Мехатронный привод для воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.05, кандидат наук Гуммель Андрей Артурович

• Гуммель Андрей Артурович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Гуммель Андрей Артурович

ВВЕДЕНИЕ

1 Воздушно-тактовый клапан ДВС. Аналитический обзор конструкций и способов управления

1.1 Существующие впускные системы воздухогазобмена двигателей внутреннего сгорания

1.2 Мехатронный привод воздушно-тактового клапана ДВС

1.2.1 Анализ конструктивных решений электромагнитных приводов

1.2.2 Анализ схемотехнических решений для силового коммутатора системы управления мехатронным приводом

1.2.3 Анализ технического уровня систем управления мехатронными приводами

1.3 Выводы по главе

2 Разработка комплексной математической модели мехатронного привода ВТК ДВС

2.1 Математическая модель электромагнитного механизма

2.2 Математическая модель силового коммутатора

2.3 Модель системы управления

2.4 Комплексная математическая модель мехатронного привода

2.5 Математическое моделирование мехатронного привода

2.6 Выводы по главе

3 Исследование мехатронного привода, разработка адаптивного алгоритма управления

3.1 Разработка алгоритмов управления

3.1.1 Способ управления мехатронным приводом на основе измерения тока в обмотке ЭМ при соприкосновении якоря с полюсом

3.1.2 Адаптивный алгоритм, основанный на измерении скорости изменения тока в обмотке ЭМ при движении якоря

3.2 Разработка методики определения начальных параметров характеристики тока управления резонансным приводом

3.3 Выводы по главе

4 Программно-аппаратный комплекс для экспериментальных исследований динамических характеристик мехатронного привода ВТК ДВС

4.1 Назначение, структурная организация, аппаратно-программное обеспечение комплекса

4.2 Экспериментальное исследование динамических характеристик мехатронного привода

4.2.1 Исследование времени переключения клапана

4.2.2 Исследование скорости якоря при соприкосновении с полюсом

4.2.3 Исследование мощности, потребляемой мехатронным приводом ВТК за цикл переключения

4.3 Оценка адекватности математической модели

4.4 Проведение стендовых испытаний на двигателе внутреннего сгорания

4.5 Выводы по главе

5 Заключение

Список литературы

6 Приложение А. Документы, подтверждающие внедрение разработок автора

7 Приложение Б. Схема электрическая принципиальная системы управления ВТК ДВС

8 Приложение В. Блок-схема программы адаптивного управления мехатронным приводом ВТК ДВС

9 Приложение Г. Текст Программы системы управления мехатронным приводом ВТК ДВС

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мехатронный привод для воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания»

ВВЕДЕНИЕ

Одной из ведущих и быстро развивающихся отраслей является автомобильная промышленность, в которой повсеместно ведется внедрение новых электрически-управляемых устройств, взамен пневматических, гидравлических и механических с жесткой кинематической связью. Развитие автомобилестроения происходит при быстром росте цен на углеводородное топливо с одной стороны и экологическим загрязнением атмосферы отработавшими газами в крупных городах с другой стороны, что обуславливает поиски различных направлений по снижению токсичности и улучшению экономичности работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В связи с этим разработчики двигателей внутреннего сгорания постоянно совершенствуют различные его узлы, такие как газораспределительный механизм, впускной тракт системы питания (оптимизация конструкции впускных каналов, применение различных нагнетателей), систему выпуска отработавших газов (рециркуляция газов) с целью увеличения экономичности и КПД двигателей [1, 2], применяя в своих разработках, в том числе мехатронные привода.

Одним из путей снижения токсичности отработавших газов является совершенствование процессов впуска двигателя с целью увеличения наполнения цилиндров, улучшения смесеобразования, процесса сгорания. При эксплуатации автомобиля в городских условиях, двигатель большую часть времени работает на частичных скоростных режимах. Для повышения динамики автомобиля двигатель должен иметь высокий крутящий момент на низких частотах вращения [3]. Начиная с 50-х годов прошлого столетия разрабатываются устройства, которые при низких частотах вращения коленчатого вала позволяют улучшить тяговые характеристики двигателя и повысить комфорт при вождении. Эти устройства создают так называемый импульсный наддув, который увеличивает приток воздуха в цилиндре. При

этом устраняется главный недостаток - нехватка воздуха в камере сгорания при резком нажатии на педаль газа. Применяемые в настоящее время турбонагнетатели эффективны только при более высоких частотах вращения. В двигателях с турбонагнетателем, повышение крутящего момента при низких частотах вращения составляет 50 % [4].

Одним из перспективных решений задачи снижения расхода топлива и уменьшения выбросов вредных веществ, при существенном увеличении мощности двигателя, является оптимизация состава и скорости подачи горючей смеси путем использования воздушно-тактового клапана (ВТК) [5 -10]. Способ заключается в создании волновых явлений в системе впуска путем быстрого открытия и закрытия впускного канала клапаном ВТК на такте впуска. Для этого во впускном канале каждого цилиндра устанавливается клапан, управляемый быстродействующим электромагнитом. С точки зрения энергопотребления и быстродействия -наиболее перспективными видами приводов для применения в подобных устройствах являются электромагнитные механизмы (ЭМ) резонансного типа, образующие вместе с устройством управления сложную мехатронную систему. Несмотря на большое количество научно-технических публикаций и патентных источников, существует ряд нерешенных вопросов, связанных с разработкой надежных, быстродействующих мехатронных приводов, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики при минимальных массогабаритных показателях системы в целом. Наиболее рациональным путем достижения требуемых динамических характеристик электромагнитов (время срабатывания, скорость якоря в конце хода), в системах с жесткими массогабаритными ограничениями (автомобильный транспорт), является применение специализированных систем управления. Аналитический обзор применяемых систем и методов управления резонансными электромагнитами показал, что существующие системы и методы управления, для обеспечения требуемых динамических

характеристик в условиях внешних воздействующих факторов, предполагают использование специализированных датчиков (положения, скорости, магнитного потока и т.п.), что приводит к увеличению сложности системы, росту массо-габаритных и стоимостных показателей, снижает надежность системы в целом. В связи с этим возникает необходимость разработки новых устройств и методов управления быстродействующими ЭМ резонансного типа, обеспечивающих минимальную скорость посадки клапана при заданном времени переключения без использования специализированных датчиков положения и скорости исполнительного органа привода в условиях внешних возмущающих воздействий.

Работа соответствует научным направлениям ЮРГТУ (НПИ) на 2011 - 2015 гг. «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы» и «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденным решением ученого совета от 26 января 2011г. Результаты работы получены при выполнении государственных контрактов: № 02.516.11.6030 «Анализ и синтез мехатронных приводов для систем газораспределения двигателей внутреннего сгорания с повышенными энергетическими и экономическими показателями на основе математических и физико-химических моделей», №02.513.11.3452 «Мехатронные приводы для запорно-регулируемых клапанов трубопроводной арматуры», № П2186 «Разработка устройств и алгоритмов управления резонансными электромагнитными приводами», НК-517П «Разработка устройств управления электромагнитными приводами систем воздухообмена и топливоподачи двигателей внутреннего сгорания», № 2.1.2112337 «Мехатронные устройства для систем топливоподачи и воздухогазобмена двигателей внутреннего сгорания», при поддержке проекта №22829, выполняемого в рамках базовой части государственного задания №22014/143.

Цель работы и задачи исследования. Разработка мехатронного привода для управления воздушно-тактовым клапаном двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего заданные динамические параметры и минимальную скорость посадки клапана в условиях внешних возмущающих воздействий, без использования датчиков положения и скорости.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Обзор и анализ существующих технических решений в области создания мехатронных приводов ВТК ДВС.

2. Анализ существующих систем и методов управления быстродействующими электромагнитными приводами.

3. Разработка метода управления мехатронным приводом ВТК ДВС, обеспечивающего заданные динамические параметры и минимальную скорость посадки клапана в условиях внешних возмущающих воздействий, без использования датчиков положения и скорости исполнительного органа привода.

4. Разработка комплексной математической модели мехатронного привода совместно с системой управления.

5. Практическая реализация мехатронного привода клапаном ВТК ДВС и устройства управления.

