автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Быстрое экспериментальное определение базовых регулировок при многопараметрическом управлении двигателем

См

На правах рукописи

Хавторин Сергей Викторович

Быстрое экспериментальное определение базовых регулировок при многопараметрическом управлении двигателем.

( Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели )

автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1995 г.

Раоота выполнена в Московском государственном автомобпльно-дорожном инстихуте (техническом университете) на кафедре автотра кт: орн ых дан гате л ей.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Черняк Б Л.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

академик Луков Николай Михайлович кандидат технических наук, Вахошин Лев Иванович

Ведущая организация - НПО "Автоэлектроника"

Защита состоится "„Д/_''^^(¿йАр.Д. 1995г. в часов на

заседании диссертационного совета К053.30.09 в Московском Государственном Автомобильно - Дорожном Институте ( Техническом Университете ) по адресу : 125829, Москва. А-319. Ленинградский проспект, д.64. ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке иастигуга.

А в гор ефера т разосяа н " 2/ " 1995г.

Ученый секретарь диссертационного сове га кандидат технических наук

профессор Б.М.Бдасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание двигателей с многопарамегри-ческим управлением рабочим процессом сталкивается со сложной задачей - получением калибровок базовых матриц управления. Решение этой задачи очень трудоёмко из-за постоянного роста числа управляющих воздействий, а также взаимосвязанности и многой тсра цнонности процесса доводки двигателя и поиска оптимальных управлений (калибровки). Необходима разработка путей, позволяющих осуществлять быстрое экспериментальное решение такой задачи.

Цели работы. Разработать пути решения оптимизационной задачи, позволяющие вести калибровку -экспериментально и обеспечивающие снижение трудоёмкости поиска оптимальных управлений с учётом экономических и экологических показателей. Исследовать эффективность систем рециркуляции отработавших газов (РОГ), управления вихревым движением заряда (ВДЗ), интенсифицированного зажигания (СИЗ), как способов управляющих воздействий на рабочий процесс и эффективность связанного многопараметричеекого управления двигателем на примере связанного управления при нескольких варьируемых параметрах ( а, УОЗ, РОГ, ВДЗ, искровой разряд повышенной энергии). Разработать приёмы, ускоряющие технологию доводки многопараметрического управления и выбор базовых калибровок микропроцессорных систем управления (МСУ). Апробировать предложенные подходы на моделях и экспериментально.

Методы и объекты исследования. Исследование эффективности рециркуляции отработавших газов, управляемой интенсивности вихревого движения заряда, систем интенсифицированного зажигания и их совместного действия проводилось на испытательных стендах ПЛТД МАДИ. Объектами исследования являлись экспериментальные двигатели с распределённым впрыскиванием топлива ВАЗ-2110 (дооборудованный для проведения исследований системой РОГ и СИЗ) и ВАЗ-2112 (16-клапанный, с дополнительно установленными системами РОГ, ВДЗ и. СИЗ). Исследование методов быстрого поиска оптимальных управлений выполнено расчётно с применением математического моделирования.

Для построения статистических математических моделей были определены серии регулировочных характеристик V! проведён ряд планированных многофакторных экспериментов для нескольких нагрузочно - скоростных режимов. Адекватность построенных моделей проверялась по статистическим критериям, а также сопоставлением расчетных и контрольных экспериментальных данных. Экспериментальная проверка метода быстрого поиска проводилась в интерактивном режиме на стенде ПЛТД МАДИ.

Научная новизна. Разработаны два варианта экспериментального решения оптимизационной задачи выбора калибровок МСУ, обеспечивающих существенное сокращение объёма работ без потери точности.

На моделях и экспериментально применён и исследован новый метод быстрого поиска калибровок базовых матриц управления.

Впервые теоретически и экспериментально исследованы последствия неравномерного распределения рециркулирующих газов по цилиндрам при распределённом впрыскивании топлива. Установлено, что неравномерное распределение РОГ приводит к изменению состава смеси по цилиндрам и, следовательно, к изменению состава ОГ, поступающих к нейтрализатору.

