автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Межцикловая неидентичность рабочего процесса и проблемы улучшения показателей ДВС с искровым зажиганием

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации представлен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, посвященных двум важнейшим составляющим проблемы межцикловой неидентичности рабочего процесса поршневых ДВС с искровым зажиганием: снижению уровня МЦН с целью улучшения показателей двигателей и влиянию этого фактора на организацию управления рабочим процессом. Учитывая случайный характер МЦН, впервые широко использованы стохастические модели рабочего процесса, что позволило не только расширить представления о природе МЦН и возможных путях снижения ее уровня, но и сформировать основные теоретические положения, объясняющие особую роль МЦН при работе двигателя на детонационно опасных режимах и определяющие принципы выбора алгоритмов управления УОЗ в системах ограничения детонации.

К основным результатам работы относятся:

1. Выполнена с применением современного эксергетического метода термодинамического анализа оценка имеющихся резервов повышения эффективности индикаторного процесса двигателей с искровым зажиганием, учитывающая путем предлагаемого автором способа построения эталонного цикла физические ограничения на предельные значения параметров рабочего тела в цилиндре и скорость подвода теплоты. Показано, что за счет дальнейшего повышения степени сжатия и работы на бедных смесях индикаторный КПД цикла может быть повышен примерно на 20 %, однако реализации этих резервов препятствуют, в частности, факторы, действие которых тесно связано с явлением межцикловой неидентичности (МЦН) рабочего процесса.

2. Установлено, что возможности улучшения показателей двигателя, связанные с уменьшением или полным устранением МЦН, зависят не только от уровня МЦН, но и от режима работы. Показано, что предел эффективного обеднения достигается, когда отрицательный эффект от возрастания МЦН и выигрыш в эффективности осредненного цикла вследствие повышения коэффициента избытка воздуха оказываются равными друг другу.

322 производить реальную картину МЦН и распределения циклов с детонационным сгоранием среди всех последовательных рабочих циклов.

5. Получен обобщенный вид зависимости нестабильности важнейшего для формирования уровеня МЦН в целом процесса образования НО от среднего по камере сгорания состава топливовоздушной смеси. Установлен и объяснен принципиально важный для организации рабочих процессов на обедненных смесях факт наличия для каждого состава смеси параметров турбулентности, обеспечивающих минимальную нестабильность развития НО при искровом зажигании.

6. Обосновано влияние уровня МЦН на долю циклов с детонационным сгоранием. Показано, что наличие корреляции между случаями появления детонации в соседних рабочих циклах позволяет объяснить наблюдаемую в экспериментах неустойчивость в периодичности следования циклов с детонацией, а также причины так называемой прогрессирующей детонации.

7. Сформулировано понятие оптимальности управления УОЗ в зоне де-тонационно опасных режимов и выделены два главных источника ее возможных потерь в адаптивных системах ограничения детонации: неоптимальность алгоритма коррекции УОЗ и ошибки в выделении сигнала о детонационном сгорании. Доказано, что изменение показателей двигателя I вследствие коррекции зависит от крутизны ветвей регулировочной характеристики по УОЗ, характеристик внешней нагрузки и величины самой коррекции. Введено понятие базовых алгоритмов коррекции для аналоговых и цифровых СОД.

8. Сформированы основные теоретические представления о влиянии алгоритмов коррекции УОЗ на потери управления и уровень ограничения детонации. Установлено, что важнейшей детонационной характеристикой двигателя, обусловливающей выбор конкретных значений длительности и шага коррекции для стационарных и близких к ним режимам работы двигателя, является зависимость интенсивности детонации от УОЗ. Показано, что эта зависимость тесно связана с МЦН. Теоретически и экспериментально обос

323 нована целесообразность изменения значений параметров алгоритма коррекции при переходе от установившегося режима работы двигателя к режиму разгона. Разработана защищенная патентом РФ схема аналоговой СОД с изменяемыми в зависимости от режима работы параметрами алгоритма коррекции. Предложен и обоснован способ формирования сигнала на включение коррекции, обеспечивающий уменьшение вероятности ложных срабатываний СОД при начальных уровнях детонации и, тем самым, предотвращающий неоправданные потери управления.

9. Предложен на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследования межцилиндровых различий (МЦР) в показателях рабочего процесса критерий, позволяющий судить о целесообразности применения поцилиндровой коррекции УОЗ.

10. Разработаны экспериментально подтвержденные методы определения зависимости интенсивности детонации от УОЗ, основанные на моделировании индикаторного процесса. При этом предложен и обоснован способ оценки интенсивности детонации в осреднном цикле, позволяющий учитывать относительное число циклов с детонацией. Получено выражение для величины индекса детонации в осреднением цикле. Впервые для поршневых ДВС установлен принципиально важный при решении задач управления с помощью моделирования индикаторного процесса характер влияния УОЗ на формальные параметры тепловыделения, в частности в формуле И.И.Вибе, что позволило разработать способы воспроизведения МЦН в стохастической модели индикаторного процесса.

11. Материалы исследований, касающихся управления УОЗ по сигналам датчика детонации переданы НТЦ АвтоВАЗа и были использованы при разработке и совершенствовании систем ограничения детонации для двигатели ВАЗ.

12. Создана специализированная оригинальная аппаратура для экспериментального изучения влияния УОЗ на интенсивность детонации и выбора параметров алгоритмов коррекции. Экземпляры такой аппаратуры изго

327

42. Егоров А.А. Повышение топливной экономичности двигателя с искровым зажиганием за счет совершенствования процесса сгорания: Дисс. канд. техн. наук,- М., 1984.- 209 с.

43. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. - М.:Наука, 1975,- 470 с.

44. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. - М.: Наука, 1976,- 320 с.

45. Ефремов Б.Д., Черняк Б.Я. Математическая модель процесса тепловыделения в двигателях внутреннего сгорания. - В кн.: Труды МАДИ. - М. 1975, вып. 96. -С.45-50.

46. Злотин Г.Н., Галимов М.М., Федянов Е.А. Влияние угла опережения зажигания на токсичность отработавших газов автомобильных бензиновых ДВС. Депонировано в ВИНИТИ за N213-B97 от 24.01.97. (В библиографическом указателе ВИНИТИ "Депонир. научн. работы" 1997 г., N 3, б/о 221).

47. Злотин Г.Н., Гибадуллин В.З., Захаров Е.А., Свитачев А.Ю., Федянов Е.А. Расширение пределов обеднения топливовоздушных смесей в ДВС с искровым зажиганием за счет форсирования развития начального очага горения //Проблемы развития автомобилестроения в России: Тезисы докладов IV международной научно-практической конференции (13-15 октября 1998 г.)-Тольятти: АО "АВТОВАЗ", 1998,- С. 101-103.

48. Злотин Г.Н., Захаров Е.А., Федянов Е.А. Математическая модель для расчета поля концентраций промотора, подаваемого в область электродов свечи зажигания. Депонировано в ВИНИТИ за N3862-B97 от 31.12.97. (В библиографическом указателе ВИНИТИ "Депонир. научн. работы" 1998 г., N 2, б/о 290).

49. Злотин Г.Н., Иткис Е.М., Федянов Е.А. Газодинамика заряда в цилиндрах четырехтактных поршневых ДВС: Учебное пособие / ВолгГТУ.- Волгоград, 1996,- 34 с.

50. Злотин Г.Н., Куличев В.Б., Федянов Е.А. Влияние качественного состава топлива на показатели работы карбюраторного ДВС,- Депонировано в ЦНИИТЭИавтопроме 15.06.88 г. No 1743-ап88.

51. Злотин Г.Н., Куличев В.Б., Федянов Е.А. Межцилиндровые различия индикаторной мощности карбюраторных двигателей.- Депонировано в ЦНИИТЭИавтопроме 17.02.88 г. No 1667-ап88.

52. Злотин Г.Н., Куличев В.Б., Федянов Е.А. Учет межцилиндровых различий с целью повышения показателей карбюраторных двигателей ВАЗ.//В сб. "Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей: Тезисы всесоюзной научной конференции, Горький 1990.-С.15.

53. Злотин Г.Н., Малов В.В., Дульгер М.В. Расчет оптимальных углов опережения зажигания в роторно-поршневом двигателе // Высокий наддув поршневых двигателей и роторные двигатели: Доклады Всесоюзн. научно-техн. конф., г. Тбилиси, 10-13 ноября 1981 г.-Тбилиси: Мецниереба, 1984.-С.201-205.

54. Злотин Г.Н., Малов В.В., Староверов В.В. Влияние типа и регулировок системы зажигания на продолжительность и цикловую нестабильность первой фазы процесса сгорания в карбюраторном двигателе // Рабочие процессы поршневых ДВС : Межвуз. сб. научн. тр./ ВолгПИ.- Волгоград, 1979.- С.3-13.

55. Злотин Г.Н., Офосу-Ахенкора А.К., Федянов Е.А. Влияние установки завихрителя во впускном трубопроводе на интенсивность закрутки заряда в цилиндре карбюраторного ДВС. Депонировано в НИИстандартавтосельхозмаше No 2067 ах 90 6 декабря 1990 г. Библ. указ. ВИНИТИ "Депонированные научные работы" No 5(235), 1991 г.

334

64. By A., Kempinski B., Rife J.M. Knock in Spark Ignition Engines./SAE Techn. Pap. Ser., 1981, №810147, 17pp.

65. Chann G., Pigeon W.A. Adaptive control of engine knock //Int. Symp. "Automot. Technology and Autom.", Florence, 30.05.88 - 3.06.88, pp. 583-662.

66. Checkel M.D., Dale J.D. Computerized Knock Detection from Engine Pressure Records// SAE Technical Papers, №860028, pp. 11.

67. Cole J.B., Swords M.D. On the Correlation between Gas Velocity and Combustion Pressure Fluctuations in a Spark Ignited Engine//18th Symp. (Int.) on Combustion. - 1981,-P.1837-1846.

68. Cook J.A., Powell B.K. Modelling of Internal Combustion Engine for Control Analysis//Control System Mag., 1988,8, pp. 20-26.

69. Csallner P., Woschni G. Zur Vorausberechnung des Brennverlaufes von Ottomotoren bei deanderten Betriebsbedingungen// MTZ.-1962.-43, № 5.- S. 195200.

70. Cuttler D.H., Girgis N.S. Photography of Combustion During Knocking Cycles in Disc and Compact Chambers // SAE Techn. Pap. Ser.- 1988.-N880195.-P.l-15.

71. Decer H., Gruber H.-U. Knock Control of Gasoline Engines//SAE Techn. Pap. Ser.- 1985.- N850298,- pp.75-82.

72. Der Automobilmotor am beginn des zweiten Jahrhunderts - Entwicklung stand and Aussichten / Griden D.// Erdol - Erdgas - Kohle, 1987, 103, N 4, c.181-185.

73. Di Casolo G., Merlini L., Serini M., Shezzi U. Caratterizzione del ciclo medio in motori alternativi ad accensione comandata.//ATA - Ing. automotoristika, 1984, 37, № 10, pp. 793-799.

74. Dinsdale S., Roughton A., Collings N. Length Scale and Turbulence Intensity Measurements in a Motored Internal Combustion Engine // SAE Techn. Pap. Ser.- 1988.-N880380,-pp. 1-10.

75. Douaud A., de Soete G., Henault C. Experimental Analysis of the Initiation and Development of Part-Load Combustions in Spark Ignition Engines // SAE Techn. Pap. Ser. -1983,- № 830338. - 16 p.

76. Douaud A.M., Eyzat P. Four-Octane-Number Method for Predicting the AntiKnock Behavior of Fuels and Engines// SAE Paper.- 1978.- N780080.

77. Dues S.M., Adams J.M., Shinkle G.A. Combustion Knock Sensing: Sensor Selection and Application Issues. // SAE Techn. Pap. Ser. - 1990. - N 900488. - pp. 93-103.

78. Dulger M., Chemla F., Sher E. Stochastic simulation of the growth of turbulent flame kernel formed by spark discharge//IMechE. - 1993.-№ 28 - P. 103-110.

79. Ferraro C.V., Marzano M.R. Knock Influece on Heat Transfer in S.I.Engines.// SAE Technical Papers, 905020, pp. 19.

80. Ferraro C.V., Marzano M.R., Millo F., Bochicchio N. Comparison Between Heat Transfer and Knock Intensity on a Statistical Basis.// SAE Technical Papers, 962101, pp. 15.

81. Ferraro C.V., Marzano M.R., Millo F., Margario G. Knock Evaluation of Oxygenated Fuel Blends. // Proceedings of Tenth International Symposium on Alcohol Fuels, November 7-10, 1993, Vol.1, pp. 101-111.

82. Ferraro C.V., Marzano M., Nuccio P. Knock-Limit Measurement in HighSpeed S.I.Engines// SAE Technical Papers, №850127, pp. 8.

83. Ferraro C.V., Millo F., Fenoglio C., Imperio F. A Critical Analysis of Knock-Detection Metods Based on Cylinder Pressure Analysis .//Proceedings of 1st International Conference on Control and Diagnostics in Automotive Applications, 1996, pp. 293-304.

336

205. Kwang M.C., Heywood J.B. Characterization of Knock in a Spark-Ignition Engin // SAE Technical Papers, 890156, pp. 14.

206. Lancaster D.R. Effect of turbulence on spark-ignition engine combustion // SAE Preprint. - 1976. - № 760160. -P.l-22.

207. Leppard W.R. Individual-Cylinder Knok Occurrence and Intensity in Multicylinder Engines// SAE Technical Papers, №820074, pp. 12.

208. Lyon D. Knock and Cyclic Dispersion in Spark Ignition Engine./Six Intern. Conference "Petroleum Based Fuels and Automotive Applications., London, 1986, pp. 105-115.