6. Экспериментальные исследования мехатронного привода ВТК ДВС.

Методы и достоверность результатов исследований.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, а также полученных результатов обеспечиваются:

1. Применением фундаментальных методов теории электрических и магнитных цепей, численных методов решения нелинейных алгебраических уравнений, методов решения систем нелинейных дифференциальных уравнений.

2. Корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей.

3. Использованием при моделировании и тестировании численных моделей современных программных комплексов «Рвтт», «ЬТ;^р1св».

4. Применением традиционных методологических принципов современной науки, использованием метрологически аттестованного оборудования для проведения экспериментов и приемлемой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна.

1. Разработан метод управления мехатронным приводом ВТК ДВС, обеспечивающий заданные динамические параметры и минимальную скорость посадки клапана в условиях внешних возмущающих воздействий, отличающийся от известных тем, что управляющее воздействие формируется без использования специальных датчиков положения и скорости.

2. Предложен способ определения начальных параметров токовой характеристики управления приводом ВТК ДВС, позволяющий производить первичную настройку регулятора системы управления в соответствии с предложенным методом управления.

3. Созданы математические модели и алгоритмы для расчета статических и динамических характеристик мехатронного привода ВТК ДВС, позволяющие сократить время на настройку устройства управления в реальных условиях, в которые, в отличие от известных, интегрированы модели управляемого силового преобразователя и системы управления,.

Практическая значимость и внедрение. Результаты, полученные в диссертационной работе, применимы для решения задач, связанных с управлением мехатронными приводами с заданными временем срабатывания и минимальной скоростью посадки исполнительного органа без использования специализированных датчиков положения и скорости.

1. Предложена модификация силовой схемы устройства управления, которая позволяет стабилизировать время трогания, при сохранении потребляемой приводом мощности из сети.

2. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для определения начальных параметров системы управления мехатронным приводом при управлении с обратной связью по току.

3. По результатам исследований разработан и практически реализован экспериментальный образец мехатронного привода ВТК ДВС с системой управления.

4. Разработан программно-аппаратный комплекс для экспериментальных исследований характеристик и параметров быстродействующего мехатронного привода ВТК ДВС совместно с устройством управления.

Значительная часть исследования выполнена в рамках договоров и программ сотрудничества, среди которых:

1) межотраслевая программа сотрудничества Министерства образования и науки Российской Федерации и ОАО «АВТОВАЗ», регистрационный номер проекта/НИР 105.04 «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД КЛАПАНА»;

2) контракт с Министерством образования и науки Российской Федерации по теме «Анализ и синтез мехатронных приводов для систем газораспределения двигателей внутреннего сгорания с повышенными энергетическими и экономическими показателями на основе математических и физико-химических моделей» (ГК № 02.516.11.6030);

3) в рамках договора о сотрудничестве со Steinbeis-Transferzentrum Mechatronik Ilmenau, г. Ильменау (Германия);

4) в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013гг., по теме

«Разработка устройств и алгоритмов управления резонансными электромагнитными приводами» (ГК №2186, Инв. №13н-19/09);

5) в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» и договора о международном научно-техническом сотрудничестве № 0763/01/07 от 30.11.2007г. по теме «Создание математических моделей и методик проектирования электромагнитных приводов с низким энергопотреблением для мехатронных систем» (ГК № 02.516.11.6103);

6) в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» по проекту №2.1.2/12337 «Мехатронные устройства для систем топливоподачи и воздухогазообмена двигателей внутреннего сгорания»;

7) результаты работы приняты к внедрению в ООО СКТБ «ИНВЕРСИЯ» (г. Ростов на Дону) в виде алгоритма управления электромагнитными клапанами гидрораспределителей, программного обеспечения, позволяющего исследовать характеристики электромагнитных клапанов гидрораспределителей в различных режимах под воздействием внешних факторов.

8) разработанный метод управления, математические модели и программы позволяющие исследовать характеристики электромагнитных приводов резонансного типа совместно с устройством управления, были использованы в ООО НПП «МагнетикДон» (г. Новочеркасск) при разработке мехатронного привода клапана ГРМ ДВС.

9) материалы диссертационной работы, экспериментальные образцы мехатронных приводов воздушно-тактового клапана ДВС, программно-аппаратный комплекс используются в учебном процессе кафедры «Электромеханика и электрические аппараты» ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова в курсах «Автоматизированные системы научных исследований»,

«Электромагнитные приводы мехатронных систем», в курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

■ на IV Международной научно-практической конференции г. Новочеркасск, 17-19 июня 2003 г (ОАО «ВЭлНИИ»);

■ на 49 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау, г. Ильменау (Германия), сентябрь 2004 г;

■ на 50 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау, г. Ильменау (Германия), сентябрь 2005 г;

■ на 51 Международном научном коллоквиуме Технический университет Ильменау, г. Ильменау (Германия), сентябрь 2006 г;

■ во время стажировок в г. Ильменау (Германия), на кафедре «Мехатроника» TU Ilmenau;

■ на Международной научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление - 2007» с. Дивноморское, 24-29 сентября 2007 г.;

■ на ежегодных научно-технических конференциях ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова;

■ на научных семинарах кафедры «Электромеханика и электрические аппараты» ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 34 научных статьй, в том числе: 6 работ в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК и 16 тезисов докладов на различных научных конференциях и коллоквиумах; получены 1 патент на изобретение, 1 свидетельство на полезную модель, 1 свидетельство о регистрации программы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 116 наименований и 4 приложений. Общий объем работы 216 страниц, включая 62 листа приложений, 89 иллюстраций и 6 таблиц.

1 ВОЗДУШНО-ТАКТОВЫЙ КЛАПАН ДВС. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Существующие впускные системы воздухогазобмена двигателей

внутреннего сгорания

В современных условиях ускоренного темпа развития двигателестроения, а также доминирующих тенденций интенсификации рабочего процесса при условии повышения его экономичности, большее внимание уделяется сокращению сроков создания, доводки и модификации имеющихся типов двигателей. Для снижения уровня выбросов в атмосферу токсичных составляющих, попадающих в состав отработавших газов ДВС в результате испарения и неполноты сгорания топлива, а также для поддержания эффективности работы ДВС в широком диапазоне скоростей вращения и снижения расхода топлива, современные транспортные средства (ТС) оснащаются рядом систем, которые можно объединить под общим названием систем топливоподачи и воздухогазобмена двигателей внутреннего сгорания.

Одним из путей снижения токсичности отработавших газов является совершенствование процесса впуска с целью увеличения коэффициента наполнения цилиндров свежим зарядом, улучшения смесеобразования, процесса сгорания. При эксплуатации автомобиля в городских условиях, двигатель большую часть времени работает на частичных скоростных режимах. Для повышения динамики автомобиля двигатель должен иметь высокий крутящий момент на низких частотах вращения, который напрямую связан с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливно-воздушной смеси [3]. При этом, чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокий момент развивает силовой агрегат. Самое простое решение - повысить крутящий момент на низких оборотах двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и

массы конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого вала, но при этом возникают серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что соответственно приводит к снижению ресурса двигателя. Наиболее действенным способом в данной ситуации является наддув.

Для увеличения давления перед впускным клапаном в ДВС применяют три основных способа наддува:

1. Резонансный - при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен).

2. Механический - в этом варианте компрессор приводится во вращение ременной передачей от двигателя.

3. газотурбинный (или турбонаддув) - турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Механические нагнетатели (рисунок 1) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Рисунок 1 - Механические нагнетатели

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры (рисунок 2). К достоинствам турбокомпрессоров относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Недостатком данного типа турбин является низкая эффективность работы компрессора при низкой частоте вращения двигателя, когда количество отработавших газов невелико и наличие так называемой «турбоямы» — замедленный отклик на увеличение подачи топлива.

Рисунок 2 - Газотурбинный компрессор

В атмосферных двигателях внутреннего сгорания применяется так называемый резонансный наддув. Периодичность движения поршня и открытия клапанов порождают во впускном трубопроводе колебания давления газов. При открытии впускного клапана в зоне горловины возникает волна разряжения, которая со скоростью звука распространяется до открытого конца трубопровода, где оказывает возмущающее воздействие на воздушный поток. Вследствие этого во входном сечении трубопровода возникает волна давления, движущаяся к клапану.

Характер колебания давления во впускном трубопроводе (в зоне впускного клапана) имеет волнообразный вид [3]. При этом повышенное давление у впускного клапана достигается в конце процесса впуска непосредственно перед закрытием клапана. В результате повышается перепад между давлением во впускном трубопроводе и давлением в цилиндре, что повышает эффект дозарядки цилиндра топливно-воздушной смесью. Этот эффект можно усилить, если повысить амплитуду колебания давлений во впускном трубопроводе путем настройки системы впуска на явление резонанса, то есть, на совпадение или на кратность частот свободных и вынужденных колебаний давления во впускном трубопроводе. Настройка системы осуществляется путем подбора диаметра и длин впускных трубопроводов, а также установкой резонансных емкостей в многоцилиндровых двигателях. При этом эффект улучшения наполнения реализуется в ограниченном диапазоне частот вращения вала двигателя.

Для обеспечения лучшего наполнения камеры сгорания воздухом в расширенном диапазоне оборотов двигателя, применяются различные системы изменения геометрии впускного коллектора, что является одной из востребованных технологий повышения мощности двигателя, экономии топлива, снижения токсичности отработавших газов. Изменение геометрии впускного коллектора может быть реализовано двумя способами: • изменением длины впускного коллектора (рисунок 3 а);

• изменением поперечного сечения впускного коллектора (рисунок

3б).

Впускной коллектор переменной длины используют в конструкциях двигателей многие производители, некоторые дали системе собственные названия такие как: Dual-Stage Intake, DSI (Ford), Differential Variable Air Intake, DIVA (BMW), Variable Inertia Charging System, VICS, Variable Resonance Induction System, VRIS (Mazda).

б)

Рисунок 3 - Системы изменения геометрии впускного коллектора: а) изменение длины впускного коллектора; б) изменение поперечного сечения

впускного коллектора

Одним из перспективных решений задачи снижения расхода топлива и уменьшения выбросов вредных веществ, при существенном увеличении мощности двигателя, является оптимизация состава и скорости подачи

горючей смеси путем использования воздушно-тактового клапана (ВТК) [5 -7, 9 - 23]. Способ заключается в создании волновых явлений в системе впуска путем быстрого открытия и закрытия впускного канала клапаном ВТК на такте впуска. Для этого во впускном канале каждого цилиндра устанавливается клапан с быстродействующим электромагнитным приводом (рисунок 4), который остается закрытым, когда впускной клапан цилиндра начинает открываться.

Рисунок 4 - Воздушно-тактовый клапан во всасывающей трубе ДВС [4]

Движение поршня вниз создает вакуум в камере сгорания и объеме между клапанами ВТК и впускными клапанами. При быстром открытии клапана ВТК происходит резкое увеличение скорости воздушного потока в направлении камеры сгорания и образование волны разрежения, движущейся к ресиверу, которая отражается волной избыточного давления. Достигнув днища поршня, поток тормозится и изменяет направление движения на обратное. ВТК в этот момент закрывается, обеспечивая сохранение повышенного давления и массы воздуха в цилиндре. Таким образом, достигается оптимальное наполнение цилиндра свежим зарядом во всем диапазоне скоростей вращения ДВС, в отличие от существующих систем впуска, настроенных на узкий диапазон частоты вращения вала двигателя и, при этом, устраняется главный недостаток существующих впускных систем -

нехватка воздуха в камере сгорания при резком нажатии на педаль газа.

Этот принцип может быть использован в бензиновых и дизельных двигателях, так как данный клапан установлен во впускном канале, то появляется возможность управлять другими процессами газообмена и их оптимизации, например, раннее закрытие впускного канала позволяет уменьшить работу, направленную на преодоление насосных потерь ДВС (рисунок 5).

а) б)

Рисунок 5- Индикаторная «Р- V» диаграмма ДВС, а - атмосферного ДВС, б -

с применением ВТК

Кроме того, появляется возможность воздействовать на температуру поступающего воздуха путем термодинамических эффектов и управлением момента времени закрытия впускного канала в фазе впуска [7]. Путем гибкого управления клапаном ВТК имеется возможность:

— реализовать импульсный наддув, что позволяет увеличить мощность двигателя, путем создания волновых колебаний во впускном коллекторе;

— исключить узел дроссельной заслонки, что позволит исключить потери на дросселирование;

— блокировать подачу воздуха в отдельные цилиндры, что предотвращает их охлаждение.

Для разработки способа управления электромагнитными приводами ВТК ДВС, обеспечивающего их заданные динамические параметры, необходимо рассмотреть принцип работы ВТК с описанием ключевых моментов его работы.

Как, ранее отмечалось, гибкое управление процессами течения горючей смеси во впускном канале приводит к повышению давления в камере сгорания. Повышенная плотность всасываемого воздуха реализуется за счет импульсного наддува [24]. При этом, для достижения максимального давления во время фазы впуска требуются, в зависимости от числа оборотов двигателя, один или два цикла переключения клапана [7]. На рисунке 6 показан процесс переключения ВТК в зависимости от угла поворота коленчатого вала (УПКВ) на низких оборотах двигателя.

Рисунок 6 - Импульсный наддув с ВТК

Для достижения оптимальной импульсной зарядки в цикле используется двухтактная схема переключения. К началу хода поршня открывается клапан для первой фазы впрыска (рисунок 6). Затем ВТК закрывается на короткий промежуток времени для достижения низкого давления в камере сгорания. При втором переключении нагнетаемая в камеру сгорания волна давления увеличивает давление в цилиндре и впускной клапан закрывается. Повышение давления составляет порядка 0.17бар (0.17221 атм).

180 360 540

Переэарвдка-ВМТ Знжиггиие-йМТ

Угол поворота коленчатого вала сс РУПКВ]

Рисунок 7 - Изменение давления во впускном коллекторе при импульсном

наддуве (я=1000 об-1) [25]

На рисунке 8 представлена зависимость крутящего момента двигателя от изменения числа оборотов коленчатого вала при использовании ВТК и без него [18].

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 я, об"1

Рисунок 8 - Повышение характеристики крутящего момента при

применении ВТК

За счет импульсного наддува достигается значительное увеличение крутящего момента двигателя ДВС на низких оборотах [26]. Режимы холостого хода и малых нагрузок являются преобладающими при эксплуатации автомобилей и составляют от всего времени движения [27]:

• примерно 95% - при интенсивном городском движении;

• около 85-90% - при движении по грунтовым дорогам;

• 30-35% - на загородных автомобильных дорогах.

Работа двигателя в таких режимах сопровождается ухудшением его эффективности, увеличением расхода топлива, а также повышенным выбросом в атмосферу продуктов неполного сгорания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гуммель Андрей Артурович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сторчеус Ю.В. Крайнюк А.И. Системы газодинамического наддува. Монография. — Луганск: Изд-во Восточноукр. нац. уни-та, 2000. — 224 c.

2. Яковлев В. Ф. Соснин Д. А. Новейшие автомобильные электронные системы. — М.: СОЛОН-Пресс, 2005. — 240 c.

3. А. Б. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов, В. В. Клементьев Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов — Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006. — 382 c.

4. A. Elsäßer и др. Schnelle magnetische Aktoren für die Impulsaufladung von Hubkolbenmotoren. // 47. Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau, 23.-26. September 2002.

5. Schatz O.: Patent DE 4308931 (1993) «Lufttaktventil».

6. Schatz O.: Patent DE 3737828A1 (1987) «Gesteuertes Rückschlagventil».

7. Porsche AG : Patent DE 102005033994 A1 (2007) « Verfahren zur Laststeuerung einer Kolben-Brennkraftmaschine ».

8. Elsäßer A., et al.: Impulsaufladung und Laststeuerung von Hubkolbenmotoren durch ein Lufttaktventil. MTZ 2001, Nr. 12.

9. E Schneider и др. Ein integriertes Saugmodul zur Anwendung der Impulsaufladung in der Großserie // 12. Aachener Kolloquium Fahrzeugund. — Aachen, 2003.