С использованием динамической модели двигателя по контуру управления рециркуляцией изучена динамика поступления РОГ в цилиндры на неустановившихся режимах. Показано, что задержка поступления рециркулирующих газов приводит к изменению состава смеси и может сказаться на эффективности работы системы нейтрализации О Г.

Практическая ценность. Предложенные пути поиска оптимальных управлений позволяют экспериментально осуществить калибровку МСУ, полностью формализовать постановку задачи, а, следовательно, вести поиск на автоматизированных стендах, значительно сократить время, затрачиваемое на адаптацию МСУ.

Анализ возможных последствий неравномерного распределения РОГ по цилиндрам и динамических задержек при подаче РОГ позволил определить возможные направления дальнейшего снижения выбросов токсичных компонентов.

Практическая реализация. Разработанные пути экспериментального поиска калибровок МСУ приняты и используются в

работах Поволжского Отделения Инженерной Академии Российской Федерации (ПО АИРФ) и НТЦ ВАЗ.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на международной конференции по двигателям внутреннего сгорания и автомобилям "МОТАЬТО '93" в Софии - Семково (1993г.) , на научно-техническом семинаре по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок в МГТУ им.Баумана (1994г.), на научно-технической конференции ЮН С "94 в ВТУ "Ангел Кънчев" (1994г.), на научно-технической конференции "Современные требования к экономическим показателям АМТС и двигателей и пути их обеспечения" в Дмитрове (1994г.), на международном симпозиуме по автоэлектрике и автоэлектронике в Суздале (1995г,), на междунарадном научно-практическом семинаре "Современный автомобиль: л'прзвление и материалы" в Тольятти (1995г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 2 статьи, тезисы 3 докладов и 2 научно-технических отчёта МАДИ.

Обгё'м работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Общий объём работы - 198 страниц, в том числе 130 страниц основного текста, 53 иллюстрации, 21 таблица и 2 приложения. Список литературы содержит 76 источников, в том числе 39 источников на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ тенденций развития двигателя с искровым зажиганием и проблем, возникающих с переходом к многопараметричеекому управлению.

Резервы совершенствования токсических, экономических, мощностных показателей двигателя с искровым зажиганием связаны с развитием методов управляемого воздействия на протекание рабочих процессов, позволяющего на каждом режиме осуществлять комплексное управление системами двигателя, (многопараметрическое управление рабочим процессом двигателя при помощи МСУ).

Основные трудности, возникающие при калибровке микропроцессорного управления двигателем, определяются:

- Постоянным увеличением числа управляющих воздействий на рабочий процесс двигателя (управление углом опережения зажигания фз, составом смеси а, моментом начала подачи топлива фвпр. , рециркуляцией отработавших газов, вихревым движением заряда, фазами газораспределения и т.д.);

- Взаимосвязанноетью этих управляющих воздействий, что приводит к необходимости одновременного (совместного) определения оптимальных значений всех, или по крайней мере многих, управляющих воздействий;

- Необходимостью выполнить одновременно ряд противоречивых требований, предъявляемых к двигателю и автомобилю (экономичность, мощность, токсичность, устойчивость работы, ездовые качества и др.);

- Многорежимностыо работы двигателя и изменением целевой функции и ограничений в зависимости от области в поле допустимых режимов работы двигателя;

- Неустановившимся характером режимов работы двигателя, что требует определения не только базовых, но и большого числа корректирующих матриц;

- Принятым методом оценки экономичности и токсичности автомобиля по интегральным показателям за сумму режимов ездового цикла (ЕЦ).

Сложность оптимизации работы двигателя и МСУ объясняет актуальность задачи снижения трудоёмкости их разработки и, в частности, актуальность разработки эффективных путей получения базовых матриц дня каждого управляющего воздействия, как одного из наиболее важных и длительных этапов при создании МСУ.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена анализу методов поиска оптимальных управлений и разработке постановки задачи, позволяющей вести экспериментальный выбор калибровок.

