WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Шлёнов Матвей Ильич

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯСИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в Московском государственном техническом

университете им. Н. Э. Баумана

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Марков В.А.

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Защита диссертации состоится "____"___________2008 г. в ____ч. на заседании диссертационного совета Д 212.141.09 при Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно-лабораторный корпус, ауд. 947.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.09.

Автореферат разослан "____"______________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент Тумашев Р.З.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВСХ - внешняя скоростная характеристика;

ОГ - отработавшие газы;

ПИД - закон регулирования – пропорционально-интегрально-дифференциальный закок регулирования;

САР - система автоматического регулирования;

САУ - система автоматического управления;

ТНВД - топливный насос высокого давления.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Достижение требуемых топливно-экономических и экологических показателей невозможно без дальнейшего совершенствования системы топливоподачи, оснащенной САР частоты вращения дизеля. Сложность решения этой проблемы усугубляется многорежимностью транспортного дизеля и преобладанием неустановившихся режимов в процессе эксплуатации двигателя.

Особый интерес представляет оценка показателей токсичности ОГ на неустановившихся режимах работы (в переходных процессах). Проведение экспериментальных исследований с целью определения этих показателей в переходных процессах усложняется рядом факторов. Одним из этих факторов является практическое отсутствие измерительной аппаратуры, позволяющей определять показатели токсичности ОГ в реальном масштабе времени. Для обеспечения повторяемости переходных процессов необходимо тщательно выдерживать показатели дизеля на исходном режиме, что увеличивает трудоемкость проведения таких исследований.

В связи с этим, при совершенствовании САР частоты вращения дизеля целесообразно использовать расчетно-экспериментальные методы исследования, позволяющие на базе экспериментальных данных, полученных на установившихся режимах, определять необходимые показатели транспортного дизеля на неустановившихся режимах его работы и в наиболее характерных переходных процессах. Такое совершенствование САР частоты вращения дизеля целесообразно проводить с использованием методов математического моделирования. С помощью предлагаемых в диссертационной работе расчетных методов можно провести всесторонний анализ параметров дизеля в переходных процессах и выдать рекомендации по выбору параметров САР частоты вращения дизеля и изменению существующих настроек системы регулирования с целью улучшения эффективных и экологических показателей транспортных дизелей. Результаты этих исследований могут быть использованы при разработке и доводке систем регулирования частоты вращения, обеспечивающих перспективные требования к токсичности ОГ газов при достижении необходимых показателей дизелей по топливной экономичности.

Цель работы. Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем совершенствования системы автоматического регулирования частоты вращения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель системы автоматического регулирования частоты вращения, позволяющая провести оценку токсичности отработавших газов в переходных процессах;

- разработана методика оценки суммарной токсичности отработавших газов в переходных процессах дизеля;

- разработана методика выбора параметров системы автоматического регулирования частоты вращения дизеля;

- разработана методика оценки расхода топлива и токсичности отработавших газов дизеля в автоколебательных процессах.

Методы исследований. Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования. С помощью теоретических методов были проведены расчетные исследования переходного процесса разгона дизеля типа КамАЗ-740 с различной формой внешней скоростной характеристики, проведен выбор параметров системы автоматического регулирования частоты вращения дизеля, проведена оценка расхода топлива и токсичности отработавших газов дизеля в автоколебательных процессах. Экспериментальная часть работы заключалась в исследовании дизеля типа Д-246 дизель-генераторной установки с электронным регулятором, реализующим ПИД-закон регулирования.

Достоверность и обоснованность научных положений работы определяются:

- использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики, теории автоматического регулирования и управления, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;

- совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований и применением при оценке адекватности математических моделей достоверных опытных данных, полученных при испытаниях на развернутом двигателе.

Практическая ценность. Разработан алгоритм и программа расчета переходного процесса с возможностью определения динамических характеристик и показателей токсичности ОГ. Предложена методика выбора параметров САР частоты вращения дизеля, обеспечивающая достижение наилучших показателей качества процесса регулирования. Разработаны методики оценки токсичности ОГ в переходных процессах, а также в автоколебательных процессах, позволяющие оптимизировать переходный процесс дизеля и минимизировать выбросы токсичных компонентов ОГ.