10. H Findeisen., J Linhart., S Wild. Development of an Actuator for a Fast Moving Flap for Impulse Charging // SAE Technical paper series. — March 2003.

11. F. Schäfer Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven Germany — Wiesbaden: GWV Fachverlage GmbH, 2005. — s. 986 c.

12. Пат. 2005035955 A1 (Международный). Pulse supercharging // Fev Motorentech Gmbh (Германия). Заявл. 05.10.2004, №PCT/EP2004/011109; опубл. 21.04.2005; МПК F02B 29/08.

13. A Koch и др. Impulsaufladung: Umsetzbarkeit unter realen Fahrbedingen und in Großserie am Beispiel eines Ottomotors mit

Abgasturboaufladung. In: Variable Ventilsteuerung II - Ein Verfahren zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen. // Haus der Technik. — März 2004.

14. A Elsäßer и др. Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik // Entwurf schnellwirkender magnetischer Aktoren für Lufttaktventile. — Darmstadt, 3. - 4. März 2004.

15. P. Kreuter и др. Impulse Charging for Diesel Engines: Improved Performance Characteristics and inside - Engine Measures to Meet Future Emission Legislation // SAE-Paper 2004-01-1406. — 2004.

16. P. Kreuter, R. Bey, M. Wensing 22. Int. Wiener Motorensymposium // Impulslader für Otto- und Dieselmotoren, Wien 26-27. April 2001.

17. P. Kreuter и др. 25. Int. Wiener Motorensymposium // NOx-Reduktion im dieselmotorischen Verbrennungsprozeß durch luftseitig hochenergetische Strahlzerstäubung, Wien 29-30. April 2004.

18. ElsäßerA. и др. Impulsaufladung und Laststeuerung von Hubkolbenmotoren durch ein Lufttaktventil //. — 2001. — c. 998 - 1009.

19. P Kreuter. и др. An Impulse Charging System for SI and Diesel Engines. // SAE Technical Paper Series. — Выпуск №2002-01-1104. — 2002. — c. 19-20.

20. H Takahashi. и др. Study on Impulse Charger for Enhancement of Volumetric Effeciency of SI Engine. // SAE Technical Paper Series. — Выпуск №2006-01-0191. — 2006.

21. P. Kreuter и др. 11. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik // Kombination von Abgasturbo- und Impulsaufladung, Oktober 2002.

22. А. М. Козин,М. М. Русаков Увеличение пропускной способности системы впуска ДВС // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. — 2011г. — c. с.124-128.

23. Гринченков В.П., Гуммель А.А., Косарев А.С. Павленко А.В. Электромагнитный привод воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания // Эврика - 2007: сб. конкурс. работ Всерос. смотра-

конкурса науч.-техн. творчества студентов высших учеб. заведений, г. Новочеркасск, 19-25 нояб. 2007 г. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: Оникс+. — 2007. — c. 312-313.

24. R. Basshuysen,F. (Hrsg.). Schäfer Handbuch Verbrennungsmotor. Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven; 4. Auflage — Wiesbaden: Vieweg & Sohn Verlag, 2007. — 1032 c.

25. A. Elsässer и др. Entwurf schnellwirkender magnetischer Aktoren für Lufttaktventile // Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik, 6. ETG/GMM-Fachtagung. — 3.-4. Marz 2004. — c. 165- 170.

26. G. et al Loussert High speed electric actuators designs for improved air intake // 2007 SAE. International Congress.

27. Н.А. Кузьмин. Техническая эксплуатация автомобилей. Закономерности изменения работоспособности. // Нижний Новгород: Форум, ISBN 978-5-91134-534-1. — 2002. — c. 208.

28. Гринченков В.П., Батищев Д.В., Гуммель А.А. и др. Павленко А.В. Электромагнитные приводы для мехатронных устройств и систем автомобилей. Проектирование и оптимизация / Мехатроника, автоматизация, управление - 2007 : материалы Междунар. науч.-техн. конф., пос. Дивноморское, 24-29 сент. 2007 г. // Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем им. академика А.В. Каляева Южного федерального университета. - Таганрог. — 2007. — c. 429-431.

29. ГОСТ Р 52230-2004 Электрооборудование автотракторное. Общие технические условия.

30. Борисов В.В., Каплан Г.С. и др. Александров Г.Н. Проектирование электрических аппаратов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1985. — 448 c.

31. Пат. 102004044015 (Германия). Hochgeschwindigkeitsstellein-richtung // MAHLE Filtersysteme GmbH (Германия). Заявл. 21.10.2003, № 10200404415; опубл. 02.06.2005; МПК H01F7/14.

32. Пат. 102005058349 (Германия). Elektromagnetischer Stellantrieb // MAHLE Filtersysteme GmbH (Германия). Заявл. 06.12.2005, № 102005058349; опубл. 14.06.2007; МПК H01F7/14.

33. Пат. 10317802 A1 (Германия). Hubkolbenmotor mit einem in einem Saugrohr angeordneten Lufttaktventil // LSP Innovative Automotive Systems GmbH (Германия). Заявл. №10317802.3; опубл. 18.11.2004; МПК F02B 27/00.

34. Development of an Actuator for a Fast Moving Flap or Impulse Charging by Findeisen, Linhart and Wild from Mann+Hummel GMBH // SAE World Congress Technical Paper, 2003.

35. Пат. 2834119 (Франция). Actionneur electromagnetique a deux positions stables de fin de course notamment pour la commande de vannes de conduits D'Admission D'Air pour moteurs a combustion interne , // Moving Magnet Technologies (Франци). Заявл. 30.08.2001, №FR00111245 ; опубл. 27.06.2003; МПК H01F7/14.

36. V.P.Grinchenkov, N.P.Belyaev, A.A. Gummel,D.V.Batishchev, E.Kallenbach A.V. Pavlenko Mechatronischer Entwurf schnellwirkender electromagnetischer Aktoren // 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau 23.-29. — September 2005. — c. 107-109.

37. Гильмияров К.Р., Метод и устройство управления мехатронным приводом клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск: 2012 г.

38. A. Pavlenko и др. Projektierung schnellwirkender elektromagnetischer Aktoren mit wechselsinniger Ankerbewegung // 49. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, Technische Universität Ilmenau, 27-30 October 2004.

39. Пат. 2261495 (Россия). Быстродействующий двухпозиционный электромагнит с поворотным якорем // ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ) (Россия). Заявл. 22.12.2003, № 2003136971; опубл. 27.09.2005; МПК H01F7/14.

40. А. В. Павленко и др., Проектирование быстродействующих электромагнитных приводов возвратно-вращательного действия. - 2002г.

41. Пат. 7623012B2 (США), Electromagnetic Actuanjr Drive // MAHLE International GmbH (Германия). Заявл. 08.06.2006, № 102005026535; опубл. 14.12.2006; МПК H01F7/00.

42. Патент на изобретение 284600 РФ Способ управления быстродействующим электромагнитом / Павленко А.В., Гринченков В.П., Беляев Н.П., Постников А.А., Гуммель А.А. // ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). Заявл. 10.11.2004г. №2004132820/09; опубл. 27.09.2006г., МПК H01F 7/18.

43. Pat. DE 102004037360 A1 (Германия). Electromagnet actuator/ Mahle Filtersysteme Gmbh (Германия). Завл. 30.06.2004, № DE200410037360; опубл. 24.02.2005; МПК H01F7/14.

44. Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ 2010615553 РФ Проектный расчет электромагнитного привода / Павленко И.А., Гильмияров К.Р., Павленко А.В., Гуммель А.А. // ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). Дата регистрации 27.08.2010.

45. Pat. EP 00408963A2 (Европейское патентное общество). Verfahren zur Steuerung der Ankerbewegung von Schaltmagneten /FEV Motorentechnik GmbH & Co (Германия). Заявл. 15.07.89, № DE 3923477; опубл.23.01.91; МПК H01F 7/18.

46. Pat. DE 0019836769С1(Германия). Verfahren zum Bestimmen der Position eines Ankers/Siemens AG, 80333 München(Германия). Заявл. 13.08.1998, № 19836769; опубл.13.04.2000; МПК H01F 7/18.

