Контрольная работа по "Автотронике"

Министерство  образования и науки, молодежи и спорта Украины

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

 

Кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство»

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

по  дисциплине «Автотроника»

 

 

 

 

Вариант 04

 

 

 

Выполнила: ст. гр. ААХ-15а

Зубова А.В.

 

Проверил: доц. Попов Д.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Макеевка, 2012 
Содержание

 

 

Задание 1. Система управления двигателя GDI (Gasoline Direct Injection) с послойным смесеобразованием

Повышение топливной  экономичности и выполнения нормируемых  экологических показателей остаются основными направлениями, которые  определяют развитие бензиновых двигателей.

Все концепции бензиновых двигателей, которые могут удовлетворить  действующие и перспективные  экологические нормы, предусматривают  существенное развитие систем управления. Нормы не могут быть выполнены  без производства двигателей с гибким многопараметрическим управлением рабочим процессом и использования адаптивных систем управления.

На сегодняшний день разработано  большое количество вариантов устройств, которые позволяют управлять  протеканиям важнейших процессов, которые происходят в двигателе  и, в частности, процессами газообмена, подачи топлива, смесеобразования, зажигания, сгорания, наддува, нейтрализации токсичных веществ, полнотой превращения теплоты в работу, а также охлаждением, степенью сжимания, рабочим объемом и др.

Соответствующее управление рабочими процессами необходимо не только на постоянных режимах работы двигателя, но и, что более важное, на переходных режимах. Сегодня основная часть токсичных выбросов двигателей автомобилей, которые оснащены достаточно эффективными нейтрализаторами отработанных газов, выбрасывается в атмосферу при работе двигателей на неустановившихся режимах.

В программных и программно-адаптивных системах управление строится на основе информации, которая получена в предыдущий момент времени, то есть, как минимум, в предыдущем рабочем цикле. Для оптимизации работы двигателя на переходных режимах необходимо строить управление с предупреждением.

В частности, большие возможности  для улучшения динамического  управления бензиновыми двигателями  связаны с заменой механической связи "педаль газа - орган, который руководит наполнением двигателя" (дроссельная заслонка) на электрическую связь. В этом случае появляется возможность корректировки закона изменения наполнения двигателя в функции от времени и, соответственно, прогнозирования необходимого влияния на рабочие процессы двигателя.

Еще одним важнейшим направлением совершенствования ДВС является внедрение системы непосредственного  впрыскивания бензина, что в совокупности с мероприятиями по снижению механических потерь и электронной регуляцией фаз газораспределения может обеспечить повышение топливной экономичности больше чем на 20%.

Непосредственное впрыскивание топлива. Целью внутреннего приготовления  неоднородной рабочей смеси является обеспечение работы ДВС на всех его  режимах без дроссельной регуляции (то есть, не количественная, а качественная регуляция). Такие ДВС могут работать при больших степенях сжатия (до 12,5). Эти факторы обеспечивают получение высшего КПД, чем при использовании однородных смесей. Нагрузка регулируется количеством топлива, которое впрыскивается под большим давлением (5÷12 МПа).

На процесс смесеобразования оказывают  влияние следующие факторы (рис. 1.1):

• расположение свечи зажигания
• расположение форсунки
• характер циркуляции смеси в камере сгорания.

Первая схема (рис. 1.1, а) используется фирмами, BMW, SAAB, Renault; вторая (рис. 1.1, б) - Mitsubishi, PSA, DaimlerChrysler, третья (рис. 1.1, в) - VAG. Независимо от взаимного расположения форсунки и свечи, эти ДВС работают в трех режимах:

1. "Экономический" режим при средних нагрузках и частотах вращения до 4500 мин^{- 1} - режим послойного смесеобразования. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия компактным факелом в район свечи зажигания. Другой объем камеры сгорания заполнен воздухом и отработанными газами. В целом коэффициент избытка воздуха находится в пределах α = 2÷4, но надежное зажигание смеси обеспечивается тем, что слой около свечи имеет α ≈ 1. Разделение слоев обеспечивается соответствующей формой впускных каналов.