Реализация результатов работы. Работа проводилась в соответствии с планами госбюджетных и хоздоговорных работ лаборатории «Автоматика» НИИЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана и кафедры «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана. Результаты исследований внедрены в ЗАО «Форант-Сервис» и ЗАО «Дизель-КАР» (г. Москва).

Апробация работы. Диссертационная работа заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Поршневые двигатели» и «Теплофизика» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2008 г. По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады:

- на международном симпозиуме «Электроника и электрооборудование транспорта. Проблемы и пути решения», 22-24 июня 2004 г., Суздаль;

-на международной научно-технической конференции «3-и Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», 30-31 января 2007 г., Москва, ГТУ «МАДИ»;

- на международной научно-технической конференции «Двигатель-2007», посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана, 19-21 сентября 2007 г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана;

- на Всероссийском научно техническом семинаре (ВНТС) им. проф. В.И. Крутова по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок при кафедре «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2005, 2007 и 2008 г.г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи и 6 материалов конференций, из них в журналах по списку ВАК – 2.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 164 страниц, включая 133 страниц основного текста, содержащего 49 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 127 наименований на 13 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведения работ, направленных на совершенствование САР частоты вращения транспортных дизелей, и дана общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ требований, предъявляемых к транспортным дизелям в современных условиях. Показано, что приоритетными являются требования по топливной экономичности и токсичности ОГ. Рассмотрены функции САР дизеля, принципы их построения, возможные направления совершенствования САР частоты вращения дизелей.

Отмечено, что методики расчета переходных процессов дизелей достаточно полно разработаны в трудах отечественных ученых: Калиша Г.Г., Крутова В.И., Каца А.М., Настенко Н.Н., Левина М.И., Толшина В.И., Кринецкого И.И., Ковалевского Е.С., Грунауэра А.А., Долганова К.Е. и ряда других. Они позволяют оптимизировать характеристики САР и дизеля в целом, в частности форму ВСХ, а также оценить изменение параметров дизеля в переходных процессах и его динамические качества. Но, как правило, в этих методиках остаются неопределенными расход топлива и выбросы токсичных компонентов ОГ. Недостаточно изученным является и вопрос об оценке суммарной токсичности ОГ в переходных процессах, а также в автоколебательных процессах дизеля. Практически отсутствуют методики выбора параметров САР и САУ.

На основании анализа состояния проблемы были сформулированы следующие задачи исследования:

  1. Разработка математической модели САР частоты вращения, позволяющей определять токсичность ОГ в переходных процессах.
  2. Оценка влияния формы ВСХ на показатели токсичности и дымности ОГ дизеля в переходных процессах.
  3. Разработка методики оценки суммарной токсичности ОГ дизеля в переходных процессах.
  4. Разработка методики выбора параметров САР частоты вращения дизеля.
  5. Разработка методики оценки расхода топлива и токсичности ОГ дизеля в автоколебательных процессах.
  6. Проведение экспериментальных исследований дизеля, оснащенного САР частоты вращения, имеющей показатели и настройки, определенные в теоретической части работы.

Вторая глава посвящена проблемам формирования ВСХ в транспортных дизелях. Отмечено, что в проведенных исследованиях недостаточное внимание уделено оценке влияние формы этой характеристики на токсичность ОГ. Представлена математическая модель САР частоты вращения комбинированного двигателя, состоящая из уравнений наиболее значимых элементов дизеля с турбонаддувом.

