CC BY
42
lui
Транспорт
Библиографический список
1. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессия. M.: Финансы и статистика, 1981. 302 с.
2. Лагерев Р.Ю. Оценка матриц корреспонденций транспортных потоков по данным интенсивности движения: дис...канд. техн. наук. Волгоград, 2007. 188 с.
3. Mихайлoв А.Ю., Головных ИЖ Современные тенденции проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей городов. Новосибирск: Наука, 2004. 267 с.
А. Access Management Guide // Indiana department of transportation, 2006. 15B p.
б. Access management manual. http://www.dot.state.oh.us/ planning/ AccessMgmt/ Manual_Default.htm
6. Highway Capacity Manual. / TRB Special Report N B7. - TRB, Washington, D.C., 1965. 39B p.
УДК 629.113.004
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ АНАЛИТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ДАВЛЕНИЯ ВО ВПУСКНОМ КОЛЛЕКТОРЕ
1 9
А.И.Федотов1, А.Л.Фёдоров2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Контроль начального положения валов привода газораспределительного механизма можно осуществлять, используя в качестве диагностических параметров характеристики колебаний давления воздуха во впускном трубопроводе двигателя. Предложен метод расчета параметров динамики газообмена в двигателе при помощи уравнений электрических цепей. Ил. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: математическое описание; диагностика; двигатель; газораспределительный механизм; вал привода впускных клапанов; фаза колебания давления; впускной трубопровод.
SETTING THE PROBLEM OF ANALYTICAL DETERMINATION OF INITIAL LOCATIONS OF ENGINE DISTRIBUTION SHAFTS BY PRESSURE PARAMETERS IN THE INTAKE MANIFOLD A.I. Fedotov, A.L. Fedorov
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Ikutsk, 664074.
The control of the initial position of gas distribution drive shafts can be performed using the characteristics of air pressure oscillations in the engine intake manifold as diagnostic parameters. A method for calculating the parameters of gas exchange dynamics in the engine by means of electric circuit equations is proposed. 2 figures. 3 sources.
Key words: mathematical description; diagnosis; engine; gas distribution mechanism; drive shaft for inlet valves; pressure oscillation phase; intake (inlet) manifold.
Одним из наиболее трудоемких процессов, выполняемых при поиске неисправностей в двигателях и их системах, является определение правильности установки начальных положений распределительных валов (НПРВ). Попытки контролировать НПРВ двигателя безразборными методами привели к необходимости исследования процессов газообмена во время его работы.
Аналитическое решение этой задачи было реализовано на основе математического моделирования. Для разработки модели была составлена структурная схема системы «Впускной трубопровод - цилиндр - КШМ - ГРМ - выпускной трубопровод» (рис. 1) и выявлены связи между её элементами.
На структурной схеме (рис. 1) наглядно показаны взаимодействие между элементами системы при ра-
боте двигателя внутреннего сгорания, а также влияние на исследуемый процесс кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов. Схема позволяет выявлять причинно-следственные связи между элементами системы и определять параметры, с помощью которых можно контролировать правильность начального взаимного положения коленчатого и распределительных валов двигателя автомобиля.
В процессе наполнения цилиндра объём V?, воздуха из атмосферы поступает через воздушный фильтр во впускной трубопровод двигателя, в котором при помощи датчиков измеряется его температура ^С и функция расхода Jа(ne, Далее объём Vв воздуха поступает в блок дроссельной заслонки, где в зависимости от угла а^) её открытия изменяется до величи-
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405080, e-mail: [email protected]
2Fedotov Alexander, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Motor Transport, tel.: (3952) 405080, e-mail: [email protected]
Фёдоров Алексей Леонидович, аспирант, тел.: (3952) 405136, e-mail.: [email protected] Fedorov Alexei, Postgraduate, tel.: (3952) 405136, e-mail.: [email protected]
Рис. 1. Структурная схема системы «Впускной трубопровод - цилиндр - КШМ - ГРМ- выпускной трубопровод»
ны Ув и поступает во впускной коллектор двигателя.
Затем объём воздуха Ув поступает через впускной клапан в надпоршневую полость цилиндра. Дросселирование потока воздуха впускным клапаном зависит от положения 6квп кулачка вала привода впускных клапанов.
Наполнение надпоршневой полости будет происходить при положительной разнице между атмосферным давлением и давлением в цилиндре. В частности, оно будет зависеть от моментов начала открытия и конца закрытия впускного клапана, а также от скорости движения поршня, зависящей от скорости изменения угла 0кол.в поворота коленчатого вала.
В процессе опорожнения цилиндра объём отработавших газов Vог поступает через выпускной клапан в выпускной коллектор двигателя. Дросселирование потока отработавших газов выпускным клапаном зависит от положения 0квып кулачка вала привода выпускных клапанов.
Опорожнение надпоршневой полости будет происходить при положительной разнице между давлением в надпоршневой полости цилиндра и атмосферным давлением. Оно будет зависеть от моментов начала открытия и конца закрытия выпускного клапана, а также от скорости движения поршня, зависящей от скорости изменения угла 6колв поворота коленчатого вала.
Перемещение поршня для , - го цилиндра 5 (],в) = Я ■ 008(0 + 7,) +
п-т ■ (1)
+ 712 - (Я ■ ьт(в + у, ))2
Объём пространства над поршнем
V (,,в) = Уь + (I + Я - 5(,,в)) ■
^ Б2 4
(2)
где Уь — объём камеры сгорания; Б — диаметр цилиндра.
Математическое описание кинематики клапанного механизма составлено с учетом того, что при полностью закрытом клапане ГРМ сопротивление воздушному потоку равно бесконечности. Сопротивление полностью открытого клапана значительно при высоких частотах вращения коленчатого вала и уменьшает наполнение цилиндра. Впускной и выпускной клапаны изменяют сопротивления движению газа, изменяя свои пропускные сечения О и ^ в соответствии с выражениями
О = О ■ (а ■ со8(щ + щ — в + у.) +
+ Ъ — (а ■ 8т(щ + щ — в + у, ))2), если (щ + щ — в + у .) ^ 2п четно;
О = о
если (щ + щ — в + у) + 2п нечетно
Се = О■(а ■ °08(ще + щ —в + у,) +
+ ^Ъ — (а ■ $тЩс + щ —в + у, ))2),
(3)
если (щ + щ — в + у,) ^ 2ж
Ое = о,
если (щ + щ — в + у,) + 2п
четно;
(4)
нечетно,
<
<
где О - максимальное сечение клапана; а и Ь -постоянные коэффициенты; фф и фе/ - заводские начальные углы установки валов привода впускного и выпускного клапанов; фi и фе - отклонение начальных углов от заводских установок.
Математическое описание процессов движения газов в двигателе выполнено с использованием уравнений электрических цепей. Модель многоцилиндрового двигателя составлена из ряда однотипных блоков, описывающих процессы газообмена в его цилиндрах, каналах впуска и выпуска. Их количество может варьироваться, а процессы равномерно распределены за полный цикл работы двигателя. Каналы впуска и выпуска по своей физической сути эквивалентны и рассматриваются как отрезки трубопровода, характеризующиеся объёмом, сопротивлением и инерционностью. Блоки, описывающие процессы движения газа во впускном коллекторе через дроссельную заслонку и выпускной коллектор с выхлопной трубой для каждого цилиндра полностью идентичны. Общие параметры процесса газообмена в двигателе осуществляются суммированием функций отдельных цилиндров.
Математическое описание газообмена при работе одного цилиндра двигателя предусматривает, что объём пространства над поршнем (рис. 2) состоит из постоянного объема камеры сгорания и объёма цилиндра, который изменяется при перемещении поршня.
Для расчета параметров движения газа каналы разбиты на N взаимосвязанных участков. Впускной и выпускной клапаны соединяют цилиндр с первым участком соответствующего канала. Эквивалентная электрическая схема, аналогичная по своим свойствам цилиндру двигателя, показана на рис. 2, в.
В текущем положении в коленчатого вала для каждого цилиндра двигателя последовательно рассчитываются следующие величины:
- Полный объем цилиндра (как емкость эквивалентного конденсатора)
Ср = Сь + срх (Б), (5)
где Сь - емкость, моделирующая объём камеры сгорания; С- емкость, моделирующая объём цилиндра; Б - положение поршня, рассчитанное по выражению (1).
- Давление в цилиндре двигателя (как напряжение на емкости конденсатора Ср)
Я'
К =— р с
(6)
-1
где я - масса газа (как заряд конденсатора на
предыдущем шаге).
- Расход газа через пропускное сечение впускного клапана (как ток в цепи)
(7)
I, = и-1 - ир) • о.
т т'-1
где и'- - давление в начале впускного канала за предыдущий момент времени (как напряжение в цепи); О - коэффициент расхода впускного клапана
данного цилиндра (как проводимость цепи), рассчитывается для текущего положения коленчатого вала по формуле (3).
Для расчета расхода газа через пропускное сечение выпускного клапана (как ток на участке цепи) используем формулу
1е=(и:-1 - ир) • о., (8)
где и'-1 - давление (как напряжение) в начале выпускного канала в предыдущий момент времени; О -
коэффициент расхода выпускного клапана данного цилиндра (как проводимость цепи), рассчитывается для текущего положения коленчатого вала по формуле (4).
Давление газа в начале выпускного канала (как напряжение) рассчитаем при помощи выражения
и'п = и- - N • 11А
(9)
где С - объём выпускного канала (как емкость конденсатора); N - количество участков, на которые этот объем разделен при расчёте.
Давление газа в начале впускного канала (как напряжение) рассчитаем по формуле
1 '
и,А = и- -—• 11Д,
(10)
где С - объём впускного канала (как эквивалентная электрическая емкость).
Рис. 2. Схема цилиндра: а - физическая; б - пневматическая; в - расчетная
lui
Транспорт
Уточнённое значение давления газа в цилиндре в текущем положении коленчатого вала (как эквивалентное напряжение)определим по формуле
q = U, -с,.
(12)
U, = U' + с
L -J ( Il
+ le )dt .
(11)
P t—1
Массу газа в цилиндре двигателя (как величину заряда) рассчитаем как
Библиографический список
Данное математическое описание позволяет выполнять расчет процессов движения газа в отдельных цилиндрах двигателя.
На следующем этапе рассчитываются параметры движения газа в каналах впуска и выпуска, подключенных к данному цилиндру.
1. Федотов А.И., Федоров А.Л. Экспериментальное исследование влияния разрегулировки механизма газораспределения на внешнюю скоростную характеристику автомобильного ДВС // Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта: мат. междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2011. С. 266-271.
2. Федоров А.Л. Форма колебаний давления во впускном коллекторе как диагностический признак положения распределительных валов // Проблемы диагностики и эксплуатации
автомобильного транспорта: мат. междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2011. С. 185-192.
3. Федоров А.Л. Диагностирование механизма газораспределения автомобильного двигателя внутреннего сгорания по изменению объёмного расхода воздуха // Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств на основе современных методов диагностирования: мат. меж-дунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2007. С. 251-255.
УДК 656
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ФАКТИЧЕСКОГО РАССТОЯНИЯ ДО СТОП-ЛИНИИ ОТ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ТОРМОЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ОПОВЕЩЕНИЯ НА ПОДЪЕЗДЕ К РЕГУЛИРУЕМОМУ ПЕРЕКРЕСТКУ
Д.П.Ходоскин1, Р.Ю.Лагерев2
белорусский национальный технический университет, 220013, г. Минск, пр-т Независимости, 65.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обоснованы и приведены величины и диапазоны основных данных, использующихся в исследованиях авторов. В качестве основных параметров, характеризующих инертную зону дилеммы и зону на подъезде к ней, выбраны: время оповещения о смене желтого сигнала, замедление автомобиля, начальная скорость торможения, время реакции водителя, время срабатывания тормозного привода, время нарастания замедления, фактическое расстояние до стоп-линии. Приведен случай сочетания трех искомых расстояний до стоп-линии, при котором имеет место инертная зона дилеммы. Представлены результаты исследования зависимости замедления от времени оповещения о смене сигнала светофора для различных значений времени реакции водителя (0,6 с, 0,8 с и 1 с). Ил. 8. Табл. 3. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: инертная зона дилеммы; замедление; время оповещения о смене сигнала; время реакции водителя; желтый сигнал; расстояние; переходной интервал; начальная скорость торможения.
DEPENDENCE STUDY OF THE ACTUAL DISTANCE TO THE STOP LINE ON THE INITIAL BRAKING SPEED AND WARNING TIME AT THE ENTRANCE TO A CONTROLLED INTERSECTION D.P. Hodoskin, R.Y. Lagerev
Belarusian National Technical University, 65, Nezavisimost Av., Minsk, 220013. National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors justify and provide values and ranges of key data used in their studies. As main parameters characterizing the inert zone of dilemma and its entrance zone they choose the warning time of yellow signal change, vehicle slowing down, initial braking speed, driver's reaction time, brake control actuation time, deceleration rise time, actual distance to the stop line. The article provides the case combining three unknown distances to the stop line, when the inert zone of dilemma takes place. The study results of dependence of slowing down on the warning time of the change of a traffic-lights signal are given for different values of driver's reaction time (0.6 s, 0.8 s and 1 s). 8 figures. 3 tables. 8 sources.
Key words: dilemma inert zone; slowing down; warning time of signal change; time of driver's reaction; yellow signal; distance; transition interval; initial speed of braking.
1Ходоскин Дмитрий Петрович, аспирант, тел.: (3952) 405694, e-mail: [email protected] Hodoskin Dmitry, Postgraduate, tel.: (3952) 405694, e-mail: [email protected]
2Лагерев Роман Юрьевич, доцент кафедры менеджмента на автомобильном транспорте, e-mail: [email protected] Lagerev Roman, Associate Professor of the Department of Management in Automobile Transport, e-mail: v01 @istu.edu
