отзывКозловатруды_1 (Улучшение эксплуатационно-технических характеристик дизель-генераторов тепловозов путем создания и совершенствования систем электронного управления)

отзывофициального оппонентадоктора технических наук Козлова Андрея Викторовича на диссертациюФурмана Виктора Владимировича на тему: «Улучшение эксплуатационно­технических характеристик дизель-генераторов тепловозов путем создания исовершенствования систем электронного управления»,представленную на соискание учёной степени доктора техническихнаук по специальности 05.04.02 —«Тепловые двигатели».А ктуальность диссертационной работыОснащение двигателей внутреннего сгорания электронными системами ав­томатического регулирования (САР) и управления (САУ) является непремен­ным условием обеспечения современных показателей топливной экономично­сти и токсичности отработавших газов двигателей.

При этом одним из эффек­тивных методов воздействия на показатели токсичности отработавших газовдизелей считается управление процессом топливоподачи, включающее и регу­лирование угла опережения впрыскивания топлива. Реализованная авторомдиссертационной работы САУ подачей топлива позволяет также целенаправ­ленно управлять и другими параметрами процесса топливоподачи *= закономподачи, характеристикой давления впрыскивания, а также заметно снизить ча­стоту вращения холостого хода.

Реализация такого управления процессом топ­ливоподачи возможна различными путями. В представленной диссертационнойработеоно достигается путем установки электромагнитногоклапана внадплунжерной полости топливного насоса высокого давления. Одной из ос­новных проблем разработки и совершенствования систем управления топливоподачей является разработка требуемых алгоритмов управления. Разработкутаких алгоритмов необходимо проводить не только для установившихся режи­мов, но и для переходных процессов, которые составляют значительную долюрежимов работы дизеля маневрового тепловоза.

Управление топливоподачейпозволяет не только улучшить показатели топливной экономичности тепловоз­2ного дизеля, но и снизить выбросы вредных веществ с отработавшими газами.В связи с этим тема рецензируемой диссертационной работы, посвященной,улучшению эксплуатационно-технических характеристик дизель-генераторовтепловозов путем создания и совершенствования систем электронного управ­ления, представляется весьма актуальной.Содержание диссертационной работыДиссертационная работа выполнена в Научно-исследовательском институ­те энергетического машиностроения МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Диссертация со­стоит из введения, семи глав, основных выводов по диссертационной работе,списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы со­ставляет 321 страницу, включая 281 страницу основного текста, содержащего72 рисунка, 34 таблицы. Список литературы включает 237 наименований на 25страницах. Приложение на 40 страницах содержит листинги исходных данныхдля расчета рабочего процесса дизеля и листинги результатов расчета рабочегопроцесса, а также документы о внедрении результатов работы.Во введении к работе проведён общий анализ исследуемой проблемы,обоснована актуальность совершенствования систем автоматического управле­ния дизелей, дана общая характеристика работы.П ервая глава посвящена анализу состояния проблемы создания и совер­шенствования САР и САУ дизелей транспортного назначения.

Показано, чтоосновными требованиями, предъявляемыми к этим двигателям, остаются тре­бования к топливной экономичности и токсичности отработавших газов (ОГ).Причем, на современном этапе развития двигателестроения требования к пока­зателям токсичности ОГ становятся приоритетными. Показано, что эффектив­ным методом достижения требуемых топливно-экономических и экологическихпоказателей тепловозных дизелей является управление топливоподачей.

Про­веден анализ работ, посвященных указанной проблематике. Рассмотрены ха­рактеристики управления тепловозными дизель-генераторами. Отмечено, чтодостижение требуемых показателей токсичности ОГ тепловозных дизелей не­3возможно без формирования оптимизированных характеристик угла опереже­ния впрыскивания топлива. Проанализирован характер воздействия угла опе­режения впрыскивания на рабочий процесс дизелей.

Рассмотрены конструкциинекоторых из устройств управления углом опережения впрыскивания топлива всистемах топливоподачи с топливными насосами высокого давления (ТНВД), ваккумуляторных топливных системах и в топливной аппаратуре с насосфорсунками. На основании проведенного анализа сформулированы цель и за­дачи исследования.Во второй главе описаны системы топливоподачей с электронным управ­лением, разработанные автором диссертации для тепловозных дизелей.

Указа­но, что наиболее перспективной является система с импульсным индивидуаль­ным управлением электрогидравлическими клапанами, установленными в ма­гистралях высокого давления -в надплунжерных полостях ТНВД типа4ЭТН.03. Этой системой топливоподачи типа ЭСУВТ.01 в настоящее времяоборудуются тепловозные дизели типа Д50 (6 ЧН 31,8/33) ОАО «Пензадизельмаш». Автором разработана методика расчета процесса топливоподачи дизеля,базирующаяся на использовании программного комплекса ВПРЫСК, разрабо­танной в МГТУ им.

Н.Э.Баумана. С использованием этого комплекса проведе­ны моделирование и оптимизация процесса топливоподачи тепловозного дизе­ля типа Д50 в составе дизель-генераторной установки 1-ПДГ4Д с электроннойСАУ топливоподачей типа ЭСУВТ.01 на номинальном режиме при частотевращения кулачкового вала ТНВД и цикловой подаче топлива, равных соответ­ственно 375 м ин'1 и 1,54 г.

В качестве основного параметра, характеризующегокачество процессов впрыскивания и распыливания топлива, выбрано макси­мальное давление впрыскивания. Результаты расчетов штатной системы топли­воподачи с гидромеханической САУ и системы топливоподачи с электроннойСАУ типа ЭСУВТ.01 свидетельствуют о том, что при всех прочих равных па­раметрах этих двух типов топливной аппаратуры (ТА), при использовании си­стемы ЭСУВТ.01 сразу получен значительный прирост давления впрыскивания- от 92,5 до 116,4 МПа. При этом средний диаметр капель по Заутеру умень­шился с 25,9 до 23,2 мкм и были исключены подвпрыскивания топлива. Иссле­4довано влияние ряда конструктивных параметров системы ЭСУВТ.01 на пока­затели впрыскивания и распиливания топлива, а также зависимость времениоткрытия дозирующего клапана этой системы и геометрической продолжи­тельности подачи от частоты вращения кулачкового вала ТНВД и требуемойцикловой подачи.Т ретья глава посвящена расчетным исследованиям рабочего процессатепловозного дизеля, оборудованного штатной системой топливоподачи и си­стемой с электронным управлением топливоподачей типа ЭСУВТ.01.

Разрабо­тана методика расчетных исследований рабочего процесса, базирующаяся наиспользовании программного комплекса ДИЗЕЛЬ-РК, созданного в МГТУ им.Н.Э. Баумана. С использованием этого комплекса проведены расчетные иссле­дования рабочего процесса дизеля типа Д50 на номинальном режиме. Основнойцелью расчетов являлась оценка влияния закона подачи, формируемого систе­мой топливоподачи с электронной САУ, на показатели топливной экономично­сти и токсичности ОГ.

В качестве исследуемого фактора влияния штатной иопытной систем топливоподачи на рабочий процесс принято изменение законаподачи топлива и характеристики давления впрыскивания при переходе отштатной к опытной системе топливоподачи. При этом использованы законыподачи, рассчитанные с использованием комплекса ВПРЫСК. Результаты рас­четов свидетельствуют о том, что установка опытной системы топливоподачипозволила заметно улучшить показатели распыливания топлива и смесеобразо­вания. При этом эффективные показатели дизеля с опытной системой топливо­подачи улучшились по сравнению с дизелем со штатной системой топливопо­дачи - удельный эффективный расход топлива снизился с 205,1 до 203,9г/(кВтч).

При установке системы управления типа ЭСУВТ.01 дымность ОГ ди­зеля с 0,460 до 0,435 м '1. Повышение эффективности процесса сгорания дизеляс системой управления типа ЭСУВТ.01 привело к небольшому росту содержа­ния в ОГ оксидов азота с 1301 до 1322 ppm. В целом полученные данные под­твердили улучшение показателей распыливания топлива, смесеобразования исгорания дизеля Д50 при установке системы ЭСУВТ.01 за счет трансформациизакона подачи топлива и увеличения давления впрыскивания. Однако улучше­5ние показателей топливной экономичности, дымности и токсичности ОГ, обу­словленное этими факторами, не очень значительное. В частности, при перехо­де от закона подачи штатной системы к закону топливоподачи опытной систе­мы удельный эффективный расход топлива снизился примерно на 0,6%.

Болеезначимым фактором является возможность реализации оптимизированных за­конов управления УОВТ, которую обеспечивает система ЭСУВТ.01.В четвертой главе проведены расчетные исследования разработанныхэлектронных САУ топливоподачей. В части этой главы, посвященной исследо­ванию статических характеристик дизеля с электронной САУ, разработана ме­тодика расчета внешней скоростной характеристики тепловозного дизеля. Ме­тодика построена на определении требуемой цикловой подачи топлива на каж­дой позиции контроллера при его переводе с низшей позиции на высшую собеспечением требуемого качества переходного процесса.

В части четвертойглавы, посвященной аналитическим исследованиям динамических показателейСАУ, использовано линейное математическое описание системы управлениятепловоза с электронным регулятором частоты вращения, воздействующим надозирующую рейку ТНВД дизеля типа 12 ЧН 26/26. Эта система состоит изследующих основных элементов - дизеля с ТНВД, модулятора (диск с зубья­ми), датчика частоты вращения, электронного регулятора, содержащего блокуправления и электрогидравлическое исполнительное устройство. При расчетаханализировались значения коэффициентов ПИД-закона регулирования. Полу­ченные частотные характеристики этой системы - амплитудно-частотная и фа­зово-частотная позволили определить значение коэффициента усиления про­порциональной составляющей ПИД-закона, обеспечивающее улучшение пока­зателей качества процесса регулирования.