Существующие подходы к поиску оптимальных управлений, разработанные специалистами крупнейших зарубежных фирм и в нашей стране, можно разделить на несколько групп (рис. !.).

ф. "AVL"

Ul

Рис. 1. Классификации меюдоз поиска оптимальных управлений.

Анализ рассмотренных в работе методов оптимизации показывает, что при экспериментальной калибровке МСУ (поиске базовых управлении) решение находится путём ряда итераций, что требует существенного объёма опытов. При расчётной оптимизации необходимо предварительное определение математических моделей, которые получаются экспериментально, что также довольно трудоёмко. Недостаточная точность таких моделей (особенно общих для широкого диапазона нагрузочно-екоростных режимов) приводит к необходимости дополнительной экспериментальной проверки выбранных калибровок. Т.о. представленные на схеме методы либо недостаточно точны, либо требуют большого объёма эксперимента.

Известные пути поиска оптимальных управлений имеют ряд общих недостатков. При поиске калибровок, обеспечивающих предельно возможную экономичность и выполнение норм по выбросам токсичных компонентов решение задачи приведёт к тому, что:

1), Ограничения по выбросу токсичных компонентов будут выполняться только на режимах, входящих в ЕЦ, а для остальных режимов автоматически будут получены управления соответствующие максимальной экономичности без учёта токсичности.

2). Различный подход к выбору управлений для режимов, лежащих на траектории ЕЦ и вне этой траектории, приведёт к существенному различию вектора управляющих воздействий для соседних ячеек матрицы микропроцессора, т.е. будет получена поверхность управления с резкими перепадами. Сложная, "острая" поверхность управления может стать причиной низкой робастности МСУ, т.е. невозможности сохранять оптимальное управление в процессе выпуска автомобилей и при их эксплуатации из-за изменения характеристик автомобиля и двигателя и (или) внешних возмущений.

3), ЕЦ включает неустановившиеся режимы работы, режимы пуска, прогрева, принудительного холостого хода. Базовая матрица предусматривает управление прогретым двигателем на установившихся режимах. В этом случае трудно точно установить предельные значения ограничений по токсичности при калибровке базовой матрицы, а также определить переход от динамического управ-

пения к поиску калибровок в квазистатической постановке.

Для того, чтобы избежать потери робаетности управления необходимо получить сглаженную поверхность управления. Сглаживание поверхности, переход от динамической постановки задачи к эквивалентной матрице установившихся режимов, приближённое назначение ограничений по токсичности т.е. доли выбросов токсичных компонентов приходящаяся на активные режимы работы прогретого двигателя по НЦ делают точное решение задачи невозможным.

Предложены два варианта решения позволяющие без заметной потери качества сократить объём экспериментов при калибровке базовых матриц МСУ (рис. 2) .

Решение начинается с расчётного анализа ЕЦ и выбора опорных или эквивалентных режимов. На следующем этапе экспериментально для каждого опорного режима находят управления, обеспечивающие максимальную экономичность двигателя без ограничения токсичных выбросов. Одновременно в процессе поиска измеряют токсичные выбросы. На основании выбранных управлении и соответствующих им показателей двигателя расчётно прогнозируют показатели автомобиля при выполнении ЕЦ и если нормы на токсичные выбросы выполняются, то найденное решение принимается как окончательное. В противном случае поиск управлений продолжается по двум возможным вариантам:

а). Первый вариант.

По локальным моделям, подученным для ограниченного числа (12 - 15) опорных режимов в ходе стендовой оптимизации без ограни-чений по токсичности решают вариационную задачу выбора опти-мальных по экономичности управлений с учётом токсичности. Расчётное решение позволяет примерно установить допустимые значения выбросов токсичных компонентов для каждого опорного режима В*ц. После этого переходят к экспериментальному поиску вектора оптимальных по экономичности управлений при условии выполнения установленных ( В*ц ) ограничений.

б). Второй вариант.

После прогнозирования показателей цикла при управлении по оптимальной экономичности, определяют необходимые для выпол-

| Выбор исходной комплектация двигателя ________я_______

Расчёт режимов работы двигателя (Ме, а) при выполнении ЕЦ

Рис, 2. Блок-схема быстрого экспериментального определения оптимальных управлений.

нения норм коэффициенты уменьшения токсичных выбросов по каждому компоненту £ Gtokc i

Ki =-.

B*i

где S Gtokc i - суммарный выброс i-го компонента за ЕЦ, B*i - нормируемое значение выброса этого компонента за ЕЦ.

Далее полагается, что на всех рабочих режимах за счёт выбора управлений соответствующие токсичные выбросы должны быть снижены одинаково в Ki раз. Такое допущение позволяет отказаться даже от расчётного решения общей вариационной задачи (как это предусмотрено в первом варианте) и сразу перейти к экспериментальном}' выбору управлений на отдельных нагрузочно-ско-ростных режимах. Правомерность такого подхода может быть подкреплена следующими соображениями:

Во-первых, в современных двигателях основная масса токсичных выбросов ликвидируется в нейтрализаторах и лишь в малой степени её приходится понижать за счёт специального выбора управляющих воздействии.

Во-вторых, все существующие решения с декомпозицией задачи являются приближённо оптимальными, уменьшение числа опорных режимов ведёт к отход.' от оптимального решения. В предельном случае, когда число опорных режимов будет сведено к одному, решение с помощью всех методов даже при наличии ограничений по токсичности будет одинаковым. Таким образом, чем эффективнее работа нейтрализатора и чем больше декомпозиция задачи, тем меньше будет дополнительная погрешность вносимая допущением о постоянстве величины Ki. Предлагаемые методы решения позволяют экспериментально осуществить быструю калибровку матриц микропроцессора при сохранении высоких топливно-зкономичес-ких показателей автомобиля и гарантии выполнения норм на токсичные выбросы.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ дано описание экспериментальной установки. Исследования проводились на экспериментальных двигателях с распределённым нефазированным впрыскиванием топлива ВАЗ-2110 и В A3-2112 (16-клапанный), Для решения залачи много-

параметрического управления оба двигателя были дополнительно оборудованы системой рециркуляции отработавших газов. Вместо штатных систем зажигания дня проведения работ по интенсификации процесса воспламенения на двигатели устанавливались экспериментальные системы зажигания с регулируемыми параметрами разряда. Кроме того, на двигателе ВАЗ-2112 была установлена экспериментальная система управления интенсивностью вихревого движения заряда.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена исследованию эффективности рециркуляции отработавших газов (ТОГ), управляемой интенсивности вихревого движения заряда (ИВДЗ), систем интенсифицированного зажигания (СИЗ) и их совместного действия. При исследовании системы РОГ проанализированы:

1). Возможные последствия неравномерного распределения рецир-кулирующих газов по цилиндрам.

2). Эффективность применения системы ЮГ на двигателях ВАЗ.

3). Влияние динамической задержки РОГ на эффективность работы систем двигателя.

1). Возможные последствия неравномерного распределения ре-циркулирующих газов по цилиндрам.

При равномерном распределении РОГ число молей горючей смеси в цилиндре составит

М1 = а Ьо т 1 / >хт ( 1 )

а при неравномерном

Ми = М1 = ( оХо + 1 / ит) р; ( 2 )

Обозначив неравномерность распределения РОГ как 81, а отношение молей горючей смеси в цилиндре как ¡3 получим

Мй То г д'Г + <рI у Ту + ф2 К. Тг

р =- *---, (3)

М1 То + АТ + <р1 у Ту + <р2 61 R Тг

где То - температура воздуха на входе; ДТ - подогрев воздуха на впуске;

Ту и Тг - соответственно температуры остаточных и рециркулиру-ющих газов;

у - коэффициент остаточных газов; Я - коэффициент рециркуляции;

ф! - отношение теплоёмкости остаточных газов к теплоёмкости воздуха;

ф2 - отношение теплоёмкости рециркулирутоицих газов к теплоёмкости воздуха;

51 - неравномерность распределения РОГ по цилиндрам. Масса воздуха в заряде для случаев равномерного и неравномерного распределения РОГ соответственно

Мв = а Ьо и Мел = Ми - Мт = ( а Ьо + 1 / рт) |3ж - I / цт ( 4 ) При равной подаче топлива по цилиндрам очевидно, что

ш Мв1 (а Ьо + 1 / рт ) ¡31 - 1 / рт

- =-=-г—----(5)

а Мв а Ьо

или

ш р - 1

— =Р+-—--(6)

а а Ьо рт

Так как величина второго члена в уравнении ( б ) пренебрежимо мала, можно считать, что ю/а»р . Следовательно, при а = 1.0 а! = р .

Влияние неравномерности распределения РОГ по цилиндрам на а можно проследить на рис. 3, ( Р = 0.15 ).

При доводке двигателя перед проведением исследований эффективности применения системы РОГ была сюсспеченз равномерность распределения РОГ по цилиндрам.

2). При исследовании эффективности РОГ на двигателях ВАЗ определены несколько серий регулировочных характеристик по степени ТОГ для различных режимов работы при составах смеси, соответствующих а = 1.0 и аэф. для данного режима. Полученные результаты свидетельствуют о том, что:

Введение РОГ при а - 1.0 является эффективным способом умень-

Интервал 80% эффективности преобразования токсичных компонентов

0.9 -

г ; 1 '-;-о:

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

К

Рис. 3. Влияние неравномерности распределения РОГ по цилиндрам на состав смеси.

шения выбросов Ъ50х и одновременно позволяет несколько улучшить топливную экономичность двигателя. Уменьшение содержания >Юх на входе в нейтрализатор должно понизить требования, предъявляемые к трёхкомпонентному нейтрализатору,

3). Для исследования динамических процессов во' впускном трубопроводе составлена система уравнений, учитывающая влияние динамики подачи РОГ на показатели двигателя.

Предполагается, что при подаче РОГ какая-то часть рецирку-лирующих газов мгновенно перемешивается с воздухом, другая же часть, "скапливается" у места подвода РОГ.

Динамика поступления ЮГ в цилиндр, была определена как

где Окк и Око - конечное и начальное значения расхода рецирку-лирующих газов подаваемых во впускной трубопровод при изменении положения клапана РОГ;

г - текущее время с момента осуществления скачка гю положению клапана рециркуляции;

х - доля рециркулирующих газов, задержавшихся во впускном ресивере;

х - постоянная времени диффузии РОГ в смесь газов.

На рис. 4 представлены контрольные расчёты для скачкооб-

лк

Ой(ц) = Окк - х ( О.як - вко ) е ,

(7)

разного изменения подачи ТОГ от 0 до ! 0% при постоянном расходе воздуха (падение расхода воздуха, вызванное введением РОГ компенсируется открытием дроссельной заслонки).

Сгц 3

ВАЗ-2110 : и = 2000 мин,-1 ; -с = 0.04 с

Ов = 68.5 кг/ч ( цу по воздуху = 0.649 = сог^ )

кг/ч

х = 0.6

х = 0.3 х = 0,2

0,15

0,2

ь, с

Рис. 4а. Динамика поступления РОГ в цилиндры двигателя.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 ^с

Рис. 46. Изменение коэффициента избытка воздуха в цилиндрах.

Как видно из расчётов, динамическая задержка подачи рецнр-кулирующих газов в цилиндры вызывает существенное изменение коэффициента избытка воздуха. Переходный процесс занимает несколько рабочих тактов двигателя. На реальном автомобиле процесс займёт больше времени, что связано с быстродействием исполнительных механизмов. Для исключения повышенных выбросов токсичных компонентов на неустановившихся режимах необходимо обеспечить полное перемешивание воздуха и РОГ на входе во впускной трубопровод и(ипи) вводить динамическую коррекцию управления.

Проведена серия экспериментов для исследования эффективности управляемого вихревого движения заряда. Для нагрузочных режимов повышение интенсивности вихревого движения заряда во всём диапазоне нагрузок расширило пределы эффективного обеднения рабочей смеси при незначительном снижении удельного эффективного расхода топлива и уменьшило оптимальный но экономичности УОЗ, что свидетельствует об ускорении процесса сгорания рабочей смеси в цилиндрах.

Достигнутое улучшение экономических и токсических показателей двигателя говорит о достаточно высокой эффективности системы управления вихревым движением заряда.

Исследование эффективности интенсифицированного зажигания на двигателе ВАЗ-2110 показало, что для данной системы зажигания основным параметром, определяющим, эффективность воспламенения рабочей смеси является длительность искрового разряда. Влияние искрового разряда повышенной энергии наиболее значительно при работе двигателя на переобеднённых составах смеси. При составе смеси близком к стехиометрическому эффект от интенсификации зажигания практически отсутствует. Следовательно, целесообразно применять СИЗ только на режимах с неустойчивой работой двигателя: на переобеднённых смесях, при высокой степени РОГ. при холодном пуске двигателя.

Хотя интенсификация зажигания,расширяя пределы обеднения, не снижает значение минимального расхода топлива, она создаёт предпосылки ддя увеличения количества РОГ и снижения выбросов оксидов азота НОх,

Исследование эффективности совместного применения ЮГ, СИЗ и управляемого ВДЗ позволило заключить:

1. Интенсификация ВД З и энергии разряда системы зажигания позволяют значительно расширить степень РОГ.

2. При одновременном применении ИВДЗ и СИЗ, по сравнению с одним из указанных мероприятий, эффект проявляется в пониженно:.; выбросе СИ во всём диапазоне РОГ и большей устойчивости работы двигателя при максимальной подаче РОГ.

3. Применение ВДЗ, СИЗ, ЮГ существенно меняют оптимальный по экономичности У03, оказывают сложное взаимное воздействие, что объясняет необходимость связанного поиска оптимальных регулировок управляющих параметров.

4. Поиск оптимальных регулировок требует большого объёма экспериментов, что подтверждает актуальность задачи быстрой оптимизации при связанном многопараметрическом управлении.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ исследованы методы быстрого экспериментального поиска оптимального многопараметрического управления. При тестировании (с использованием математического моделирования) ряда алгоритмов учитывались прежде всего инвариантность найденного решения к различным начальным условиям поиска и количество итераций, затрачиваемых на поиск точки оптимума.

В тоге проведенного анализа в качестве рабочего алгоритма был выбран Метод Непрямой Статистической Оптимизации на основе самоорганизации ( МНСО ), разработанный на кафедре теории авиационных двигателей ВВИА им.Жуковского. Сравнительный анализ эффективности МНСО с известными методами нелинейного программирования показал преимущество данного метода в 2 - 3 раза по числу прямых обращений к исследуемому объект}'. Особенность выбранного метода состоит в том, что процесс определения экстремума оптимизируемой функции условно разделяется на два этапа: построение функции, аппроксимирующей критерий оптимизации на основе .модифицированных алгоритмов метода группового учёта аргументов, и поиск её оптимума. Информация, получаемая в ходе эксперимента используется для уточнения функции аппроксимации - для каждой итерации синтези-

руется новый статистический аналог-. Процесс продолжается до достижения решения с требуемой точностью. При оптимизации осуществляется адаптация области поиска как по расположению её в пространстве, так и по величине.

Для контроля адекватности результатов, получаемых при помощи метода МНСО были найдены оптимальные регулировки двигателя традиционными методами, для чего бьши определены серии регулировочных характеристик по РОГ с подбором оптимального угла при различных интенсивностях вихревого движения заряда.

