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

2ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4Глава 1. Анализ возможностей формирования характеристик дизельныхдвигателей современными системами управления ........................................... 101.1. Требования, предъявляемые к современным дизельным двигателям ......

101.2. Влияние регулируемых параметров на характеристики двигателя .......... 141.3. Современные методы построения математических моделейдлярасчѐта переходных процессов ............................................................................

221.4. Современные системы управления дизельными двигателями.................. 261.5. Цель работы и постановка задач исследования .......................................... 44Выводы по главе 1 ................................................................................................. 45Глава 2. Система комплексного адаптивного управления дизельнымидвигателями ........................................................................................................... 462.1.Концепцияпостроениясистемыкомплексногоадаптивногоуправления дизельными двигателями .................................................................

462.2.Структурасистемыкомплексногоадаптивногоуправлениядизельными двигателями ..................................................................................... 512.2.1. Контур воздействия на подачу топлива .................................................... 562.2.2. Контур регулирования воздухоснабжения дизеля .................................. 622.2.3. Контур регулирования системы охлаждения ........................................... 652.2.4. Контур регулирования системы нейтрализации отработавшихгазов .......................................................................................................................

662.2.5. Контур регулирования системы рециркуляции отработавших газов .... 672.3. Технические и программные средства системы комплексногоадаптивного управления дизелями ...................................................................... 68Выводы по главе 2 ................................................................................................. 79Глава 3.

Расчѐтное исследование дизеля с системой комплексногоадаптивного управления ....................................................................................... 803.1. Объект исследования ..................................................................................... 803Стр.3.2. Математическая модель для расчѐта статических и динамическиххарактеристик дизельного двигателя .................................................................. 823.3. Компьютерная программа, реализующая математическую модельдизельного двигателя ............................................................................................

983.4. Формирование статических характеристик дизеля 12 ЧН 26,5/31 ......... 1033.5. Исследование переходных процессов дизельного двигателя ................. 110Выводы по главе 3 ...............................................................................................

135Глава 4. Экспериментальное исследование системы управления ................. 1364.1. Безмоторные испытания .............................................................................. 1364.2. Испытания на одноцилиндровом двигателе ОД500 ................................. 141Выводы по главе 4 ...............................................................................................

158ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................... 159СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................... 1614ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. В настоящее время к двигателям внутреннего сгорания предъявляются всѐ более строгие требования по экологическим и экономическим показателям.

Одним из важнейших путей обеспечения требований кдвигателям является использование комплексной системы управления, координирующей работу всех узлов двигателя. Обладая регулирующими воздействиями на системы топливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения, рециркуляциии нейтрализации современная система управления позволяет формировать требуемые статические и динамические характеристики двигателя. Создание комплексной системы управления двигателем сопряжено с решением ряда научныхи практических задач, включающих разработку математических моделей икомпьютерных программ для моделирования установившихся и неустановившихся режимов работы двигателя, определение структуры и алгоритмов функционирования отдельных контуров регулирования, разработку технических ипрограммных средств системы управления.

Достаточно остро данная проблемастоит в сфере среднеоборотных дизельных двигателей. Такие двигатели используются в составе судовых, тепловозных и других энергетических установок. При наличии комплексных систем управления у зарубежных производителей отечественные двигателестроительные заводы вынуждены закупать у нихинтеллектуальные компоненты таких систем. Создание отечественной комплексной системы управления позволит обеспечить импортозамещение для целого ряда стратегических направлений использования дизельных двигателей.Степень разработанности темы исследования.

В настоящее время многие компании, такие как Bosch, Delphi, Woodward, занимаются разработкой ивнедрением интеллектуальных систем управления, позволяющих формироватьнеобходимые характеристики двигателей и обеспечивать выполнение заданныхтребований.ВРоссииведутсянаучно-исследовательскиеипроектно-конструкторские работы в данной области в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», МАДИ,МГТУ им. Н.Э. Баумана, ЯГТУ, ООО «ППП Дизельавтоматика», ООО5«АБИТ».

Следует отметить, что основная часть работ проводится для высокооборотных двигателей автомобильного назначения.Цель работы. Провести определение параметров и настроек перспективной системы управления для формирования необходимых статических и динамических характеристик 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 системуправления;- разработать систему комплексного адаптивного управления дизельными двигателями;- сформировать функции и алгоритмы программного обеспечения перспективной системы комплексного адаптивного управления;- разработать математическую модель и компьютерную программу для расчѐтастатических и динамических характеристик дизельного двигателя с возможностью проведения расчѐтов в реальном масштабе времени;- провести расчѐтные исследования по определению статических и динамических характеристик 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 вариантах управления работой агрегатов турбонаддува;- получены результаты расчѐтного исследования статических и динамическиххарактеристик перспективного дизельного двигателя Д500 (12ЧН 26,5/31), от-6личающиеся учѐтом комплексного воздействия системы управления на топливоподачу и воздухоснабжение двигателя для предложенных алгоритмов управления работой турбокомпрессоров;- получены результаты экспериментального исследования статических и динамических характеристик перспективного дизельного двигателя Д500 с разработанной системой управления;- предложен алгоритм управления турбокомпрессором с турбиной изменяемойгеометрии, 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 расчѐтного исследования и моделирования характеристик дизельногодвигателя;- метод экспериментального исследования характеристик дизельного двигателя.Достоверность и обоснованность научных положений. Научные положения диссертации обоснованы использованием математической модели дизельного двигателя, составленной на основе известных физических уравнений иположений теории рабочих процессов комбинированных двигателей. Достоверность научных положений обоснована проверкой результатов, полученныхпри расчѐтном исследовании, с данными экспериментального исследования.Экспериментальное исследование проведено на оборудовании и стендах ОАО«Коломенский завод» где они проходят регулярные метрологические поверки.Точность используемого 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 системувоздухоснабжения двигателя при различных вариантах управления работой агрегатов турбонаддува.

Математическая модель предназначена для определения7первичных калибровок комплексной адаптивной системы управления, обеспечивающих формирование системой управления необходимых статических идинамических характеристик двигателя.Практическая значимость работы состоит в следующем:- разработана компьютерная программа для расчѐта статических и динамических характеристик дизельного двигателя при регулирующих воздействиях системы управления на топливоподачу и воздухоснабжение двигателя;- для разработанного и изготовленного электронного блока системы комплексного адаптивного управления определены первичные калибровки контуроввоздействия на топливоподачу и воздухоснабжение перспективного дизельногодвигателя;- результаты испытаний показали возможность использования разработанныхтехнических решений для импортозамещения в области систем управления дизельными двигателями.Реализация работы.