В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия




Скачать 77.93 Kb.
НазваниеВ. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия
Дата06.10.2012
Размер77.93 Kb.
ТипДокументы
Применение метода самоорганизации для мониторинга ионных токов в камерах сгорания тепловых двигателей

В.В. Смоленский

Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия


Application of a method of self-organizing for monitoring ionic currents in chambers of combustion of thermal engines

V.V. Smolenskij

Volga region State University of Service, Togliatty, Russia


Повышение требований к количеству токсичных выбросов в составе отработавших газов и наличию встроенной бортовой диагностики систем автомобиля ведет к необходимости внедрения новых технических решений, применяемых в электронных системах управления ДВС, с целью обеспечения непрерывного контроля основных параметров сгорания топливно-воздушной смеси (ТВС) непосредственно в камере сгорания (КС) двигателя [1, 2]. Одной из таких технологий является так называемая технология мониторинга ионного тока (МИТ) основанная на явлении самоорганизации в стахостически распространяющемся пламени [3].

Первой фирмой, применившей технологию МИТ, стала шведская фирма SAAB, использовавшая ее в серийном производстве в 1988 году для определения фазы работы цилиндров двигателя. В этом направлении работает также группа DELPHI, которая в 1996 году объявила о создании системы управления ДВС, использующей технику МИТ для диагностики пропусков воспламенения, управления по детонации и определения фазы работы ДВС. На конференции SAE в 1999 году фирма BOSCH представила свои идеи по использованию этой технологии для диагностики пропусков воспламенения и детонации [4]. Над теоретическими исследованиями зависимости ионной проводимости от различных параметров рабочего процесса ДВС, работает фирма MECEL в содружестве с Лундским технологическим институтом (Швеция) [1]. Возможности метода развивают фирмы Mitsubishi Electric Corp. (Япония) [5], Adrenaline research (США) [2] и другие.

На практике мониторинг ионного тока проводят путем измерения падения напряжения на измерительном резисторе, включенном в цепь протекания ионного тока. Для возбуждения ионного тока обычно используется положительное напряжение 150…400 В, приложенное к центральному электроду свечи зажигания после окончания искрового разряда, воспламеняющего ТВС. Такой метод удобен тем, что позволяет отказаться от специального датчика ионного тока. Временная диаграмма ионного тока, полученная таким образом, несет информацию о процессе горения в цилиндрах ДВС. Эта зависимость подвергается обработке электронной системой управления двигателем (СУД), которая управляет исполнительными устройствами (топливоподачи, зажигания и т.п.).

Существует несколько схем возбуждения и измерения ионного тока, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки.

В первом варианте, например, в системах, разработанных DELPHI, Mecel, Bosch, Mitsubishi Electric Corp., напряжение возбуждения подается между массой двигателя и низковольтным выводом вторичной обмотки катушки зажигания с конденсатора, заряжаемого до напряжения 150-200 В. Измеряемый ионный ток протекает через вторичную обмотку катушки и искровой промежуток свечи зажигания. Так в системе Mecel (рисунок 1) измерительное напряжение формируется однократно при каждой генерации искрового разряда путем накопления заряда в емкости и ограничением напряжения на ней стабилитроном. Измеряемый сигнал ионного тока снимается в течение всего периода следования импульсов зажигания с токоизмерительного резистора, включенного в цепь разряда вышеупомянутой емкости.

Используя данную схему, инженеры Mecel разработали концепцию регулирования положения пика давления в КС по углу поворота коленчатого вала. Поскольку величина ионного тока пропорциональна давлению в КС, то пик давления и пик сигнала ионного тока совпадают по времени. Mecel предлагают использовать схему измерения ионного тока для определения положения пика давления в КС и использования этой информации в качестве обратной связи.

