають один одному, відмінності в значеннях максимального тиску не перевищують 2,5%, що підтверджує правильність процедури розрахунку термодинамічної складової тиску.

    2 »

    Гі, град, по КВ

    б

    Мал. 3. Результати вимірювання тиску в циліндрі і розрахунок тиску за пропонованим алгоритму

    Перевірка реакції індикаторних параметрів ДВС на досягнення максимального тиску в циліндрі в цільовому діапазоні. Для перевірки результатів роботи алгоритму розрахунку УОЗ, що забезпечує досягнення максимуму тиску в циліндрі в цільовому діапазоні було проведено порівняння потужності і моменту / -щімі функціями і розрахованих по поданому вище алгоритму.

    Проведення експерименту було забезпечено вимірювальним стендом наступної конфігурації (рис. 4): пристрій для знімання потужності і моменту двигуна, в якості якого використовувався комплекс МАНА ЬР83000; датчик для реєстрації максимуму тиску в циліндрі; пристрій для знімання інформації з вищевказаного датчика і імпульсу свічки запалювання, для чого був обраний мотор-тестер Мо1оБос II; пристрій моніторингу діагностичних параметрів, функції якого виконував сканер 8салБос і засіб запису і візуалізації підлозі-

    а

    чинних сигналів, для чого був використаний персональний комп'ютер з встановленим програмним забезпеченням Ріайех.

    Мал. 4. Схема стенду для проведення експерименту:

    1 - комплекс MAHA LPS3000, 2 - а / м з датчиком тиску в I циліндрі,

    3 - мотор-тестер Moto-Doc II, 4 - сканер ScanDoc, 5 - комп'ютер з ПО Quantex

    Для вимірювання потужності і крутного моменту на колінчастому валі автомобіля він встановлювався на мощностной стенд МАНА ЬР83000. При цьому на свічку запалювання першого циліндра було встановлено п'єзометричний датчик, який вимірює сумарну силу, що впливає на частину свічки, розташовану внут-.

    , , точка досягнення його максимального значення після ВМТ, а також не проводилась фільтрація сигналу, оскільки уловлюються датчиком вібрації від газорозподільного механізму не потрапляють в зони вимірюваного сигналу. В процесі вимірювання потужності сигнал п'єзометричного датчика і також імпульс свічки запалювання фіксувався мотор-тестером МоЮБос II, а відповідний кут випередження запалювання і положення ВМТ - сканером 8салБос. Дані з мотор-тестера і мощностного стенду записувалися на ПК для подальшого аналізу.

    При першому вимірі потужності і моменту ДВС на зовнішньої швидкісної харак-, -

    ,

    діапазон (рис. 5, а). Особливо це помітно в проміжку від 1 800 об / хв до 2 800 об / хв. При обробці даних було виявлено, що в даній режимної точці при УОЗ 20 ° ПКВ точка максимального тиску в циліндрі виходить з цільового проміжку на 350, що є неприпустимим.

    р

    ] _

    а б

    Мал. 5. Осцилограми тиску в циліндрі при розрахунку УОЗ: а - по методу діаграм; б - за пропонованим алгоритму

    Далі УОЗ був змінений за пропонованим алгоритму. Осцилограма сигналу в тій же самій режимної точці змінилася і прийняла вигляд, наведений на рис. 56. При цьому УОЗ дорівнював 30о ПКВ, а точка максимального тиску відстоїть від ВМТ на 10о тобто знаходиться в цільовому діапазоні, що побічно підтверджує правильність розрахунку кінетичної складової.

    Отримані в результаті експерименту криві потужності і крутного моменту явно показують поліпшення характеристик двигуна при розрахунку УОЗ за пропонованим алгоритму в порівнянні з розрахунком за методом діаграм з поправочними функціями, особливо в діапазоні 1800-2800 об / хв, що підтверджує актуальність досліджень в даному напрямку.