209. Mackowski Jacek. Empiryczne metody wyznaczania czasv pojawiania sie spalania stucowegoA Zebzyty naukove politechniki slaskiej, seria Transport, N 952, 1989 r., cxp. 13-23.

210. MalyR.R. General Prospects of Improving Combustoin Efficiency of I.C. Engines.

211.MalyR., Vogel M. Initiation and Propagation of Flame Fronts in Lean CH -Air Mixtures by the Three Modes of the Ignition Spark // 17th Symp. (Int.) on Combustion. - 1979. -P.821-831.

212. Martin J.K., Steven L.P., Donald J. Burn Modes and Prior-Cycle Effects on Cyclic Variations in Lean-Burn Spark Ignition Engine Combustion.

213. Meneveau C., Poinsot T. Stretching and Quenching of Flamelets in Premixed Turbulent Combustion // Combustion and Flame. - 1991. - № 86,- P.311-332.

214. Millo F., Ferraro C.V., Barbera E., Margario G. Octane Rating Methods at High Revolution Speed.\\ SAE Technical Papers, 952520, pp. 97-109.

215. Millo F., Ferraro C.V., Mario R., Barbera E. The Effect of Unleaded Gasoline Formulation on Antiknock Perfomance.// SAE Technical Papers, 941862, pp. 19-27.

216. Muller H. Normale und unnormale Verbrennung im Ottomotor/ MTZ, 1970,2, pp. 43-46.

217. Nakajima Y., NagaT., Ligima T. at all. Analysis of combustion pattern effectiv, in improving anti-knock performance of a spark ignition engine. ISAE, REVIEW, 1984, N 13, pp.9.17,22.

218. Nakajima Y., Onoda M., Nagai T., Yoneda K. Consideration for Evaluating Knock Intensity./ JSAE Rev., 1982, 9, pp. 27-34.

219. Oppenheim A.K. The Knock Syndrome - Its Cures and Its Victims// SAE Technical Papers, №841339, pp. 10.

220. Ozdor N., Dulger M., Sher E. Cyclic Variability in Spark Ignition Engines: A Literature Survey // SAE Techn. Paper Ser. 940987, pp. 1.39.

221. Petrovich S. An Investigation of Flame Propagation in a Spark Ignition Engine /Automot., Technol. and Autom., Stockholm, 7-11 Sept, 1981, Vol.2, pp.1-15.

222. Petrovic S. Cycle-by-Cycle Variations of Flame Propagation in a Spark Ignition Engine // SAE Techn. Pap. Ser. - 1982. - No. 820091. - 12 p.

223. Pirault J-P., Southall K. Cyclic stability and detonation with open chambers// First NT confer. "Petkol. based fuels and automot. appl."- London, 1986,-pp.117-122.

224. Pischinger S., Heywood J.B. A Study of Flame Development and Engine Performance with Breakdown Ignition Systems in a Visualization Engine // SAE Techn. Pap. Ser. - 1988.-N 880518. - 19 p.

225. Prescher K. Zwei-Zonen-Rechenmodell fur die Verbrennung im Ottomotor unter Berücksichtigung der Gasdissoziation //ATZ.- 1983,- 85, N2,-C.85-89.

226. Pundir B.P., Zvonov V.A., Gupta C.P. Effect of Charge Non-Homogeneity on Cycle-by-Cycle Variations in Combustion in SI Engines.//SAE Techn. Pap. Ser., 1981, №810774, 15pp.

Экономический эффект от внедрения разработки (ок) достигнут эа счет линю I довьоГресурсов "сокращение капитальных вложений, повшение качества укции и~тадГ] —---* этом получен фактический (ожидается полечить? экономический эффект мента внедрения —. «- тыс.руб» чс>Ша~вдфраш и прописью) ~ вое участие

1наз вание~"вузаТ ' '

•лученном экономическом эффекте составляет сумма тыс, руб.

Уведомление о получении фактического экономического эффекта 'в лв. когда разработка внедрена с ожидаемым экономическим эффектом ней разработчику представляется якт) будет вузу сообщено лнитеяьро в 198«.г, квартал! ожениег Расчет35 фактического экономического эффекта родитель цеха» где рена шЯ Щ^гштер** шдпись} и о

Ф ар-Ч * г ¡а ;| л сключительных случаях, определенных заказчиком в установленном щдке, допускается отсутствие расчета фактического экономического аекта, но с обязательным указанием его наличия и места хранения, нись глазного бухгалтера необходима только при наличии фактичес-•0 экономического эффекта«, В случае отказа гл. бухгалтера в подпи-должны. быть указаны причины.

Золг1Ь о?, -ятз ;; 239, тйяе; 400 экз»