47. Pat. DE 0019834213A1 (Германия). Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Stellgeräts/ Siemens AG, 80333 München(Германия). Заявл.29.07.1998, № 19834213; опубл.10.02.2000; МПК H01F 7/18.

48. Pat. DE 0010020896A1 (Германия). Verfahren zur Bestimmung der Position eines Ankers/ eines Ventils/ LSP Innovative Automotive Systems GmbH (Германия). Заявл.29.04.2000, № 10020896.7; опубл. 31.10.2001; МПК H01 F7/18.

49. Pat. EP 001212761B1 (Европейское патентное общество) VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ELEKTROMEC HAN ISCHEN

STELLANTRIEBS/ METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTROMECHANICAL ACTUATOR/ PROCEDE DE COMMANDE D'UN MECANISME DE COMMANDE ELECTROMECANIQUE, / SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Германия). Заявл.18.06.1999, № DE 199927982; опубл.12.06.2002; МПК H01F 7/18.

50. Pat. US 006536387B1 (США). ELECTROMECHANICAL ENGINE VALVE ACTUATOR SYSTEM WITH LOSS COMPENSATION CONTROLLER/ Visteon Global Technologies, Inc (США). Заявл.27.09.2001, № 09/965.228; опубл. 25.03.2003; МПК F01L 9/04.

51. Pat. US 20030056740A1 (США). ELECTROMECHANICAL ENGINE VALVE ACTUATOR SYSTEM WITH REDUCED ARMATURE IMPACT / YOUGING XIANG (США). Заявл.27.09.2001, № 96522701; опубл.27.03.2003; МПК F01L 9/04.

52. Пат. 2242816 РФ. Быстродействующий поляризованный электромагнит броневого типа с независимыми потоками поляризации / Павленко А.В., Гринченков В.П., Беляев Н.П. -21.03.2002; Опубл. 20.12.2004 Бюл.№ 35..

53. Pat. US 005731946A (США). PARALLEL CIRCUIT FOR DRIVING AN ELECTROMAGNETIC LOAD/ ROBERT BOSCH GMBH (США). Заявл. 11.04.1995, № WO95/29492; опубл.26.12.1995; МПК H01H 47/32.

54. Pat. DE 0010201887A1 (Германия). STEUERVORRICHTUNG ZUM STEUERN EINES ELEKTROMAGNETISCHEN AKTUATORS / Honda Giken Kogyo K.K. (Япония). Заявл. 18.01.2002, № 10201887; опубл.05.09.2002; МПК H01F 7/18.

55. Roger Uhlenbrock Joachim Melbert A High Power High Temperature Mechatronik Actuator for the Electromagnetic Valve Drive. // IEEE Transactions on Mechatronics, 3(03). — 2003.

56. Christian Gunselmann, Regelungsverfahren frn sensorlose elektromagnetische Umschwing-Aktuatoren. Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieurs, Bochum 2005.

57. Pat. ЕР 00727566А2 (Европейское патентное общество). Eineeine elektromagnetische Spule gebrauchende Ventiltriebsvorrichtung zur Betätigung eines Venti^rpers mit geringem Geräusch 1 ТОУОТА MOTOR СО LTD (Япония).Заявл. 14.02.1996.N'Q 96102194;, опубл. 21.08.1996; МПК F01L 9/04.

58. Pat. №19701471 DE. МПК H01F7/18. Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers / Werner, Schueler; Robert Bosch GmbH.- №19701471.2; заявл. 17.01.97; опубл. 23.07.98.-10 с.: ил.

59. Системы управления дизельными двигателями. Перевод с немецкого. // С40 Первое русское издание. - М.: ЗАО "КЖИ "За рулем". — 2004. — c. 480.

60. Пат. 2284600 (Россия) Способ управления быстродействующим электромагнитом // ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (Россия). Заявл. 10.11.2004, №2004132820/09; опубл. 27.09.2006 Бюл. №27; МПК H01F 7/18.

61. Actuators Fabio Ronchi, Carlo Rossi, Andrea Tilli. "Sensing Device for Camless Engine Electromagnetic" // Dept. of Electronics, Computer Science and Systems (DEIS), University of Bologna Viale Risorgimento n.2, 40136 Bologna. — ITALY 2004.

62. Fabio Ronchi, Carlo Rossi Marcello Montanari Trajectory Generation for Camless Internal Combustion Engine Valve Control // 11 IEEE. — 2003.

63. Fabio Ronchi, Student Member, IEEE, Carlo Rossi, Member, IEEE, and Alberto Tonielli, Associate Member, IEEE Marcello Montanari Control of а Camless Engine Electromechanical Actuator: Position Reconstruction and Dynamic Performance Analysis // IEEE transactions on industrial electronics, vol. 51, no. 2, april 2004..

64. Pat. DE 003611220A1 (Германия). Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine/Klöckner, Wolfgang, Dr., 8033 Krailling (Германия). Заявл. 04.04.1986, № 3611220; опубл.02.01.1987; МПК H01F 7/18.

65. Pat. GB 002377025A (Великобритания). A VALVE CLOSURE DETECTION METHOD AND MEANS / MOTOROLA INC (США). Заявл. 29.06.2001, № 0116034; опубл. 31.12.2002; МПК F02D 41/00.

66. Pat. US 005708355A (США). Method of identifying the impact of an armature onto an electromagnet on an electromagnetic switching arrangement/FEV MOTORENTECH GMBH & CO KG (Германия). Заявл. 22.08.1996, № 70145096; опубл. 13.01.1998; МПК G05F 1/40.

67. Pat. US 006269784B1 (США). Electrically actuable engine valve providing position output / VISTEON GLOBAL TECH INC (США). Заявл. 26.04.2000, № 55987000; опубл. 07.08.2001; МПК F01L 9/04.

68. Pat. US 006340008B1 (США). METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTROMAGNETIC ACTUATOR FOR ACTIVATING A GAS EXCHANGE VALVE ON A RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE / FEV MOTORENTECHNIK GMBH (Германия). Заявл. 29.01.2001, № 74468801; опубл. 22.01.2002; МПК F01, МПК F01L 9/04.

69. Гринченков В.П., Гуммель А.А., Павленко И.А., Калленбах Э. Павленко А.В. Комплексное проектирование электромагнитных приводов с заданными динамическими характеристиками. // «Электротехника», Москва. — 2007. — c. 22-30.

70. Павленко А.В., Гринченков В.П., Павленко И.А., Гуммель А.А. Проектирование быстродействующих электромагнитных приводов с заданными динамическими параметрами / Труды Южного научного центра Российской академии наук. Том 2. Физика, Механика, Техника./ // Под ред. Академика Г.Г. Матишова, Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН. — 2007. — c. 94-107.

71. Гринченков В.П., Беляев Н.П. Гуммель А.А. Павленко А.В. Анализ и синтез быстродействующих электромагнитных приводов мехатронных систем. // Изв. вузов. Сев. - Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Спецвып. Проблемы мехатроники. — 2003. — c. 21-24.

72. Гуммель А.А. Кузьмин А.Н. Проектирование системы управления быстродействующим электромагнитным приводом. // Студенческая научная весна 2004: Мтериалы 53-й науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ)/ Юж.-Рос. гос. техн. ун.-т. - Новочеркасск: ООО НПО «Темп». — 2004. — с. 77 -78.

73. Кривощеков В. О. Магнитомягкие композиционные материалы на основе железа [Текст] / В. О. Кривощеков // Молодой ученый. — № Т.1., Выпуск №5. — 2011. — с. 67-70.

74. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин. — М.: Высшая школа, 1994. — 318 с.

75. Костенко М. П. Электрические машины. Специальная часть. — МЛ.: Госэнергоиздат, 1949. — 712 с.

76. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / А. В. Иванов-Смоленский, Ю. В. Абрамкин, А. И. Власов, др.; Под ред. А. В. Иванова-Смоленского. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 213 с.

77. Никитенко А. Г. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах /А.Г.Никитенко.И.И.Пеккер. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 216 с.

78. Павленко А.В., Гринченков В.П., Гуммель А.А. Синтез параметров управляющих сигналов быстродействующего интегрированного электромагнитного привода. // Изв. вузов. Сев. - Кавк. регион. Техн. науки. -2005. - Спецвып. Проблемы мехатроники. — 2004. — с. 57-60.

79. Анализ и синтез мехатронных приводов для систем газораспределения двигателей внутреннего сгорания с повышенными энергетическими и экономическими показателями на основе математических и физико-химических моделей. Отчет о НИОКР: Юж. // - Рос. гос. техн. ун-т (Новочер. полит. ин-т) - Новочеркасск, 2008г. - № ГР 01200708675 - Инв. №02200951196..

80. Павленко А. В. и др. Математическое моделирование электромагнитных систем с использованием PSpice. // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. — 2004. — c. 45-48.

81. Finite Element Method Magnetics, Owner: DavidМeeker. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://femm.foster-miller.net/wiki/HomePage, свободный. //[Электронный ресурс].

82. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. — М.: Мир, 1979. — 392 c.

83. Теоретическая механика в примерах и задачах. Аналитическая механика. Удар: методические указания В. К. Манжосов, О. Д. Новикова. — Ульяновск: УлГТУ, 2008. — 56 c.

84. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2. 8-е издание, переработанное и дополненное. Под редакцией И.Н.Жестковой. — Москва: Издательство «Машиностроение», 2001. — 912 c.

85. Гильмияров К.Р. Гуммель А.А. Устройство управления резонансным электромагнитным приводом // Студенческая научная весна -2009 : материалы Межрегион. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых Южного федеральнего округа 1 Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).-Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ). — 2009. — c. 182-183.

86. Гуммель А.А. Гильмияров К.Р. Анализ схем построения систем управления электромагнитными приводами клапана газораспределительнога механизма двигателя внутреннего сгорания // Студенческая научная весна -2008 : материалы Межрегион. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодыХ ученыХ Южного федерального округа 1 Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЛИК. — 2008. — c. 390-392.

87. Патент на полезную модель №103228 РФ, МПК H01F 7/18. Устройство управления мехатронным приводам 1 Павленко А.В., Гуммель А.А., Гильмияров К.Р.; патентообладатель ГОУ ВПО Юж.-Рос. гос. техн. унт (Новочерк. политехн. ин-т). - №2010140032/07;, Заявл. 29.09.2010; опубл. 27.03.2010 Бюл. №9.

88. А. А. Зарифьян, А. Г. Никитенко, Б. И. Хоменко П. Г. Колпахчьян Математическое моделирование процессов в полупроводниковых преобразователях // Изв. вузов Электромеханика. — 1997. — с. 50-52.

89. МайаЬ Simulink. Help. MathWorks 2010 //[Электронный ресурс].

90. Massobrio G. Antognetti P. Semiconductor Device Modeling with SPICE.; Second Edition — New York: McGrawHill, Inc., 1993.

91. П. А. Ионкин, А. А. Нетушил, С. В. Страхов Г. В. Зевеке Основы теории цепей // 5-е, перераб. изд.- М.: Энергоатомиздат. — 1989. — c. 528.

92. ^mputer modeling of dynamic processing in complex electromechanical systems // Congress on scientific computation, modeling and applied mathematics. Berlin (Germany), August 24-29, 1997.- Vol. 6. Application in modeling and simulation.- Berlin: // Wissensaft und Techikverlag. — 1997. — c. 281-286.

93. Гуммель А. А., Гильмияров К.Р Батищев Д.В Электромеханический привод для управления элеронами летательного аппарата. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки.

— 2013. — c. 74-78.

94. Батищев Д.В. Методы и алгоритмы проектирования электромагнитных приводов с учетом внешних вибрационных воздействий: дисс. канд. техн. наук. — Новочеркасск: , 2011г.

95. Гринченков В.П., Беляев Н.П., Гуммель А.А. Павленко А.В. Анализ и синтез быстродействующих электромагнитных приводов мехатронных систем. // Изв. вузов. Сев. - Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Спецвып. Проблемы мехатроники. — 2003. — c. 21-24.

96. Гринченков В.П., Гуммель А. А., Беляев Н.П. Павленко А.В. Синтез параметров управляющих сигналов электромагнитных приводов мехатронных систем. // Мехатроника, автоматизация, управление. — 2005г.

— c. 14-19.

97. Projektierung schnellwirkender electromagnetischer Aktoren mit wechselsinniger Ankerbewegung / A. Pavlenko, V.Grinchenkov, N.Belyaev, A.

Gummel, E.Kallenbach // 49. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau 27.-30. // September 2004.. — c. 321-325.

98. Гринченков В.П., Гуммель А.А., Baumbach J., Kallenbach Е. Павленко А.В. Die Steuerung electromechanischer Antriebe mit wechselsinniger Ankerbewegund. Information technology and electrical engineering - devices and sistems, materials and technologies for the future // 51. Intemationales Wissenschaftliches Kolloquium, 11.-15.09.2006.Faculty of electrical engineering and information technology 1 Technische Universitat Ilmenau. - Ilmenau. — 2006. — c. 141-142.

99. W.P. Grinchenkow, A. Gummel, J. Baumbach, E.Kallenbach A.W. Pavlenko. Algorithmus zur adaptiven Steuerung schnellwirkender elektromagnetischer. 51. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau 11.-15. — , September 2006. — 107-109 c.

100. Любчик М.А. Расчет и проектирование электромагнитов постоянного и перемениого тока. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. — 223 c.

101. Гуммель А.А. Влияние внешних факторов на динамику срабатывания привода воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2007. - Спецвып. Проблемы мехатроники. — 2006. — c. 5-7.

102. Гуммель А.А. Павленко А.В. Способ управления электромагнитным приводам воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания // Студенческая научная весна - 2014 : материалы регион. науч.-техн. конф. (конкурса науч.-техн. работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Рост. обл., 24-25 мая 2014 г. 1 Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ); - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2014. -С. 121-122..

103. Гринченков В.П., Беляев Н.П., Гуммель А.А., Калленбах Э. Павленко А.В. Проектирование быстродействующих электромагнитных приводов с заданными динамическими параметрами. // Изв. вузов: Электромеханика. — 2002 г.

104. Гринченков В.П., Гуммель А.А., Баумбах Й. Павленко А.В. Методика расчета начальных параметров системы управления резонансным электромагнитным приводом // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2008. - Спец. вып. Проблемы мехатропики - 2008 : материалы междунар. науч. -практ. коллокв. (г. Новочеркасск, 18-20 июня 2008 г.).. — с. 68-70.

105. Гуммель А.А., Солтус К.П. Павленко А.В. Микропроцессорный регистратор переходных электромеханических и тепловых процессов. // Состояние и перспективы развития электроподвиж-ного состава: Тез. докл. 4-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 17 - 19 июня 2003 г.Новочеркасск,. — 2003. — с. 309-311.

106. Гуммель А.А. Портативное регистрирующее устройство. // Материалы 52-й науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ)/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ). — 2003. — с. 90-91.

107. Пузин В.С., Гильмияров К.Р. Гуммель А.А. Автоматизированный стенд для исследования распределенных параметров мехатронных систем. // Научно-техническое творчество студентов вузов: Матер. Всерос. смотра-конкурса научн.-техн. творчества студ. Вузов «Эврика-2005»/ Мин-во образования и науки РФ, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). — №Ч. 1. — 2005. — с. 322-327.

108. Пузин В.С., Медведев В.В., Батищев Д.В., Беляев Н.П. Павленко А.В., Программное обеспечение для визуализации и обработки результатов контроля состояния стальных канатов магнитным дефектоскопом ДСКМ на персональной ЭВМ.Св-во об отраслевой регистрации разработки № 5450. Дата регистрации 30.11.2005. Дата выдачи 23.12.2005.

109. Гуммель А.А. , Гильмияров К.Р., Кладов А.Е. Пузин В.С. Портативное устройство для сопряжения аналоговых датчиков. // Студенческая научная весна 2006: Сборник научных трудов аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ)/ Юж.-Рос. гос. техн. ун.-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ). — 2006. — с. 253 -254.

110. Батищев Д.В., Гуммель А.А. Медведев В.В. Экспериментальное определение интегральных характеристик линейнаго электромагнитного привода // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. — 2014. — c. 22-25.

111. Fluke 80i-110s AC/DC Current Probe [Электронный ресурс] -Режим доступа: // [http://assets.fluke.com/datasheets/80i-110s-Spexs.pdf, свободный.].

112. РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. Дата введения 2001-01-01.

113. Лебедев В.В. Кассандрова О.Н. Обработка результатов наблюдений. — М.: Наука, 1970г. 104 с.

114. ГОСТ 8.207 -76. Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

115. Павленко А.В. Батищев Д.В. Проектирование электромагнитных приводов с заданной виброустойчивостью. Часть 3 // Изв. вузов. Электромеханика. — 2011. — c. 28 - 33.

116. Анализ и синтез мехатронных приводов для систем газораспределения двигателей внутреннего сгорания с повышенными энергетическими и экономическими показателями на основе математических и физико-химических моделей. Отчет о НИОКР: // Юж. - Рос. гос. техн. ун-т (Новочер. полит. ин-т) - Новочеркасск, 2008г. - № ГР 01200708675 - Инв. №02200951196..

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ДОКУМЕНТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВНЕДРЕНИЕ

РАЗРАБОТОК АВТОРА

«УТВЕРЖДАЮ» ДирКТОр гнетикДон» ЛЩ. B.C. Пузин

r^i--: 2014г.

АКТ

о внедрении научных и практических результатов диссертационной работы

Гуммель Андрея Артуровича

Комиссия в составе технического директора Батшцева Д.В. и ведущего инженера Медведева В.В., составили настоящий акт в том, что в ООО НПП «МагиетикДои» в ходе выполнения работ по созданию мехатронного привода клапана ГРМ ДВС использованы результаты диссертации Гуммель A.A. на тему «Мехатроииый привод для воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания»:

1. Метод управления, математические модели, алгоритмы и программы управления электромагнитным приводом резонансного типа.

2. Экспериментальный образец устройства управления электромагнитным приводом резонансного типа.

Технический директор

Ведущий инженер ООО ППП «МагнетикДон»

ПРОТОКОЛ

совещания пг> со'ф^дцичсктву и области разработки, тготовленин и испытаний опытных образцов электромагактных приводов

г. Тольятти

ОАО «АП ТОПАЗ»

Скребенной Н,К, Яшин Д.П.

Сусгин В,И. Еслюша Л, И.

28-30. 01,2004г.

ЮРГЧ У (НПИ) г. Новочеркасск

Беляев Н.П. Ьатищсв Д. В.

Стороны выразили нлнт?ре(ованность в совместных работах по проектным темам в ранних НИР* плектромеханкческий клапан галораспрсдслитсльно™ механизма (ГРМ);

- электроблокнровка линии иы бора заднего хода.

I , Для проведения данных работ ОАО «АВТОВАЗ» передал;

- технический требования и ГЧ алскгромсханиЧССКОГО ю]йЛаЕ1а ГРМ;

- технические требования элеюроблокировки лнннн выбора заднего

кода.

2. ЮРГТУ (НПИ) приведет Необходимые раечетЫ н ВЫПОЛНИТ ГЧ с описанием разработки:

■ электромагн нтного привода клшана ГРМ;

- электроблокиропки линии пмборэ заднего хода.

Срок передачи ОАО «АВТОВАЗ»:

документации

пи

данным изделиям

на

3, По результатам выполненных работ провести очередное совещание ПО проведению Дальнейших работ.

<1 ОАО «АВТОВАЗ» проработ'т возможность заключения дою нора на проведение НИР по разработке электромеханического клапана ГРМ для автомобилей ВАЗ 2116.

] 1олписи:

Щ/у,**,-«?/

/5 ¿У/ // ¿р/

Л*

ПРОТОКОЛ № 3

испытаний макетного образца злск-трома^нн-того при пила клашкв гаэоркпрс лелнтельного механизма ДВС производства ЮРГТУ (HJU4) г. Новочеркасск

В соотетстним с протоколом № I от 10.01,2004 ЮРГТУ представил на нс-лмпшня макетный образец электромеханического кланама I РМ> в состав кото* poro вкщят:

- 1лект70м;1гнчт;

- хлспромиыЯ коммутатор;

- микропроцессорiíый блок управления.

t lo. lúa си л с щсгЕромашмта - апикальное, клапан прикреплен к тяге снизу

'jLiCJíTpoMii! мнений мрниод hi'ii uiuiijiltíi на напряженке 12 П, ■ результате чего значения токв получились нескол i-ко выше задал »ого значения (см приложи i и с). Перемещение якоря IB.4 vm) соответствует ТТ. Вречн ср*бйтыа;шия привода при переключении якоря в открытое (энрьггое) положение составляет 3,8 \1С„ что соответствует ТТ.

Результаты испытаний макетного образца приведены в приложении, Для дальнейшего продолжения работ по данной теме с целью возможною использования изделии на перспективны* длипателяя антомибилей BAÍJ, Ю1*1 ТУ ирнмет решение о возможности создания рабочего манглю!о обрищп с целью ттровеления натурных испытаний (в составе ДБС) я сообщит в наш адрес h срок ло 30 07 2005.

г. Тольятти

27-2Ü.06 2U05 г.

ОАО «АВТОВАЗ«:

ЮРГТУ (НПИ):

Краснобаев В. Н. Мвксимекко М Л.

Татищев Д. Э, Гумме ль А к А

Подписи:

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВТК ДВС

ZK-HIGH

+21U

GND

CT\ 00

ПРИЛОЖЕНИЕ В. БЛОК-СХЕМА ПРОГРАММЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ ПРИВОДОМ ВТК ДВС

Main

Flag_Anschwingen - см. проц. Boost_Antrieb_0_ISR ( ) IST_ANGESCHWUNGEN - см. проц. Anschwingen

Процедура взвода привода

Если напряжение на конденсаторе меньше Min

Процедура проверки наличия привода и формирования импульса подзаряда конденсатора

Eingang [0] - см. проц^СН^О^^^О KLB - см. проц. UmSchalten

Процедура формирования тока переключения

©

Процедура формирования тока при переключении привода

Команда на отключение привода

Привод был включен

Процедура выключения питания с привода

Module Events

Timer_30us_0nInterrupt (Процедура измерения времени}

Разрешено измерять время

Определение максимальной величины тока и времени для Мах тока

Определение минимальной величины тока и времени для Min тока

Т1тег_У_соп1го!_Оп!п1еггир1 ( ) (Процедура контроля уровня вторичного напряжения)

haiter=true В rea k_C TCDe Éay=fal se

Запуск таймера «B2» на время De [ay

Нижний ключ замкнут и окончен интервал времени спада тона ниже тока удержания

Если ток в обмотке больше величины тока удержания

Если ток в обмотке больше величины тока удержания на 0,5А и включен ключ подача напряжения 60У

Delayinterrupt

Подпрограмма прерывания от Timer В2 (для организации временной задержки}

Начало

ha!ter=0

т

Остановка таймера «В2»

Z

Конец

U_C ON O í ST=AOC_Sa m pie

T

Чтение когда АЦП в переменную U CONO ÍST

Запуск АОСА

т

Конец

TMRAO_ISR(void} Подпрограмма обработки прерывания от T!MER_AO

Начало

i

F!ag_Pause=0

Í

Остановка таймера АО

Т

Конец

ЫаоЬ|_00_01_!8Р()

Подпрограмма обработки прерывания от внешних сигналов управления приводом

(открытие, закрытие клапана)

Если установлен флаг двойного импульса один цикл работы ДБС

Чтение счетчика счетного регистра

Если измеренный период между прошлыми сигналами на переключение неравен нулю

Если установлен флаг первого импульса

Если прошлый временной интервал меньше, то первый импульс, иначе - второй

Первый импульс

Епдапд[1]=1

1аз!_0аиег=0аиег

Конец

Boost_Antrieb_0_ISR(void) Подпрограмма обработки прерывания от сигнала включения привода

Флаг разрешения раскачки

Neustart(void)

Подпрограмма определения наличия привода и подзаряда емкости 45V (Umschalten)

Anschwingen (void) Подпрограмма формирования тока взвода привода (раскачки)

Umschalten (void) Подпрограмма формирования тока при переключении привода

FLAG 12V=true

Питание только 12V

Удержание тока в обмотке 51гот_(апдеп при напряжении

Разрешение измерения времени и

Время формирования тока подхвата

Запрет измерения времени. Формирование тока удержания в обмотке. Питание как от 12\/ так и от 454

Время прилипания якоря меньше заданной величины

Уменьшение времени токовой паузы

Вычисление провала тока

Если провал меньше заданной величины на 50

Увеличение тока подхвата

Тее1:_3ри 1е_Еа!сЬ (}

Соит=0

Вызов процедуры определения подхвата якоря

Сброс счетчика времени

Конец

Вычисление минимально возможного провала при котором якорь еще притягиааетя

Если провал тока больше минимально допустимого, то якорь притянулся, иначе - нет

Увеличение тока подхвата

Увеличение заданной величины подхвата тока

Сброс флага на переключение и флага успешной раскачки

Отключение пу 1тания обмотки

Запрет удержания тока в обмотке. Сброс флага успешной раскачки. Сброс флага разрешения раскачки. Сброс флзгов разрешения переключения

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ТЕКСТ ПРОГРАММЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ ПРИВОДОМ ВТК ДВС

/* MODULE Variable */ #include "IO_Map.h" #include "Cpu.h"

bool Absch=

byte Abschalten_counter[2][2]={0,0,0,0}; UWord16 Anschw_Zaehler = 0;

bool Break_CTC_Delay = false;

UWord 16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 bool Eingang[2] = bool FLAG_ABSOLUT_12V = bool FLAG_ABSOLUT_60V = bool Flag_Anschwingen = gebracht werden

bool Flag_Break_Umschalt = Flag_Diode = Flag_First_Cycle=

Count_30us = 0;

Counter =

Delta_Storm_latch_Min = 750; Different_Strom_IST = 0; Different_Strom_St9[2][2] = Different_Strom_St10[2] [2] =

{false,false}; false; false;

false;

0;

{180,140,180,140}; {50,50,50,50};

//ZK auf 12V //ZK unbedingt auf 45 V //Antrieb soll in Ausgangsstellung

bool bool bool bool bool byte bool bool bool bool bool bool bool bool byte

false;

false;

true;

Flag_Messung_Parameter =true;

//Freigabe Stromeinbrucherkennung //Start Strom einbrucherkennung

Flag_MessungZeit = false;

Flag_MessungZeit_Start= false; Flag_TimerADC_ISR = 0; Flag_U_Spule_gemess = false; Flag_U_Spule_Max = false;

Flag_U_Spule_Min = false;

Flag_Zeit_absch_Max = false; Flag_zwei_Abschalten = false; halter = false;

IST_ANGESCHWUNGEN = false;

KLB = 0;

Koef_absch[2] = {6,3};

UWord16 Letzt_Dauer= 0;

UWord16 Letzt_Strom_Max = 0;

UWord16 Letzt_Strom_Min = 0xffff;

UWord16 MessungZeit_Abfallverzugs = 0; UWord16 MessungZeit_Bewegung = 0; UWord 16 MessungZeit_Max = 0;

UWord16 MessungZeit_Min = 0;

UWord 16 MessungZeit_Min_letzt[2][2] ={0xffff,0xffff,0xffff,0xffff}; UWord16 MessungZeit_Fangen = 0; UWord 16 Offnen 1 = 560;

UWord 16 Offnen_2 = 0;

UWord 16 Pfasa_Delay= 35000;

decoder_uReg32bit PositionCounter; UWord16 Schliessen_1 = 660;

UWord16 Schliessen_2 = 0;

bool Spule_EIN = false;

bool SPULE_IO = false;

byte Status = 0;

bool Start_ADC_mit_Timer = false; bool Stop_Adaption = false;

bool Stop_Adaption_ = false;

bool STROM = false;

strom = 0x0000;

strom_anziehen = 30000;

strom_Bereich = 60;

UWord 16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16 UWord16

Strom_fangen_Delta[2][2] = {11000,6000,11000,6000}; strom_fangen[2][2] = {15000,9000,15000,9000};

Strom_fangen_Min[2]= strom_fangen_step = 50; strom_festmachen = strom_gemess = strom_gemess_letzt = 0; strom_gemess_Min = strom_halten = strom_offset_12V = strom_offset_ZK = strom_SOLL = summ = UWord16 testzeit = UWord 16 U_COND_IST = UWord 16 U_COND_MIN = zum Starten

UWord 16 U_COND_MAX = byte U_Count= UWord 16 U_SPULE_IST = UWord 16 U_Spule_Max = UWord 16 U_Spule_Min = UWord16 zeit_abschalten [2][2] = UWord 16 zeit_ab schal ten_step = UWord 16 zeit_anzi ehen = UWord 16 zeit_Einschalt = UWord 16 Zeit_Fangen[2][2] = UWord 16 zeit_fangen_60 V[2][2] = UWord 16 zeit_fangen2 = UWord16 ZeitOpen_diode =

{10000,3000}; 12000;

0; 0;

2500; 0x0000; 0x0000; 0x0000;

6000; 0x0000; 20800;

21500;

0;

//aktuelle Kondensatorspannung //minimale Kondensatorspannung

//maximale Kondensatorspannung

0;

0x0000; 0x0000; 0xFFFF; {10000,10000,10000,10000}; 200;

60000;

30000;

{150,150,150,150}; {17000,7000,17000,7000}; 10000;

5000;

UWord 16 ZeitOpen_diode_[2] [2] = {0,0,0,0}; bool zwei_Ab schal ten= false; UWord16 Zyklus = 0;

/* MODULE EMMA_neu_Algoritmus */

/* Including used modules for compiling procedure */

#include "Cpu.h"

#include "Events.h"

#include "Timer_30us.h"

#include "Timer_V_control.h"

#include "PC_M1.h"

#include "Inhr1.h"

#include "D_IN_3.h"

#include "D_IN_4.h"

#include "DOUT1.h"

#include "DOUT2.h"

#include "Spule_0_Ind.h"

#include "ExternerTakt.h"

#include "Offnen.h"

#include "Schliessen.h"

#include "FAULT_Strom.h"

#include "Neg_Strom_Schalten.h"

#include "Schalter_12V.h"

#include "Spule_0_Schalten.h"

#include "Anschalten_Antrieb_In.h"

#include "ADCA_Init.h"

#include "Offnen_Schliessen.h"

#include "Takt_extern.h"

#include "QD1.h"

#include "Timer_ADC_Start.h"

#include "Pfasa_for_test.h"

#include "Delay_Timer_TMRC3.h"

#include "Anschalten_Antrieb.h"

#include "Dauer_zahler.h"

/* Include shared modules, which are used for whole project */

#include "PE_Types.h"

#include "PE_Error.h"

#include "PE_Const.h"

#include "IO_Map.h"

//procedure

extern void Anschwingen (void); extern void CTC_delay (UWord16); extern void Deinit(void);

extern void Neustart (void); extern void Umschalten (void);

// Variable

extern bool Absch;

extern bool Eingang[2];

extern bool Flag_Anschwingen;

extern bool Flag_Break_Umschalt;

extern bool Flag_First_Cycle;

extern bool Flag_Messung_Parameter;

extern bool IS T_ANGE S CHWUNGEN;

extern bool KLB;

extern UWord16 Letzt_Dauer;

extern UWord16 U_COND_IST;

extern UWord16 U_COND_MAX;

extern UWord16 U_COND_MIN;

extern bool zwei_Abschalten;

extern UWord16 Zyklus;

bool Flag_St=false;

extern UWord16 Pfasa_Delay;

void main(void)

{

PE_low_level_init();

Cpu_EnableInt(); Anschalten_Antrieb_Init(); Offnen_Schliessen_Init(); Takt_extern_Init();

PESL(ADC_A, ADC_START, NULL); PESL(DEC0, DEC_WRITE_POSITION, 0); Zyklus = 0;