Поршневая части двигателя:

Jд dд / dt = Mд – Mс ;

турбокомпрессор

Jт dт / dt = Mт – Mк ;

впускной трубопровод

[Vвп / (Rв Tк)] dрк / dt = Gк – Gд ;

выпускной трубопровод

[Vвып / (Rг Tг)] dрт / dt = Gг – Gт,

где Jд и Jт – моменты инерции валов дизеля с потребителем и турбокомпрессора соответственно; д и т – частоты вращения валов дизеля и турбокомпрессора; Мд, Мс, Мт, Мк – моменты: крутящий (эффективный) дизеля, сопротивления потребителя, развиваемый турбиной, потребляемый компрессором; Vвп и Vвып – объемы впускного и выпускного трубопроводов; рк и рт – давления наддувочного воздуха на выходе из компрессора и ОГ на входе в турбину; Rв и Rг – газовые постоянные наддувочного воздуха и ОГ; Тв и Тг – температуры наддувочного воздуха и ОГ; Gд, Gк, Gг, Gт – расходы воздуха через двигатель и компрессор, газов через двигатель и турбину.

Уравнение исполнительного механизма, перемещающего дозирующий орган системы топливоподачи на величину =hр/hро: Tим(d/dt) + = kим Uупр.

Пропорционально –интегрально -дифференциальный (ПИД) закон управления: Uупр=kп U + kи U dt + kд d U /dt.

Значения параметров двигателя, входящих в правые части уравнений, определялись в виде следующих функциональных зависимостей:

Mд= f(д, hр, рк); Mт = f(т, hр, рт); Mк = f(т, рк);

Gк = f(т, рк); Gд = f (д, рк); Gг = f(д, рт, рк); Gт = f(рт, hр).

При расчетных исследованиях использовано и ряд дополнительных функциональных зависимостей, в частности, для концентраций в ОГ оксидов азота, монооксида углерода, углеводородов и дымности ОГ:

СNOx = f(д, hр, рк); СCO = f(д, hр, рк); СCHx = f(д, hр, рк); Кx = f(д, hр, рк).

Для определения данных функциональных зависимостей была разработана программа аппроксимации экспериментальных данных исследуемого дизеля типа КамаАЗ-740 полиномиальными зависимостями, использующая метод наименьших квадратов. Программа рассчитывает коэффициенты полинома, аппроксимирующего заданный массив исходных точек. В частности, полиномиальная зависимость для описания функциональных зависимостей содержания в ОГ оксидов азота СNOx, углеводородов ССНx и дымности ОГ Кх использованы полиномы вида:

CNOx= –0,68942 + 0,0047573·д + 130,260·hp – 5,8697·pк – 0,54951·д·hp + 0,020·д·pк + 810,09·hp·pк – 0,00000614·д2 – 6023,1·hp2 – 20,46·pк2;

CCO= 1,2281 – 0,010641·д – 271,60·hp + 12,737·pк + 1,0985·д·hp – 0,026629·д·pк + 290,18·hp·pк + 0,000032162·д2 + 13667,0·hp2 – 107,52·pк2 + 2,0081·д·hp·pк – 11,627·10-8·д3 + 79014,0·hp3 + 259,17·pк3 – 0,0012248·д2·hp + 0,00041418·д2·pк – 44,6·д·hp2 – 84901,0·hp2·pк – 0,53873·д·pк2 + 7118,8·hp·pк2;

CСНx= 0,091397 + 0,000014919·д – 13,4840·hp + 0,094903·pк – 0,078545·д·hp + 0,020369·д·pк + 165,21·hp·pк – 0,0000053221·д2 + 281,63·hp2 – 20,197·pк2;

Кx= –126,170 + 0,91023·д – 780,6·hp + 799,59·pк – 30,139·д·hp – 3,4768·д·pк – 192350,0·hp·pк – 0,0007332·д2 + 1395800,0·hp2 + 8410,6·pк2.

Визуализация этих зависимостей в трехмерном пространстве представлена на рис. 1.

Для расчета переходных процессов была разработана программа, позволяющая решать систему дифференциальных уравнений САР методом Эйлера. С использованием разработанной математической модели проведено исследование влияния формы внешней скоростной характеристики на показатели дизеля типа КамАЗ-740 в переходном процессе разгона.

а

б

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»