В описанной схеме (рисунок 1) измеряемый ионный ток протекает через вторичную обмотку катушки зажигания, что накладывает определенные ограничения на величины сопротивления и индуктивности обмоток катушки зажигания. Поэтому применяют либо емкостную систему зажигания с соответствующей катушкой зажигания, либо индуктивную систему зажигания с увеличенным (до 25А) током разрыва.

К этому же варианту относится и система фирмы Bosch, схема которой представлена на рисунке 2 [4].

Система отличается тем, что имеет ограничитель длительности искры (ОДИ). Во время накопления энергии в катушке зажигания и разряда в искровом промежутке свечи зажигания ОДИ открыт. По истечении определенного времени продолжительности искры ОДИ замыкает первичную обмотку накоротко; искра заканчивается, а оставшаяся в катушке энергия рассеивается. После непродолжительной паузы начинают измерения. Система содержит маломощный преобразователь напряжения, обеспечивающий уровень напряжения примерно 150 В. Сигнал ионного тока, снимается в виде напряжения на измерительном резисторе Rm. Преимущества системы: простота, низкая эрозия контактов, изменяемая длительность искры, возможность много искрового зажигания, низкая стоимость, контроль энергии искры.



Рисунок 1 – Система измерения ионного тока фирмы “Mecel”


К достоинствам можно отнести также хороший коэффициент сигнал/помеха по ионному току, и неограниченное время измерения. Инженеры фирмы Bosch предлагают использовать сигнал ионного тока в КС ДВС для устранения детонации. Результаты их исследований показывают, что точность обнаружения детонации таким способом довольно велика. В отличие от датчика детонации, располагаемого в корпусе двигателя и способного выдавать ошибочные сигналы при присутствии посторонних шумов, свеча зажигания, как датчик ионного тока находится в непосредственной близости от источника детонации и сигнал от такого датчика не зависит от посторонних шумов. Однако сигнал сильно зависит от расположения свечи в КС. При измерении детонации с помощью ионного тока инженеры Bosch изучали спектры давления и ионного тока и отметили высокую степень совпадения максимумов и минимумов кривых давления и ионного тока.




Рисунок 2 – Схема измерения ионного тока “Bosch”

На том же принципе работы основана и система, разработанная Mitsubishi Electric Corp (рисунок 3).



Рисунок 3 – Схема измерения ионного тока фирмы “Mitsubishi Electronic Corp”.

Отличие состоит в том, что накопление энергии для создания напряжения возбуждения ионного тока осуществляется отводом части энергии, аккумулируемой в катушке зажигания. Во время разряда система измерения ионного тока отключается от катушки зажигания.

При проведении опытов было отмечено, что количество импульсов ионного тока, выделяемых во время детонации, связано с уровнем детонации. Определение детонации в системах, использующих датчик виброускорений (датчик детонации), затруднено в следствии шумов в диапазоне детонации.

Система выявляющая детонацию посредством подсчета импульсов ионного тока, лишена этих недостатков. На рисунке 4 представлены сигналы с датчиков давления и ионного тока.

Авторы отмечают хорошее отношение сигнал/помеха и высокую достоверность измерения уровня детонации. К недостаткам такой системы можно отнести то, что ионный ток протекает через вторичную обмотку катушки зажигания, что накладывает на ее параметры дополнительные ограничения.

Специалисты фирмы Adrenaline Research разработали систему измерения ионного тока, применив ее к усовершенствованной системе зажигания с двойной энергией, представленную на рисунке 5. Схема объединяет в себе индуктивную и емкостную систему зажигания, что одновременно позволяет обеспечить высокое напряжение и большой ток пробоя для улучшения зажигания. После разряда цепи двойной энергии второй конденсатор перезаряжается, обеспечивая высокое напряжение на электродах свечи при измерении тока. Система обладает следующими достоинствами:

  • малое время искрового разряда, присущее емкостным системам, позволяет начать измерения ионного тока уже через 300 мкс после пробоя искрового промежутка свечи зажигания в отличие от 1,5 – 3 мс, для индуктивных систем;

