ИОК ДВС версии 2.0

AVL

 

 

Исследование влияния неидентичности рабочих процессов на колебания двигателя на подвеске

Целью проводимой работы служит оценка влияния неидентичности рабочих процессов на колебания двигателя на подвеске.

Задачи работы:

  • Разработка программно-аппаратного комплекса (ПАК) для измерения мгновенной скорости коленчатого вала двигателя, определения критериев неравномерности частоты вращения. Выбор критериев оценки неидентичности последовательных рабочих циклов по неравномерности частоты вращения коленчатого вала.
  • Разработка математической модели колебаний двигателя на подвеске с учетом неравномерности частоты вращения коленчатого вала.
  • Оценить влияние неравномерности частоты вращения коленчатого вала на расчет колебаний двигателя на подвеске на режиме холостого хода.

Научная новизна состоит в том, что колебания двигателя на подвеске на режиме холостого хода рассчитываются с учетом неравномерности частоты вращения коленчатого вала.

В качестве объекта исследования используется двигатель ВАЗ-2108 (рис. 1).

Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ПДВС) – машина циклического действия, и даже при идеальном протекании рабочего процесса для него характерны изменения крутящего момента и угловой скорости вращения коленчатого вала во время одного рабочего цикл. Это изменение носит случайный характер и определяется конструктивными особенностями двигателя, что в свою очередь вызывает естественную неравномерность угловой скорости коленчатого вала.

Рис. 1. Двигатель ВАЗ-2108 на испытательном стенде

 

На практике идеального протекания рабочего процесса, как в цилиндрах двигателя, так и в последовательных рабочих циклах не существует. Дополнительные колебания угловой скорости накладываются на естественную неравномерность частоты вращения коленчатого вала.

Информация о воспроизводимости рабочих процессов в последовательных рабочих циклах содержится в оценках неравномерности частоты вращения коленчатого вала. Использование неравномерности угловой скорости коленчатого вала в качестве показателя неидентичности последовательности рабочих циклов позволяет прогнозировать возможные колебания двигателя на подвеске.

Для определения идентичности рабочих процессов используется метод снятия и оценки индикаторных диаграмм, получаемых в результате индицирования давления в одном цилиндре двигателя за рабочий цикл на протяжении нескольких последовательных рабочих циклов.

Для регистрации угловой скорости коленчатого вала и давления в цилиндре синхронизированных с угловым положением коленчатого вала был разработан программно – аппаратный комплекс (ПАК) на базе современного 32 разрядного микроконтроллера ARM9 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (рис.2).

Рис. 2. Программно-аппаратный комплекс: ДИР – датчик искрового разряда; ДПКВ – датчик поворота коленчатого вала; ВМТ – верхняя мертвая точка; УИ – угловые импульсы; ПУН – преобразователь уровня напряжений; АЦП – аналого-цифровой преобразователь

 

Требования, предъявляемые к ПАК для измерения мгновенной скорости коленчатого вала двигателя и расчета критериев её оценки:

  • Измерение мгновенной угловой скорости коленчатого вала с заданной точностью.
  • ПАК регистрирует заранее заданное количество рабочих циклов.
  • ПАК обеспечивает сбор и хранение всего объема полученной информации до обработки.
  • Измерение мгновенной скорости синхронизировано с ВМТ (1-го цилиндра, такт расширения). Для этого в ПАК включены сигнал ВМТ с ДПКВ и датчик искрового разряда (ДИР) в 1-м цилиндре.
  • Обработка полученной информации по заданному алгоритму с определением значений критериев оценки неравномерности частоты вращения коленчатого вала двигателя.
  • Управление сбором данных производиться по команде оператора.
  • Наличие в ПАК аналого-цифрового преобразователя (АЦП) позволяет включать использовать аналоговые датчики, измеряющие параметры работы двигателя.

Включение МК в состав ПАК позволило в рамках измерительной системы накапливать большие объемы информации (благодаря аппаратной поддержке МК памяти SDRAM). МК обладает внутренней гибкостью, что позволяет путем перепрограммирования изменять алгоритм измерения и обработки полученных данных. Одновременно с этим, при цифровой форме передачи данных повышается помехозащищенность, что очень важно при дистанционном управлении.

ARM9 имеет с своем составе 32 разрядный таймер, который реализует подсчет числа импульсов N генератора опорной частоты  за временной интервал, равный периоду T следования угловых импульсов с ДПКВ. Таймер разделен на две части: T1 (12 разрядный таймер) и Т2 (20 разрядный таймер). Содержимое Т2 увеличивается с каждым импульсом от кварцевого генератора опорной частоты ( =49664000 Гц). При переполнении Т2 происходит обнуление Т2 и увеличение на единицу Т1.

ARM9 имеет быстродействующую SRAM-память и шину внешнего интерфейса для подключения к внешней памяти (SDRAM). SDRAM (высокоскоростная динамическая оперативная память) позволяется сохранять большие массивы данных (количество импульсов генератора опорной частоты между соседними угловыми импульсами с ДПКВ за все время измерения) в реальном времени.

Сравнение результатов измерения мгновенной скорости коленчатого вала, полученных разработанным программно-аппаратным комплексом и электронной системой управления двигателем (ЭСУД) ВАЗ.

В качестве ЭСУД ВАЗ использовался инженерный блок М73. Измерение частоты вращения коленчатого вала проводилось одновременно инженерным блоком М73 и ПАК для последующего сопоставления результатов. График изменения мгновенной скорости коленчатого вала, измеренной ПАК и инженерным блоком М73, приведен на рис. 3.

Рис. 3. Сравнение результатов измерения НРЧВ коленчатого вала: НРЧВ – неравномерность частоты вращения; ПКВ – угол поворота коленчатого вала; КВ – коленчатый вал

 

На рис. 3 заметно расхождение графиков мгновенной скорости коленчатого вала обусловленное попаданием индуктивного датчика коленчатого вала в сектор пропуска зубьев. Время прохождения этих секторов и скорость коленчатого вала рассчитывалось путем линейной интерполяции.

Анализ результатов позволяет судить о корректности измерений мгновенной скорости коленчатого вала разработанным ПАК.

Разработанный ПАК позволяет синхронизировано с отметкой ВМТ регистрировать мгновенную угловую скорость вращения коленчатого вала и другие параметры работы ДВС (например, давление в цилиндре). Имеет хорошую разрешающую способность и точность измерений, что подтверждается сравнением ПАК с инженерным блоком М73. Измерение мгновенной скорости коленчатого вала ведется с шагом 360/1024° поворота коленчатого вала. Возможно подключение ДПКВ с любым числом генерируемых импульсов. ПАК, обладая внутренней гибкостью, как и все микропроцессорные системы, легко поддается модернизации для решения различных исследовательских задач.

 

Контактная информация

Разработчики: к.т.н., доц. Сафронов Павел Владимирович,

                         аспирант Маров Евгений Игоревич.

8(499)1550879, pavel_safronov@mail.ru – П.В. Сафронов