Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей путем научного обоснования и создания систем управления рабочими процессами двигателей с искровым зажиганием

• Автор: Гирявец, Александр Константинович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 55 с. : ил.; 20х14 см

1. Общая характеристика работы
1.1 Актуальность проблемы.
Поэтапное введение в Европе ограничений на выбросы токсичных компонентов автомобилями ЕІЖО І, ЕІЖО П, а с 2000 года ЕІЖО Ш, введение с 2003 года требований по самодиагностике показателей токсичности автомобилей в процессе их эксплуатации, так называемые ЕОБЮ (Европейская бортовая диагностика), ставят законодательные ограничения на выпуск автомобилей, не удовлетворяющих этим требованиям. В России требования ЕІЖО I законодательно введены с 1999 г. Как показывает мировой опыт, выполнение этих требований невозможно без применения электронных микропроцессорных систем управления, реализующих управление параметрами рабочего процесса двигателя.
В нашей стране работы по созданию систем управления рабочим процессом двигателя до 1995 г. не носили системного характера. Система управления рассматривалась разработчиками как устройство, управляющее независимыми между собой исполнительными элементами. Такого рода подходы к созданию систем управления автомобильным двигателем характерны для первого периода разработки и производства этих систем. Они позволили выполнить требования ЕІЖО I, однако для выполнения требований ЕІЖО П они оказались неэффективны. Вместе с тем, на первом этапе развития систем управления сформировался набор датчиков и электрически управляемых исполнительных устройств, достаточных для выполнения требований Е1ЖО II, что оказалось возможным при качественно изменившемся подходе к способам управления двигателем. Процесс управления перешел на «цикловой уровень», то есть, в качестве объекта управления стал рассматриваться не сам процесс топливоподачи как таковой, а количество топлива, поступившее в цилиндр двигателя в каждом отдельном цикле.

Больших успехов в развитии систем управления и их компонентов достигли зарубежные фирмы, однако работы в этой области, в частности, работы по созданию алгоритмов управления являлись и являются одними из наиболее охраняемых секретов фирм-производителей компонентов систем управления автомобильными двигателями. Публикации по этой тематике носят крайне ограниченный характер.
Исследования причин загрязнения окружающей среды автомобилями, проведенные за рубежом показали, что основной причиной загрязнения является не высокий уровень выбросов токсичных компонентов исправным парком автомобилей, а выбросы неисправных автомобилей. Поэтому наряду с дальнейшим ужесточением требований к токсичности, в Европе с 2003 года планируется введение законодательных требований к бортовой самодиагностике автомобилей, обеспечивающей контроль уровня выбросов в процессе эксплуатации автомобиля и выполнение требований к их ремонтопригодности и диагностике.
Указанная ситуация заставляет рассматривать разработку научно обоснованной теории, позволяющей создавать системы управления автомобильными двигателями, методы их диагностики, а также, на ее основе, микропроцессорные блоки управления и их внедрение как важнейшую и наиболее актуальную задачу на пути создания отечественных автомобилей, отвечающих современным требованиям.
1.2. Основная цель работы.
Улучшение показателей автомобилей по топливной экономичности, токсичности и потребительским свойствам путем научного обоснования и разработки теории управления рабочим процессом бензинового двигателя. Создание на базе этой теории алгоритмов для систем управления бензиновыми двигателями и их диагностики, разработка и постановка на производство микропроцессорных блоков управления и диагностической аппаратуры.

лителей: кислорода 02 и окислов азота ЫОх.
Необходимость выполнения автомобилем ограничений на выбросы токсичных компонентов приводит к тому, что задача поддержания требуемого состава смеси, обеспечивающего реализацию регулировок рабочего процесса, определяющих эффективные показатели двигателя, поглощается задачей поддержания состава отработавших газов, требуемого для работы каталитического нейтрализатора в окислительновосстановительном режиме. Обеспечить баланс не окисленных компонентов отработавших газов СО, СН, Н2 и окислителей, кислорода 02 и окислов азота N0%, возможно благодаря введению в систему управления обратной связи по составу отработавших газов, используя для этих целей датчик называемый Я-зондом. Исследования, проведенные автором, показывают, что генерация циркониевым Я-зондом выходного сйгна-ла связана с процессами окисления на поверхности чувствительного элемента датчика не окисленных компонентов отработавших газов, в частности СО, СН, Н2. Зависимость ЭДС Я-зонда от состава смеси носит ярко выраженный нелинейный характер. Ширина линейной области передаточной характеристики датчика не превышает 1.5*2% изменения состава смеси. Сигнал, поступающий с циркониевого Я-зонда, несет информацию только о том богаче или беднее состав смеси относительно стехиометрии.
Время отклика выходного сигнала Х-зонда на изменение подачи топлива определяется продолжительностью переходных процессов по топливоподаче во впускной системе двигателя и составляет, в угловой форме представления, 6*7 рабочих циклов независимо от частоты вращения коленчатого вала. Эффективность окислительно-восстановительного каталитического нейтрализатора оценивается по его способности окислять продукты неполного сгорания топлива, используя для этих целей свободный и связанный в окислах азота кислород, присутствующий в отработавших газах. При работе дви-