  • конденсатор большой емкости в цепи двойной энергии, используемый для поддержания высокого тока искры, применяется также для обеспечения возбуждающего напряжения, что обеспечивает стабильное напряжение измерения, так как ионный ток имеет величину примерно 150 мА, а емкость может обеспечивать до 100 А для 3 мкс разряда в фазе зажигания;

  • низкое сопротивление вторичной обмотки катушки зажигания в емкостной системе зажигания позволяет протекание через нее более высоких токов при измерении ионного тока. Возможность приложения высокого напряжения к свече зажигания обеспечивает хорошее соотношение сигнал/помеха;

  • использование одной цепи, как для высоковольтного разряда, так и для измерений.



Рисунок 4 – Формы сигналов ионного тока и датчика давления в цилиндре (ДДЦ) при детонации.


К недостаткам системы можно отнести необходимость выполнения контакта между катушкой и свечой зажигания с достаточной проводимостью, чтобы обеспечить протекание ионного тока, величиной 30…150 мА.

Во втором варианте выполнения систем возбуждения и измерения ионного тока в КС напряжение возбуждения подают на высоковольтный вывод вторичной обмотки катушки зажигания от специального источника питания через развязывающие высоковольтные диоды или резисторы. К такому типу относится система, разработанная Daihatsu Motor Co., показанная на рисунке 6.



Рисунок 5 – Схема измерения ионного тока фирмы «Adrenaline Research»




Рисунок 6 – Схема измерения ионного тока фирмы « Daihatsu Motor Co»


После завершения разряда зажигания к центральному электроду свечи зажигания прикладывается напряжение возбуждения ионного тока. Для упрощения системы часть энергии, накопленной в катушке зажигания, используется для создания напряжения возбуждения. Так как амплитуда ионного тока, измеряемая в виде падения напряжения на измерительном резисторе Rm, слишком мала для непосредственного измерения, то напряжение усиливается в модуле мощности, интегрированном с усилителем ионного заряда. Имеется возможность работы на бедной смеси путем обнаружения нестабильности горения и регулирования отношения воздух/топливо таким образом, чтобы держать это отношение на границе появления нестабильности горения.

Преимуществами предлагаемого метода возбуждения ионного тока являются простота технической реализации и легкость съема сигнала ионного тока. Один из конструктивных вариантов реализации метода включает в себя обычную индивидуальную катушку зажигания и проставку со встроенным высоковольтным диодом и проходным конденсатором.

К недостаткам можно отнести усложнение программы управления первичной обмоткой катушки зажигания, которая должна проводить накопление заряда для искрового разряда, разряд, гашение остаточных колебаний, возбуждение напряжения для измерения.

В настоящее время предлагаются СУД с обратной связью на основе применения метода самоорганизации и анализа ионных токов в камере сгорания. Технология измерения ионного тока, протекающего в искровом промежутке свечи зажигания, размещенной в камере сгорания ДВС является одной из самых экономически эффективных, простых и интенсивно разрабатываемых.

Используя технологию измерения ионного тока с целью регулирования рабочего процесса ДВС могут быть определены следующие параметры: пропуски воспламенения; наличие или отсутствие детонации; угловое положение пика давления в камере сгорания; фаза газораспределения; состав топливовоздушной смеси.


Список литературы:

1. Lars Eriksson, Lars Nielsen. Closed Loop Cycle Ignition Control by Ion Current Interpretation// Linkoping University Mikael Glavenius, Mecel AB. SAE 970854, 1997.

2. Eric N. Balles, Edward A. VanDyne, and Alexandra M. Wahl. In-Cylinder Air/Fuel Ratio Approximation Using Spark Gap lonization Sensing// Kenneth Ratton and Ming-Chia Lai Wayne State University, Adrenaline Research Inc. SAE 980166, 1998.