Затем в диалоговом режиме были проведены эксперименты с применением методики ВВИА.

Первые 10 точек были выбраны случайным образом в границах допустимых значений, проведен эксперимент, и исходные данные занесены в компьютер. Затем работа продолжалась по рекомендациям программы оптимизации. После каждой итерации

г/кВт ч

360

г~1

! I

340

П

т

15

20

25 число итераций

план ."-а !

план №2

Рис. 5. Динамика стендовой оптимизации при различных начальных планах без ограничений по токсичности.

Таблица 1.

| РОГ, % вихрь, град. 1 УОЗ, заслонки | град.пкв §е, г/квт ч

план 1 | 17.6 65 ¡60 1

план 2 14.2 65 54 "317"

традиционными | 18.0 методами ( 65 152 ! . , 318

получаемые данные заносились в файл исходных данных и определялась очередная точка подозрительная на экстремум. На рис. 5 приведена динамика стендовой оптимизации в отдельной "опорной" точке, а в таблице I - результаты поиска.

Учет априорной информации, исключение заведомо неудачных комбинаций управляют!« воздействий при генерации начального плана поиска позволяют дополнительно сократить время оптимизации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны два варианта решения оптимизационной задачи выбора калибровок МО У, позволяющих перейти от многомерной оптимизации к нескольким Зх-4х - мерным задачам, что делает возможным экспериментальный поиск регулировок с учётом ограничений по токсичности и обеспечивает существенное сокращение объёма работ без потери точности.

2. На моделях и экспериментально исследованы методы быстрого-поиска калибровок базовых матриц управления. Для решения задачи оптимизации рекомендован метод МНСО, созданный сотрудниками ВВИА им.Жуковского под руководством д.т.н. проф. Егорова И.Н.

3. Сравнение использования МНСО на моделях двигателя и натурном объекте показали, что стохастический характер процесса поиска оптимальных регулировок, связанный с точностью замеров контролируемых величин и точностью выхода на рекомендуемый режим приводит к увеличению числа итераций. Показано, что при экспериментальной оптимизации 3-х параметрического управления метод требует 20-28 прямых обращении к эксперименту. Т.о. при

предложенной декомпозиции задачи (пункт 1) и использовании 12 - 15 опорных (эквивалентных) точек объём опытов в среднем составит 300 - 400 экспериментальных точек, что существенно меньше, чем в известных методах, разработанных в последнее время зарубежными фирмами.

4. На основании анализа литературных данных показано и подтверждено экспериментальными исследованиями на двигателях ВАЗ-2110. ВАЗ-2112:

а). Резервы совершенствования токсических, экономических, мощностных показателей двигателя с искровым зажиганием связаны с развитием методов управляемого воздействия на протекание рабочих процессов, позволяющих на каждом режиме осуществлять комплексное управление системами двигателя, т.е. необходимо создавать двигатель с многопараметрическим управлением рабочим процессом при помощи МСУ.

б). При многопараметрическом управлении степень совершенства организации процесса может быть точно оценена только в случае выбора совместного оптимального управления. Со своей стороны оценка качества системы управления должна проводиться на доведённом двигателе. Таким образом процесс отработки ДВС и СУ приходится проводить в несколько итераций, что существенна увеличивает время разработки нового двигателя. Окончательный выбор калибровок может быть выполнен только после доводки всех систем, воздействующих на рабочий процесс.

в). Для ускорения доводки двигателя и адаптации базовых матриц МСУ необходима разработка быстрых методов поиска оптимальных управлений.

5, Показано, что для совершенствования двигателей ВАЗ повышение эффективности рабочего процесса может быть достигнуто:

а). Введением РОГ, снижающей выбросы КОх на 50 - 80 % в зависимости от режима работы двигателя, а также улучшающей экономичность на 3 - 4 % при стехиометрическом составе смеси.

б). Применением управляемого вихревого движения заряда, позволяющим расширить пределы эффективного обеднения смеси или повысить процент эффективной РОГ (на двигателе ВАЗ-2112 -в 1.4 раза), таким образом давая возможность дополнительно

снизить выбросы №Ох.

в). Интенсификацией энергии разряда системы зажигания. Использование СИЗ позволило увеличить ее эф. на 0.1 - 0.15, повысить устойчивость работы двигателя, снизить выбросы углеводородов (при максимальной подаче РОГ и на бедных смесях - на 30-40%).

6. Впервые теоретически и экспериментально исследованы последствия неравномерного распределения рециркулирующих газов по цилиндрам при распределённом впрыскивании топлива. Установлено, что неравномерное распределение РОГ привод!гг к изменению состава смеси по цилиндрам и. следовательно, к изменению состава ОГ. поступающих к нейтрализатору, что может привести к ухудшению его работы. Необходимо обеспечить хорошее смешение РОГ и воздуха во впускном трубопроводе, что может быть осуществлено подводом рещчркулируюшмх газов в область повышенной туроулентносги, например, в область впускного трубопровода непосредственно за дроссельной заслонкой.

7. С использованием динамической модели двигателя по контуру управления рециркуляцией изучена динамика поступления РОГ в цилиндры на неустановившихся режимах. Показано, что задержка поступления рециркулирующих газов приводит к изменению состава рабочей смеси и может сказаться на эффективности работы системы нейтрализации ОГ. Для устранения этого явления необходимы интенсификация смешения воздуха и РОГ во впускном трубопроводе и(или) дополнительная динамическая компенсация управления подачей топлива, учитывающая влияние системы РОГ.

8. Разработанный метод быстрого поиска принят и используется в работах Поволжского Отделения Инженерной Академии Российской Федерации (ПО АИРФ) и НТЦ ВАЗ при отработке МСУ.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Н.Н.Егоров, Г.В.Кретинин, А-Н.Пугайко, С.В.Хавторин, Б Л.Черняк. Быстрые методы экспериментальной калибровки микропроцессорных систем управления// Качество, сертификация

н проектирование автотракторного электрооборудования и автоэлектроники. Труды института. М. НИИАЭ, 1994, с.92-96.

2. БЛ.Черняк, С.В.Хавторин. Выбор калибровок микропроцессорных систем управления бензиновым двигателем при квазиоптимальном решении задачи// Повышение эффективности автомобильных и тракторных двигателей. Сборник научных трудов. М. МАДИ, 1995, с.76-82.

3. М.Ю.Рассадин, С.В.лавторин. Влияние фазирования впрыскивания бензина на показатели двигателя с искровым зажиганием // Повышение надёжности и экологических показателей автомобильных двигателей. Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции, г.Горький. ГПИ, 23-25 октября 1990г., с.9.

4. Б.Я.Черняк, С.В,Дубренский, С,В,Хавторин, А.М.Банов. Комплекс моделей двигателя с искровым зажиганием как объекта управления ,7 Современный автомобиль: управление и материалы. Тез. докл. международного научно-практического семинара, г .Тольятти - Самара, 14-18 нюня 1995г., с.4.

5. Н З.Эксакустос, Ю.Н.Шиишш, Б .Я .Черняк, С-.В.Хавторин. Адаптация и калибровка микропроцессорных систем управления в стендовых условиях испытаний двигателей внутреннего сгорания // Современный автомобиль: управление и материалы. Тез. докл. международного научно-практического семинара, г.Тольятги-Са-мара, 14-18 июня 1995г., с.5-6.

6. Разработка новых процессов и законов управления ими для перспективных двигателей ВАЗ, Отчёт о НИР № 01880016206 М. МАДИ, 1989. 120с.

7. Разработка комплексного многофункционального управления рабочим процессом перспективного двигателя ВАЗ. Отчёт о НИР (заключительный) по х/д 3423290. М. МАДИ, 1993. 71с.