 

Рисунок 1.1. Системы смесеобразования ДВС с непосредственным впрыскиванием:

а - прямое впрыскивание, б - впрыскивание на днище поршня,

в - впрыскивание в поток  воздуха; 1 - форсунка, 2 - свеча зажигания.

 

2. Режим полной мощности - режим гомогенной смеси. Топливо с α≤1 впрыскивается в конце такта впуска аналогично ДВЗ с распределенным впрыскиванием. Для предотвращения детонации топливо впрыскивается мощным факелом, которое, испаряющийся, охлаждает поверхности цилиндра.
3. Режим ускорений на малых оборотах - режим гомогенно-послойного смесеобразования. Сначала в конце такта впуска впрыскивается малая порция топлива (α=4÷10), которое перемешивается с воздухом и охлаждает его, а в конце такта сжатия впрыскивается основная порция топлива (α≤1), которая зажигает смесь.

Иногда для более  быстрого прогрева каталитического нейтрализатора при послойном смесеобразовании осуществляют повторное впрыскивание в такте расширения.

Такие ДВС обеспечивают экономию топлива на 10÷20%, уменьшение выбросов на 20% при повышении мощности на 10÷15%. Использование обедненных смесей требует мероприятий по уменьшению выбросов .

Система (рис. 1.2) обеспечивает внутреннее смесеобразование. Преимуществами ДВС этого типа есть больше по сравнению с другими системами экономичности, увеличение степени сжатия, увеличения коэффициента наполнения, хорошие условия применения наддува. К недостаткам относятся высокая стоимость системы; сложные температурные условия работы форсунок; сложность управления топливоподачей.

 

Рисунок 1.2. Схема системы непосредственного впрыскивания :

1 - адсорбер; 2 - клапан регенерации; 3 - насос высокого давления; 4 - топливная  рампа;               5 - форсунка; 6 - катушка и свеча зажигания; 7 - датчик положения распределительного вала; 8 - модуль педали акселератора с датчиком хода педали; 9 - кислородный датчик; 10 - дополнительный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; 11 - датчик температуры отработанных газов; 12 - главный каталитический нейтрализатор с накопителем NOX; 13 - кислородный датчик; 14 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 15 - датчик положения коленчатого вала; 16 - датчик детонации; 17 - датчик давления топлива; 18 - датчик давления в впускном трубопроводе; 19 - клапан рециркуляции отработанных газов (EGR); 20 - топливный насос с фильтром и регулятором давления; 21 - топливный бак; 22 - дроссельное устройство с датчиком положения заслонки; 23 - расходомер воздуха; 24 - блок управления ДВЗ; 25 - интерфейс контролера связи; 26 - лампа-индикатор неисправностей; 27 - интерфейс системы бортовой диагностики; 28 - интерфейс блока управления иммобилайзером

 

Конструктивно топливная  система (рис. 1.3) подразделяется на контур низкого давления и контур высокого давления. Контур низкого давления состоит из топливного насоса низкого давления, фильтра и топливопроводов. Контур высокого давления состоит из топливного насоса высокого давления, датчика высокого давления, топливной рампы, клапана регуляции давления или ограничителя давления и форсунок. Система обеспечивает давление 5÷12 МПа. В зависимости от типа топливного насоса высокого давления существуют системы с непрерывной подачей топлива или с подачей в зависимости от потребности в топливе.

 

Рисунок 1.3. Некоторые варианты конструкций систем подачи топлива:

а - с непрерывной подачей  топлива; бы - с подачей в зависимости от потребности в топливе; 1 - топливный насос высокого давления; 2 - датчик высокого давления; 3 - топливная рампа; 4 - клапан регуляции давления (а) или ограничитель давления (б); 5 - форсунки; 6 - топливный насос низкого давления

 

Впервые система непосредственного  впрыска была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi.

Лидером в разработке двигателей GDI явилась Mitsubishi Motors Corp. Первый концепт с двигателем GDI (Gasoline Direct Injection) был представлен в 1995 году, а уже в следующем году он пошел в серию на модели Galant/Legnum. С тех пор линейка двигателей и моделей, на которые они устанавливаются, непрерывно ростут. На европейском рынке MMC стартовала с НВ в 1999 году на модели Carisma.