3. Developing of New Ion Current System for Combustion Process Control/ Morito Asano, Tecumo Cuma, Mitsunobi Caiitany, Manabu Takeutchy // Daihatsu Motor Co. SAE 980162, 1998.

4. Ion Current Sensing for Spark Ignition Engines/ Jiirgen Forster, Achim Gunther, Markus Ketterer, Klaus-JQrgen Wald// Robert Bosch GmbH. SAE 1999-01-0204, 1999.

5. The Application of Ionic Current Detection System for the Combustion Condition Control/ Yutaka Ohashi, Mitsuru Koiwa, Koichi Okamura, и Atsushi Ueda// Mitsubishi Electric Corp.

SAE1999-01-0550, 1999

6. Spark Advance Control Using the Ion Current and Neural Soft Sensors/ Hellring Magnus, Thomas Munther, Thorsteinn Rognvaldsson, Nicholas Wickstrom// Halmstad University Christian Carlsson, Magnus Larsson, & Jan Nytomt MecelAB. SAE 1999-01-1162, 1999.


Резюме

В статье рассмотрены вопросы применение метода самоорганизации для мониторинга ионных токов в камерах сгорания тепловых двигателей. Создание системы непрерывного безинерционного контроля основных параметров сгорания ТВС непосредственно в камере сгорания двигателя, основанной на явлении электропроводности в пламени, позволит обеспечить выполнение норм ЕВРО-6.


Summary

In clause questions application of a method of self-organizing for monitoring ionic currents in chambers of combustion of thermal engines are considered. Creation of system continuous without the inertial the control of key parameters of combustion ТВС is direct in the chamber of combustion of the engine, based on the phenomenon electroconductivity in a flame, will allow to provide performance of norms Euro-6.

Похожие:

В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconПоволжский государственный университет сервиса (пвгус) Центр дополнительного профессионального образования пвгус
Г. Тольятти, ул. Гагарина 4, кабинет 401-Э, телефон цдпо: (8482) 22 99 10
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconПоволжский государственный университет сервиса (пвгус) Центр дополнительного профессионального образования пвгус
Г. Тольятти, ул. Гагарина 4, кабинет 401-Э, телефон цдпо: (8482) 22 99 10
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconПоволжский государственный университет сервиса (фгбоу впо «пвгус» ) Центр дополнительного профессионального образования пвгус
Г. Тольятти, ул. Гагарина 4, кабинет 401-Э, телефон цдпо: (8482) 22 99 10
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconВопросы об университете
Поволжский технологический институт сервиса (птис), а в ноябре 2002 г. Поволжский технологический институт сервиса из филиала Московского...
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconПрограммы вступительных испытаний, проводимых гоу впо "Поволжский государственный университет сервиса" самостоятельно в 2011 году I
Настоящие Программы вступительных испытаний, проводимых гоу впо "Поволжский государственный университет сервиса" (далее университет,...
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconПрограмма VI международной научно-практической конференции запад россия восток политическое, экономическое и культурное взаимодействие 12 апреля 2012 года
Ерохина Лидия Ивановна д э н., профессор, ректор фгбоу впо «Поволжский государственный университет сервиса», председатель совета...
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconРегламент работы конференции 4 июня 2009 года Поволжский государственный университет сервиса ул. Гагарина 00 55. Презентация книги В. М. Селиванова о пвгус, показ коллекций номинантов конкурса «Арбуз»
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Тольяттинский филиал)
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconКонкурс проводится в заочной форме с
Учредителем Конкурса выступает Поволжский государственный университет сервиса (пвгус), кафедра «Философия и культурология»
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconРегиональное развитие рынка медицинских услуг
Работа выполнена на кафедре «Экономика, организация и коммерческая деятельность» в фгбоу впо «Поволжский государственный университет...
В. В. Смоленский Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, Россия iconУправление факторами развития деятельности предприятий ремонтно-строительных услуг
Работа выполнена на кафедре «Менеджмент» гоу впо «Поволжский государственный университет сервиса»
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница