Повышение быстродействия электромагнитной форсунки

Таким образом, было выявлено, что с увеличением скорости движения воздуха в воздуховодах системы вентиляции существенно изменяются составляющие шума от путевой арматуры и концевых воздухораспределительных устройств, тогда как шум, излучаемый вентилятором, подающим воздух в рассматриваемое помещение, остается практически неизменным, а звукоизолирующие кожухи, полностью закрывающих наиболее шумные агрегаты, например, вентиляторы, позволяют снизить шум в спектре на 15...18 дБ. Список использованной литературы:

1. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Сошенко М.В., Демина Е.С. Методика снижения шума устройств для пневмопереплетения комплексных нитей // Тезисы доклада на Международной НК "Текстиль, одежда, обувь: дизайн и производство". Витебск, ВГТУ, 2002.-98 с. С. 21-25.

2. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Сошенко М.В., Рыжманова И.А. Методика расчета акустических параметров вентиляционных систем предприятий текстильной промышленности// Тезисы доклада на Международной НК "Текстиль, одежда, обувь: дизайн и производство". Витебск, ВГТУ, 2002.-98 с. С. 26-30.

3. Кочетов О С., Гетия И.Г., Гетия С.И., Леонтьева И.Н. Параметры аэродинамического шума вентиляционных систем// Техника и технологии: Пути инновационного развития [Текст]: Сборник научных трудов 4-ой Международной научно-практической конференции (30 июня 2014 г.)/ редкол.:Горохов А.А. (отв.Ред.);Юго-Зап.гос.ун-т.Курск, 2014.-271с., С. 151-156.

4. Кочетов О С., Гетия И.Г. Выбор оптимальных параметров микроклимата рабочей зоны// Материали за 10-а международна научна практична конференция, «Найновите постижения на европейската наука», - 2014. Том 21. Технологии. София. «Бял ГРАД-БГ» ООД - 80 стр. С.62-66.

5.Кочетов ОС., Булаев В.А., Гапоненко А.В. Расчет эффективности снижения аэродинамического шума вентиляционных систем // Роль науки в развитии общества: сборник статей Международной научно-практической конференции (13 декабря 2014 г., г.Уфа).- Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-158 с. С. 21-25.

6.Кочетов О С., Сошенко М.В., Щербаков А.А. Методика расчета снижения шума в производственных помещениях текстильной отрасли // Общество, наука, инновации: сборник статей Международной научно-практической конференции (15 декабря 2014 г., г.Уфа). в 2ч.Ч.2./ - Уфа: Аэтерна, 2014.-376 с. С. 41-45.

© Гетия И.Г., 2015

УДК 629.113.04:621.4

Ермаков Виктор Васильевич

к.т.н., профессор, ТГУ г. Тольятти, РФ E-mail: ateoevv@mail.ru Пионтковская Светлана Артуровна к.т.н., доцент, КАИ, г. Казань, РФ Piontkovskaia@rambler.ru

ПОВЫШЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ФОРСУНКИ

Аннотация

Статья посвящена разработке электромагнитной форсунки, имеющей повышенное быстродействие. Конструкция форсунки, имеет дополнительную поляризующую обмотку, позволяющую уменьшить время открытия и закрытия за счет увеличения усилия, развиваемого электромагнитом. Учитывая, что системы ЭСУД являются массовой продукцией, задача разработки форсунки подачи топлива является весьма актуальной.

Ключевые слова

Электромагнитная форсунка, быстродействие, управляющая и поляризующая обмотки,

управление обмотками.

Современные автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) характеризуются работой при относительно высоких частотах вращения коленвала двигателя. При этом на совершение процессов рабочего

цикла ДВС отводится очень малое время. Так процесс впуска при частоте вращения коленвала n=6000 об/мин занимает меньше 5мс. В этот небольшой промежуток времени должен укладываться процесс подачи топлива электромагнитной форсункой. Таким образом, к быстродействию форсунки предъявляются весьма жесткие требования, так как от ее работы зависит качество протекания процессов смесеобразования и сгорания, а, следовательно, также мощностные и экономические показатели двигателя.

Рабочий цикл электромагнитной форсунки состоит из 3 фазовых процессов: срабатывания, открытого состояния и отпускания [1]. При этом управление количеством поданного топлива осуществляется путем изменения длительности управляющего импульса, то есть изменением продолжительности второй фазы. Обязательным условием корректного дозирования является постоянство перепада давления топлива в полости форсунки и давления воздуха во впускном трубопроводе двигателя. Первая и третья фазы работы форсунки являются нежелательным свойством действия электромагнитного привода клапана форсунки. Чрезмерная продолжительность этих периодов может привести к рассогласованию длительности управляющего импульса и величины фактически поданной порции топлива. Это сбивает программу управления двигателем и ухудшает его показатели работы. Тем не менее, полностью избавиться от задержек в работе электромагнита невозможно, так как электромагниты - устройства инерционные: сила тока в них нарастает и спадает по экспоненте [2, с.76].

Для установки на современные автомобильные двигатели предпочтительными являются форсунки, имеющие высокое быстродействие. В таком случае задержки в подаче топлива будут минимальные, и закон топливоподачи будет максимально приближен к линейному. Это позволит упростить программу управления двигателем и даст возможность дальнейшего форсирования двигателя по максимальной частоте вращения коленвала.

При функционировании системы впрыска топливному контроллеру необходимо "знать" зависимость подачи топлива от длительности посылаемых им управляющих импульсов. Такая зависимость должна носить линейный характер, что может быть достигнуто при малых задержках в срабатывании электромагнита.

На рисунке 1 приведены данные испытания электромагнитной форсунки "Bosch EV 1.3". Зависимость величины подачи топлива G от длительности управляющего импульса At представлена кривой, имеющей ряд характерных точек. Точка 1 соответствует времени срабатывания At=1,6 мс и является началом линейного закона подачи топлива. Максимально возможная цикловая подача топлива ограничена точкой 5 (At= 10 мс). В этой точке погрешность дозирования составляет AG= ±4%, что считается приемлемой величиной. Правее точки 5 кривая подачи топлива теряет линейный характер из-за наложения управляющих импульсов друг на друга, и форсунка становится неуправляемой. Левее точки 1 закон подачи топлива также не является линейной зависимостью, так как управляющий импульс короче периода срабатывания форсунки. Погрешность дозирования в этом случае составляет AG=± 20%, что неприемлемо. Для исключения возможности повышения токсичности при таком режиме работы контроллер системы впрыска настроен на отсечку подачи топлива, если вычисленная длительность импульса составляет менее 1,7 мс (точка 2). Практически же контроллер системы впрыска выдает на форсунку импульсы длительностью от 2,5 мс (точка 3) до 9,2 мс (точка 4), что соответствует диапазону работы двигателя от 850 об/мин (холостой ход) до 5600 об/мин. В этом диапазоне (точки 3 и 4) погрешность дозирования составляет AG=±3,5 % [3, c.60].

п -

1 2

О 2 * 10"3 4 * 10~3 б*1(Г3 8* 1(Г3 Ц

Рисунок 1 - График зависимости подачи топлива от времени работы форсунки Сравнительные характеристики современных электромагнитных форсунок, устанавливаемые на двигатели автомобилей семейства ВАЗ и их аналогов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительные характеристики электромагнитных форсунок

Тип форсунки Время открытия Время закрытия Высота подъема клапана

toTKp, мс Ьакр, MC Иср, мкм

GM 1,6 0,8 0,50

Bosch EV 1.3 1,55 0,8 0,50

Siemens DK 1 D 1,5 0,8 0,30

Bosch EV 1.4 1,22 0,75 0,30

Важным моментом в работе форсунки является также необходимость обеспечения постоянства величины подачи топлива от цикла к циклу (стабильность работы). При этом суммарное время открытия и закрытия форсунки не должно превышать 5 мс. Выход за границы этого периода может привести к перегреву электромагнита и как следствие к нестабильной работе форсунки или же полной потери ее управляемости. Нарушения стабильности работы также могут возникать при недостатке смазки в трущихся парах. Как известно бензин, в отличие от дизельного топлива, не обладает столь хорошими смазывающими свойствами, что и обуславливает возможные проблемы в работе бензиновых форсунок. Для исключения подобных неисправностей необходимо тщательно прорабатывать конструкцию электромагнитного привода.