Так что поэтому рассмотрим устройство и принципы действия НВ именно на примере MMC.

Двигатель GDI может работать в режиме сгорания сверхобедненной  топливовоздушной смеси: соотношение воздуха и топлива по массе до 30-40:1. Максимально возможный для традиционных инжекторных двигателей с распределенным впрыском равен 20-24 (оптимальный стехиометрический состав - 14,7:1) - если избыток воздуха будет больше, переобедненная смесь просто не воспламенится.

На двигателе GDI распыленное  топливо находится в ограниченном объеме в виде облака, сосредоточенного в районе свечи зажигания. Поэтому, хотя в целом смесь переобедненная, у свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и  легко воспламеняется. В то же время, обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая. Последнее обстоятельство позволяет повысить степень сжатия, а значит увеличить и мощность, и крутящий момент.

За счет того, что при впрыскивании и испарении в цилиндр топлива, воздушный заряд охлаждается - несколько улучшается наполнение цилиндров, а также снова снижается вероятность возникновения детонации.

 

Основные  конструктивные отличия GDI от обычного впрыска:

1. Топливный насос высокого давления (ТНВД). Механический насос (подобный ТНВД дизельного двигателя) развивает давление в 50 бар (у инжекторного двигателя электронасос в баке создает в магистрали давление около 3-3,5 бар).

2. Форсунки. Вихревые  распылители создают различную форму топливного факела: на мощностном режиме - конический, в режиме сгорания бедной смеси - узкий факел, который посредством поршня направляется к свече зажигания. В остальном объеме камеры сгорания, особенно у стенок - смесь остается сверхобедненной. Направление факела выбрано так, чтобы жидкая фаза бензина не попадала на стенки цилиндра или головку поршня.

 

 

3. Поршень. В днище  особой формы сделана выемка, при помощи которой топливо-воздушная смесь направляется в район свечи зажигания.

 

 

4. Впускные каналы. На  двигателе GDI применены вертикальные  впускные каналы, которые обеспечивают формирование в цилиндре т.н. "обратного вихря", направляя топливовоздушную смесь к свече и улучшая наполнение цилиндров воздухом (у обычного двигателя вихрь в цилиндре закручен в противоположную сторону).

 

 

5. Дроссельная заслонка с электронным управлением. Водитель не осуществляет непосредственно управление заслонкой, а лишь задействует датчик положения педали акселератора. Далее электронный блок управления сам приводит в движение дроссельную заслонку с помощью электродвигателя в зависимости от условий работы двигателя.

 

 

Режимы  работы двигателя GDI

Всего предусмотрено  три варианта работы двигателя:

1. Двухстадийный режим (впрыск  на тактах впуска и сжатия) (применяется на евромодификациях).

2. Мощностной режим (впрыск на  такте впуска).

3. Режим сгорания сверхбедной  смеси (впрыск топлива на такте  сжатия).

 

 

1. Режим сгорания  сверхбедной смеси (впрыск топлива  на такте сжатия) - Ultra-Lean Combustion Mode.

Поскольку данный режим  в иностранной литературе принято  называть "режимом послойного смесеобразования (и сгорания)", то далее для него будем использовать аббревиатуру ПСО.

Режим ПСО реализуется  при движении с постоянной скоростью (до 120 км/ч). Топливо впрыскивается в конце такта сжатия в направлении поршня, отражается от него, активно диспергируется и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь чрезвычайно обеднена (30-40), но заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь.

1. Поршень движется вниз на такте впуска	2. Поршень достигает НМТ, начинается  такт сжатия	3. Топливо впрыскивается в конце  такта сжатия	4. Искра поджигает смесь

 

Вывод. Система непосредственного впрыска топлива является самой современной системой впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя. Применение послойного смесеобразования позволяет достичь до 20% экономии топлива, а также сокращения выброса вредных веществ с отработавшими газами.