    м \

    / - //

    / 7

    p

    1000 2000 3000 4000 і, об / МНН

    Мал. 6. Порівняння потужності (P-норм) і крутного моменту двигуна (M-норм) при розрахунку УОЗ за методом діаграм з поправочними функціями (тонкі лінії) і за пропонованим алгоритму (жирні лінії)

    Висновок. Запропонований в статті алгоритми итм розрахунку кута випередження запалювання дозволяє поліпшити індикаторні характеристики двигуна, в тому числі розвивається потужність, крутний момент на колінчастому валі і кількість споживаного палива за рахунок вибору моменту підпалу паливно-повітряної, -вом діапазоні. Подальші дослідження планується направити на розробку моделей впускного і випускного трактів автомобіля, що дозволить збільшити точність розрахунку тиску в циліндрі, а, отже, і точність обчислення кута випередження запалювання. Крім того, ці моделі забезпечать можливість прогнозу крутного момент на колінчастому валі і дозволять оптимізувати процес .

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Амбарцумян В.В., Носов В.Б., Тагасов В.І. Екологічна безпека автомобільного транспорту. - М .: ТОВ Вид-во Научтехлітіздат, 1999..

    2. Системи керування бензиновими двигунами. Переклад з німецької. - М .: ТОВ «Книжкове видавництво« За кермом », 2005. - 432 с.

    3. Corky B. Maximum boost: designing, testing and installing turbocharger systems. - Cambridge: Bentley Publishers, 1997. - 256 p.

    4.. . . -: -

    іздат, 1997. - 173 с.

    5. Шароглазов Б.А., Фарафонтов М.Ф., Клеменьтев В.В. Двигуни внутрішнього згоряння: теорія моделювання і розрахунок процесів. - Челябінськ: ЮУрГУ, 2004. - 344 с.

    6. Пшіхопов В.К, Дорух КВ., Береснев А.Л., Береснев MA. Рішення про видачу патенту від 26.01.10 на корисну модель №2009148514 «Система запалювання автомобіля».

    7. Береснев А.Л., Береснев MA. Свідоцтво про реєстрацію програми для ЕОМ №2010610643 від 15.01.10 «Програма розрахунку параметрів робочого циклу двигуна внутрішнього згоряння».

    Береснев Максим Олексійович

    Технологічний інститут федерального державного освітнього закладу вищої професійної освіти «Південний федеральний» . .

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    347928, м Таганрог, пров. Некрасовський, 44.

    .: 88634393750.

    Beresnev Maksim Alekseevich

    Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education "Southern Federal University".

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.

    Phone: 88634393750.

    УДК 681.3.069

    B.A. Каграманянц

    МЕТОД ПІДВИЩЕННЯ КОМПРЕСІЇ аудіосигнали НА ОСНОВІ

    Оптимізувати ДЕЛЬТА-ПЕРЕТВОРЕНЬ ДРУГОГО

    ПОРЯДКУ

    У статті розглядається метод підвищення ступеня компресії аудіосигналів, закодованих за допомогою оптимізованого дельта-перетворення другого порядку зі згладжуванням.

    компресія; аудіо; дельта-перетворення.

    V.A. Kagramanyants

    A METHOD OF INCREASED COMPRESSION OF AUDIO-SIGNALS BASED

    ON OPTIMIZED DELTA-TRANSFORMATIONS OF SECOND ORDER

    The paper discusses a method of increasing compression ratio of audio signals, encoded with optimized delta-modulation of second order with anti-aliasing.

    Compression; audio; delta-transformation.

    Постійно збільшуються обсяги переданих по комунікаційним каналам мультимедійних даних викликають необхідність розробки методів ефективної компресії сигналів для забезпечення кодування і декодування аудіо-та відео в реальному часі, що особливо актуально для многок-.

    Відомий метод компресії аудіосигналів, заснований на дельтапреобразованіях другого порядку і відрізняється малою обчислювальної трудомісткістю, суть якого полягає в наступному [1]. Вхідний сигнал у вигляді послідовності звітів імпульсно-кодової модуляції, розділеної в тимчасовій області на неперекривающіеся фрагменти (вікна), надходить на вхід кодера. для


    Ключові слова: Кут випередження запалювання / ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ / IGNITION ADVANCE ANGLE / INTERNAL COMBUSTION ENGINE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити