Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 29
Текст из файла (страница 29)
доφ injВМТ13,508 x 0,3519град.pinjбарbeг/кВт чNOxг/кВт чpzбарбар/град.29,70500228,410,48865,57Характ-ки впрыск. и тепловыделенияdp/dφИндикаторная диаграммаОдноразовое впрыскивание СRε.Распылитель.16,25 8 x 0,284θ град. доφ injВМТ2град.pinjбарbeг/кВт чNOxг/кВт чpzбарбар/град.18,81580217,64,0788,68,22Характ-ки впрыск. и тепловыделенияdp/dφИндикаторная диаграмма- 205 -В результате оптимизации по 4 независимым переменным для режимаполной мощности было получено решение, характеризующееся высоким давлением топливоподачи рinj =1580 бар и малой величиной опережения впрыска Θ= 2 град. до ВМТ.
Такое решение позволяет снизить расход топлива на 10г/кВтч и эмиссию NOx в 2,5 раза, однако при этом ограничение по жесткостисгорания нарушается: dp/dφ = 8,22 бар/град. Вид кривой тепловыделения и индикаторной диаграммы, соответствующих полученному решению (табл. 19) говорит о том, что для снижения dp/dφ нужно уменьшать долю топлива, сгорающего по объемному механизму.
Добиться этого можно, впрыснув небольшуюпилотную порцию, а основное топливо подавать уже в среду, где идет горение.Дальнейшие оптимизационные исследования проводились уже для условий двухразового впрыскивания. Для этого в вектор аргументов оптимизациибыли дополнительно введены: доля топлива в пилотной порции f1 и задержкамежду пилотной порцией и основной φ1. Результаты оптимального поиска теперь уже по 6 переменным представлены в таблице 20.
В первом приближениихарактеристика двухразового впрыскивания формировалась как "идеальная",т.е., в виде треугольника и трапеции (треугольник формируется, если доля топлива в порции недостаточна для формирования трапеции). Однако практическиреализовать такую характеристику впрыскивания не представляется возможным, реальная характеристика впрыскивания всегда другая из-за нестационарных эффектов в гидравлической системе. Расчет реальной характеристикивпрыскивания был выполнен Л.В. Греховым: с помощью программы ВПРЫСКбыли подобраны параметры управления для приближения к нужной стратегиивпрыскивания. Результаты оптимизации рабочего процесса с реальной характеристикой двухразового впрыскивания представлены в таблице 20.
Анализ полученных результатов показывает перспективность применения двухразовоговпрыскивания для одновременного снижения расхода топлива, эмиссии оксидов азота и соблюдения ограничения по жесткости сгорания. В связи с тем, чтоприменение системы топливоподачи с электронным управлением позволяет- 206 -осуществлять любые регулировки на всех режимах, аналогичная оптимизациярабочего процесса была выполнена для всех остальных режимов эксплуатационной характеристики. Только из вектора независимых переменных были удалены ε и dn.Таблица 20.Организация рабочего процесса с двухразовым впрыскиванием (Ne =735 кВт)"Идеальный" двухразовая топливоподача f1 = 0,15 ; φ1= 3,59 град.ε.Распылитель.16,25 8 x 0,304θ град.
доВМТφ injград.pinjбарbeг/кВт чNOxг/кВт чpzбарdp/dφбар/град.5,221,31400214,45,0890,23,9Индикаторная диаграммаХаракт-ки впрыск. и тепловыделенияРеальный двухразовая топливоподача f1 = 0,149 ; φ1= 1,192 град.ε.Распылитель.θ град. доВМТφ injград.pinjбарbeг/кВт чNOxг/кВт чpzбарdp/dφбар/град.16,38 x 0,3046,627,41557216,35,44902,75Характ-ки впрыск.
и тепловыделенияИндикаторная диаграмма- 207 -Двухразовое впрыскивание оказалось целесообразным для всех режимов,кроме холостого хода и минимальной мощности на 800 мин-1. В результате были сформулированы законы управления топливной аппаратурой для всех режимов, рис. 6.6. При этом удается существенно снизить на всех режимах какрасход топлива (рис. 6.7), так и выброс оксидов азота (рис. 6.8), не превышаяограничения максимального давления цикла на номинальном режиме. Максимальное давление цикла на частичных режимах превосходит соответствующиезначения, полученные в базовой комплектации дизеля, рис.