Электромагнитные элементы являются наиболее инерционными элементами систем управления, поэтому повышение их быстродействия является актуальной задачей, решение которой позволит улучшить характеристики систем. Применительно к переходным режимам, динамические характеристики электромагнитных элементов обуславливают способность систем управления адекватно реагировать на отклонения от заданного режима. Из этого следует, что основным путем развития электромагнитных элементов является совершенствование их конструкции в направлении улучшения динамических характеристик, которые наиболее важны для работы в системах управления. [4, ^4]

Быстродействие электромагнитов постоянного тока, на основе которых выполняются электромагнитные элементы, определяется временем срабатывания и временем отпускания, являющиеся основными критериями оценки их динамических характеристик. Общепринятыми приемами повышения быстродействия электромагнитов являются: уменьшение постоянной времени обмотки для ускорения нарастания тока при включении, сокращение массы движущихся частей и величины хода якоря, а также снижение противодействующего усилия. Однако на принимаемые решения при разработке электромагнитных элементов накладывается ряд ограничений. Масса движущихся частей и противодействующее усилие не могут быть значительно снижены, так как определяются параметрами приводного механизма, сочлененного с электромагнитом. Возможность уменьшения постоянной времени обмотки также ограничена.

В электронной системе управления ДВС автомобиля, электромагнитные форсунки выполняются чаще всего на основе обычного электромагнита. В конструкциях, где используются поляризованные электромагниты, величина потока ограничивается насыщением стали магнитопровода. Это позволяет создать больший магнитный поток в сравнении с конструкциями с постоянным магнитом и существенно повысить быстродействие форсунки.

Чтобы сохранить простоту и надежность электромагнита, применяемого в качестве исполнительного элемента форсунок, но придать ему лучшие динамические свойства, разработана конструкция электромагнита, в которой поляризующий магнитный поток в магнитной системе создается добавочной обмоткой, включенной согласно основной и отделённый от неё втулкой из армко-железа. Изменение пути замыкания магнитного потока при коммутации основной и поляризующей обмоток приводит к росту скорости изменения суммарного усилия, создаваемого электромагнитом, что ведёт к увеличению быстродействия.

Необходимо отметить, что большое влияние на быстродействие поляризованной форсунки оказывает иной способ её управления. В конструкциях с постоянным источником поляризующего поля повышается удерживающее усилие и, как следствие, время переходного процесса срабатывания при включении снижается, а время переходного процесса отпускания якоря увеличивается. Это негативно сказывается на общем быстродействии электромагнитного элемента. При значительном поляризующем потоке якорь может залипнуть во включенном положении.

Для исключения залипания якоря и уменьшения времени отпускания якоря поляризованного электромагнита производят реверсирование тока в поляризующей обмотке [5, с.41].

Для электромагнитных элементов, работающих в импульсном режиме, например, для автомобильных форсунок, момент подачи импульсов управления определяется положением коленчатого вала ДВС и вычисляется блоком управления впрыском. В этом случае, легко организовать управление питанием поляризующей обмотки (рисунок 2).

Момент включения управляющей обмотки четко определён фазами газораспределения системы впрыска и зависит от режимов работы ДВС. До момента подачи импульса на управляющую обмотку на поляризующую подается импульс с опережением на временной интервал обусловленный нарастанием тока, позволяющим получить минимальное время срабатывания.

В момент окончания движения якоря ^Отк пр) обмотку необходимо обесточить.

Момент отсечки форсунки (закрытие) так же четко определен (1у отк). Опережая этот момент на время (1Но) на поляризующую обмотку необходимо подать импульс инверсной полярности и держать его до момента отпускания якоря (1ОТп).

