Автореферат (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления)

На правах рукописиХаритонов Сергей ВикторовичФОРМИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫКОМПЛЕКСНОГО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯСпециальность 05.04.02 – «Тепловые двигатели»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э.

Баумана (национальный исследовательский университет)» на кафедре теплофизики.Научный руководитель:Кузнецов Александр Гаврииловичдоктор технических наук, профессор кафедрытеплофизики МГТУ им. Н.Э. БауманаОфициальные оппоненты:Козлов Андрей Викторовичдоктор технических наук, заведующий отделомтеории рабочих процессов и имитационного моделирования энергетических установок ГНЦ РФФГУП «НАМИ»Дунин Андрей Юрьевичкандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и автотракторных двигателей ФГБОУВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»Ведущее предприятие:Московская государственная академия водноготранспорта – филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Государственныйуниверситет морского и речного флота имениадмирала С.О.

Макарова»Защита диссертации состоится «13» февраля 2018 г. в 14 ч. на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.09 при МГТУ 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. Бауманаи на сайте www.bmstu.ru.Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатьюучреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул.,д.5, МГТУ им.

Н. Э. Баумана, учёному секретарю диссертационного советаД 212.141.09.Автореферат разослан «____» ________________ 2017 г.Учёный секретарь диссертационного совета,кандидат технических наук, доцентТумашев Р.З.ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. В настоящее время к двигателям внутреннего сгорания предъявляются всё более строгие требования по экологическим и экономическим показателям. Одним из важнейших путей обеспечения требований к двигателям является использование комплексной системы управления, координирующейработу всех узлов двигателя.

Обладая регулирующими воздействиями на системытопливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения, рециркуляции и нейтрализациисовременная система управления позволяет формировать требуемые статические идинамические характеристики двигателя. Создание комплексной системы управления двигателем сопряжено с решением ряда научных и практических задач,включающих разработку математических моделей и компьютерных программ длямоделирования установившихся и неустановившихся режимов работы двигателя,определение структуры и алгоритмов функционирования отдельных контуров регулирования, разработку технических и программных средств системы управления. Достаточно остро данная проблема стоит в сфере среднеоборотных дизельных двигателей. Такие двигатели используются в составе судовых, тепловозных идругих энергетических установок.

При наличии комплексных систем управления узарубежных производителей отечественные двигателестроительные заводы вынуждены закупать у них интеллектуальные компоненты таких систем. Созданиеотечественной комплексной системы управления позволит обеспечить импортозамещение для целого ряда стратегических направлений использования дизельныхдвигателей.Степень разработанности темы исследования. В настоящее время многиекомпании, такие как Bosch, Delphi, Woodward, Heinzmann, занимаются разработкой и внедрением интеллектуальных систем управления, позволяющих формировать необходимые характеристики двигателей и обеспечивать выполнение заданных требований. В России ведутся научно-исследовательские и проектноконструкторские работы в данной области в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», МАДИ,МГТУ им.

Н.Э. Баумана, ЯГТУ, ООО «ППП Дизельавтоматика», ООО «АБИТ».Следует отметить, что основная часть работ проводится для высокооборотныхдвигателей автомобильного назначения.Цель работы. Разработать комплексную систему управления дизельнымидвигателями и провести исследование возможностей формирования необходимыхстатических и динамических характеристик перспективного среднеоборотного дизельного двигателя.Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо решитьследующие задачи:- провести поиск и анализ информации в области требований, предъявляемых ксовременным дизельным двигателям, методов моделирования двигателей, конструктивных и программных решений различных производителей систем управления;- разработать структуру и технические средства системы комплексного адаптивного управления дизельными двигателями;- сформировать функции и алгоритмы системы комплексного адаптивного управления и разработать программное обеспечение электронного блока управления;1- разработать математическую модель и компьютерную программу для расчётастатических и динамических характеристик дизельного двигателя с возможностьюпроведения расчётов в реальном масштабе времени;- провести расчётные исследования по определению статических и динамическиххарактеристик перспективного дизельного двигателя;- определить первичные калибровки системы управления;- провести экспериментальные исследования разработанной системы управления.Научная новизна работы заключается в следующем:- разработана математическая модель дизельного двигателя и системы управления,в которой, наряду с воздействием на топливоподачу, введено регулирующее воздействие на систему воздухоснабжения двигателя при различных вариантахуправления работой агрегатов турбонаддува;- получены результаты расчётного исследования статических и динамических характеристик перспективного дизельного двигателя Д500 (12ЧН 26,5/31), отличающиеся учётом комплексного воздействия системы управления на топливоподачуи воздухоснабжение двигателя для предложенных алгоритмов управления работойтурбокомпрессоров;- получены новые результаты экспериментального исследования статических идинамических характеристик перспективного дизельного двигателя Д500 с разработанной системой управления;- предложен новый алгоритм управления турбокомпрессором с турбиной изменяемой геометрии, позволяющий избежать режимов работы компрессора на помпаже.Методы исследования.

В рамках диссертационной работы использованыследующие методы исследования:- метод анализа информационных источников по направлению исследования;- метод анализа характеристик двигателя на основе теории рабочих процессовкомбинированных двигателей;- метод расчётного исследования и моделирования статических и динамическиххарактеристик дизельного двигателя;- метод экспериментального исследования характеристик дизельного двигателя.Достоверность и обоснованность научных положений.

Научные положения диссертации обоснованы использованием математической модели дизельногодвигателя, составленной на основе известных физических уравнений и положенийтеории рабочих процессов комбинированных двигателей. Достоверность научныхположений обоснована сопоставлением результатов, полученных при расчётномисследовании, с данными экспериментального исследования.

Экспериментальноеисследование проведено на оборудовании и стендах ОАО «Коломенский завод»,где они проходят регулярные метрологические поверки. Точность использованного оборудования соответствует поставленным задачам.Теоретическая значимость работы состоит в создании математическоймодели дизельного двигателя и системы управления, в которой, наряду с воздействием на топливоподачу, введено регулирующее воздействие на систему воздухоснабжения двигателя при различных вариантах управления работой агрегатовтурбонаддува. Математическая модель предназначена для определения первичныхкалибровок комплексной адаптивной системы управления, обеспечивающих фор2мирование системой управления необходимых статических и динамических характеристик двигателя.Практическая значимость работы состоит в следующем:- разработанная компьютерная программа позволяет проводить расчёт статических и динамических характеристик дизельного двигателя при регулирующихвоздействиях системы управления на топливоподачу и воздухоснабжение двигателя;- определены первичные калибровки контуров воздействия на топливоподачу ивоздухоснабжение разработанного и изготовленного электронного блока системыкомплексного адаптивного управления для перспективного дизельного двигателяД500;- результаты испытаний показали возможность использования разработанных технических решений для импортозамещения в области систем управления дизельными двигателями.Реализация работы.

Результаты исследований использованы при разработке экспериментального образца системы комплексного адаптивного управлениядизельными двигателями. Результаты расчётного исследования по формированиюстатических и динамических характеристик дизельного двигателя внедрены наООО «ППП Дизельавтоматика» для использования при проведении работ по совершенствованию систем управления тепловозными дизельными двигателями.Личный вклад автора. Проведён поиск и анализ научно-технической инормативной информации по направлениям: требования, предъявляемые к современным дизельным двигателям; влияние регулирующих параметров на работу систем двигателя; современные методы математического моделирования и программные комплексы для реализации процесса расчёта; системы управления производства ведущих мировых компаний.В составе рабочей группы разработаны алгоритмы функционирования, технические и программные средства системы комплексного адаптивного управлениядизельными двигателями.Разработана математическая модель и компьютерная программа для расчётного исследования и определения первичных калибровок системы управления.Проведены расчётные исследования по формированию статических и динамических характеристик перспективного дизельного двигателя и первичных калибровок системы управления.В составе рабочей группы проведены испытания разработанной системыкомплексного адаптивного управления.Основные положения, выносимые на защиту.

Метод формирования математической модели дизельного двигателя для расчёта статических и динамических характеристик при регулирующих воздействиях на топливоподачу и воздухоснабжение двигателя.Результаты расчётных исследований по формированию статических и динамических характеристик перспективного дизельного двигателя 12ЧН26,5/31 дляразличных областей применения (тепловозная и судовая энергетические установки).Результаты испытаний разработанной системы комплексного адаптивногоуправления на одноцилиндровом отсеке двигателя размерностью 26,5/31.3Апробация работы. Основные положения диссертационной работы былипредставлены на: заседании кафедры поршневых двигателей МГТУ им.

Н.Э. Баумана (Москва, 2017); Всероссийской научно-технической конференции по автоматическому управлению теплоэнергетическими установками (Москва, 2014-2017гг.); 7-х Луканинских чтениях «Решение энерго-экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, 2015 г.); IX Международной научнопроизводственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2015 г.); Международной научно-техническойконференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара,2016 г.); 2-м международном форуме «Instrumental Engineering, Electronics and Telecommunications» (Ижевск, 2016 г.).Публикации.