6.9.Суммарная эмиссия оксидов азота с учетом весовых коэффициентов порежимам цикла "F" ISO 8178 составляет:NOx =0,25 NOx100% + 0,15 NOx35% + 0,6 NOx xx= 4,61 ,0,25 Ne100% + 0,15 Ne35%где: 0,25, 0,15 и 0,6 – весовые коэффициенты режимов 100% мощности, 35%мощности и холостого хода, соответственно.Рис. 6.6. Законы управления электронной системой топливоподачисреднеоборотного дизеля М756 (12 ЧН 18/20) на всех режимах- 208 -Рис. 6.7. Зависимость расхода топлива от частоты вращения дизеля М756,оборудованного электронной системой топливоподачи ив штатной комплектацииРис.
6.8. Зависимость эмиссии NOx от частоты вращения дизеля М756,оборудованного электронной системой топливоподачи ив штатной комплектации- 209 -Рис. 6.9. Зависимость максимального давления цикла pz от частоты вращениядизеля М756, оборудованного электронной системой топливоподачи ив штатной комплектации6.1. Вывод по главеРазработанные математические модели и программные средства позволяют оптимизировать законы управления топливной системой с электроннымуправлением, формируя на каждом режиме работы дизеля свою стратегиювпрыскивания, заключающуюся в том, чтобы на каждом режиме оптимальнымобразом поддерживать давление впрыскивания, соблюдать соотношение масстоплива в пилотной порции и в основной порции, регулировать общее опережение впрыскивания и задержку между порциями. Таким образом удается достичь снижения расхода топлива на всех режимах тепловозной характеристикидо 15 г/кВтч и снижения эмиссии оксидов азота в 2,5 раза.
Последнее позволяетвыполнить нормы по выбросам оксидов азота по циклу "F" ISO 8178, сохранивограничения по максимальному давлению цикла и скорости нарастания давления в цилиндре.- 210 -ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫПроведенные исследования позволили сформулировать и обосновать научные положения, совокупность которых может быть классифицирована какрешение крупной актуальной проблемы разработки эффективных методов расчета и оптимизации рабочих процессов современных и перспективных ДВС.В качестве наиболее существенных результатов работы можно назватьследующие:1.
На основе модели Н.Ф. Разлейцева разработана математическая модельсмесеобразования и сгорания в дизеле, позволяющая учесть:- взаимодействие топливной струи и ее ПП с воздушным вихрем, имеющим разные профили;- движение поршня, произвольный профиль камеры сгорания, боковоерасположение распылителя, произвольную направленность каждого сопловогоотверстия;- пересечение пристеночных потоков соседних струй, наличие которыхзатягивает процесс сгорания;- влияние температуры стенок КС, влияние режимных и масштабныхфакторов на процесс испарения топлива.Развитие модели сгорания позволило расширить область ее применения, сделать более универсальной и упростить процесс идентификации; все режимыработы дизеля могут рассчитываться с идентичными эмпирическими коэффициентами.2.
Уточненное уравнение А.С. Лышевского для расчета дальнобойноститопливных струй позволило обеспечить его применимость, как для среднеоборотных дизелей, так и для современных высокооборотных двигателей.3. Разработанная методика расчета периода задержки самовоспламененияв дизеле позволяет рассчитывать период задержки, как для обычных двигателей, так и для двигателей с высокой рециркуляцией ОГ, многоразовым впрыскиванием и большим опережением топливоподачи.- 211 -4. Разработанный алгоритм расчета параметров газа в открытой термодинамической системе на основе решения системы разностных уравнений сохранения массы, энергии и уравнения состояния позволяет сократить время расчета рабочего цикла ДВС в 5 раз при более высокой точности..5. Разработанный и апробированный алгоритм и программа расчета газообмена четырехтактных и двухтактных двигателей, базирующиеся на основеконцепции среднестатистического цилиндра и учета нестационарности теченияв клапанных каналах с учетом теплообмена в каналах и коллекторах, с учетомзависимости коэффициента расхода окон от перепада давления и направлениятечения, а также с применением комбинаций гипотез о полном перемешивании,послойном вытеснении и замыкании, позволяют рассчитывать газообмен вдвухтактных и четырехтактных ДВС с высокой точностью и быстродействием.6.
Разработанная универсальная методика и программа совместного расчета поршневого ДВС и агрегатов наддува различных схем позволяет прогнозировать характеристики двигателей и подбирать агрегаты наддува к ним, используя характеристики турбин и компрессоров.7. Усовершенствованная математическая модель образования сажи в цилиндре дизеля, учитывающая концентрацию кислорода в процессе сгорания иизменение диаметров капель топлива в процессе впрыскивания, позволяет увеличить точность расчетов эмиссии сажи.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