Питание поляризующей обмотки током разной полярности позволяет одновременно с повышением быстродействия электромагнитного элемента при срабатывании, решить задачу повышения быстродействия при отпускании якоря. Однако это привет к усложнению схемы подключения самой форсунки (разъем становится четырёх-контактным). С другой стороны время открытия форсунки в два раза превышает время отпускания и можно найти компромис по быстродействию либо используя инверсный импульс на поляризованной обмотке, либо не используя его. Список использованной литературы:

1. Пат. 2440509Российская Федерация, МПСТ 02 N 99/00. Способ холодного пуска и прогрева поршневого двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления [Текст] / Павлов Д.А. и др. ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет". - № 2009139255/06; заявл. 23.10.09 ; опубл. 27.04.11, Бюл. № 12. - 8 с. : ил.

2. Козловский, В.Н. Электротехнический и программный комплекс управления двигателем внутреннего сгорания автомобиля [Текст] / В.Н. Козловский, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2015.- т.11. - № 1. - С. 73-83.

3. Павлов, Д.А. Состав продуктов сгорания бензоводородовоздушных смесей в сферической камере постоянного объема [Текст] / Д.А. Павлов, Л.Н. Бортников, М.М. Русаков, А.П. Шайкин // Химическая физика. - 2011. - т.30. - № 1. - С. 56-65.

1л

Рисунок 2 - Диаграмма токов на обмотках форсунки

4. Козловский, В.Н. Перспективы развития электротехнических и электронных систем управления двигателем автомобиля [Текст] / В.Н. Козловский, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов, В.В. Иванов // Грузовик. -2015.- № 8. - С. 2-7.

5. Ермаков В.В., Пионтковская С.А., Пьянов М.А. Влияние электрооборудования на безопасность автотранспортного средства // Грузовик. - 2011.- № 6. - С. 39-43.

© Ермаков В.В., Пионтковская С.А., 2015

УДК 620.9

Закиров Данир Галимзянович,

доктор технических наук, профессор Слаутин Юрий Александрович, старший преподаватель Полевщиков Иван Сергеевич,

аспирант, ассистент ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь E-mail: i. s.polevshchikov@gmail. com

ПОДХОДЫ К ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОТРЕБНОСТЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Аннотация

В статье рассмотрены особенности энергосбережения и обеспечения потребностей в электрической и тепловой энергии за счет возобновляемых источников на примере отдельного муниципального района Пермского края.

Ключевые слова

Энергоресурсосбережение, возобновляемые источники энергии, повышение энергетической эффективности.

Сегодня в мире уделяется большое внимание проблемам энергоресурсосбережения и применению возобновляемых источников энергии [1-3]. Недавно Евросоюз подписал обязательную для всех 27 стран ЕС декларацию, чтобы в целях борьбы с изменением климата к 2020 году довести доли возобновляемых источников энергии (от энергии ГЭС до ветра и солнца) до 20 %.

Доля использования возобновляемых источников энергии в России ничтожно мала, производство электроэнергии составляет меньше 1 %, тепловой энергии 4%. Однако при этом известно, что возобновляемая энергетика - это наиболее рациональный способ решения проблем энергосбережения (электроэнергия, тепло, топливо) удаленных, труднодоступных населенных пунктов, не подключенных к сетям общего пользования.

Первым в Пермском крае за разработку муниципальной программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности взялся Юрлинский район, пригласив специалистов Пермского краевого центра энергоэффективности, энергосбережения и экологии.

Крупных промышленных предприятий в Юрлинском муниципальном районе нет. Основным видом деятельности большинства предприятий района является лесозаготовка и деревообработка. Район экологически чистый и является одним из тех муниципальных образований России, который свои потребности в топливно-энергетических ресурсах будет во многом обеспечивать возобновляемыми источниками энергии.

Разработанная муниципальная Программа по энергосбережению и повышению энергоэффективности