Диссертация (1024783), страница 23
Текст из файла (страница 23)
При этом необходимо формирование оптимизированныххарактеристиктопливоподачи(законаифазподачи),включаяхарактеристики угла опережения впрыскивания топлива. Наилучшимифункциональнымивозможностямипоформированиюхарактеристиктопливоподачи обладают топливные системы с электромагнитным клапаном,установленным в линии высокого давления (после ТНВД или в форсунке, см.163Рис. 1.13, а, б первой главы) [23, 48, 115, 123, 125].
Вместе с тем, и приустановке на тепловозный дизель системы электронного управленияположением дозирующей рейки ТНВД позволяет заметно улучшитьтопливную экономичность дизельного двигателя.Работасистемхарактеризуетсяавтоматическогостатическимииуправлениядинамическими(САУ)дизелейхарактеристиками,реализуемыми этими системами на установившихся и неустановившихсярежимах [29, 73, 75, 179]. Совокупность установившихся режимов работыдизеля описывается статическими характеристиками. При определениицелесообразных статических характеристик какого-либо параметра двигателянеобходима оптимизация его значений в широком диапазоне скоростных инагрузочных режимов работы двигателя с учетом показателей топливнойэкономичности и токсичности ОГ [29, 80, 98]. Как отмечено выше,преимуществомиспользованиямикропроцессорныхСАРявляетсявозможность формирования оптимизированных статических характеристикразличных параметров двигателя и его систем, в частности характеристиктопливоподачи.Важнейшим критерием работоспособности САР и САУ являются ихдинамическиесвойства.Этисвойстваоцениваютподинамическимхарактеристикам – переходным процессам и частотным характеристикам,которые можно получить экспериментально или построить при наличииматематической модели САР и САУ [29, 73, 130, 156].
Такое математическоеописание обычно приводит к системе дифференциальных уравнений, каждоеиз которых описывает отдельный элемент, входящий в функциональнуюсхему САР и САУ [42, 66, 106, 172].Существенное влияние на динамические свойства комбинированныхдвигателей оказывают характеристики системы газотурбинного наддува [29,73, 221]. Эти характеристики должны быть учтены при разработкединамических математических моделей дизеля и САУ в целом [75, 81, 82,164141].Инерционностьсистемыгазотурбинногонаддуваприводиткизменению динамических свойств комбинированного двигателя [77, 174,176].
В частности, при смене режимов работы таких двигателей можетнаблюдаться недостаток воздуха на переходных режимах, дымлениедвигателя, ухудшение динамических свойств САУ. Такое ухудшениерабочего процесса приводит к увеличению расхода топлива и ухудшениюэкологических показателей комбинированного двигателя в переходномпроцессе [10, 29, 57, 108, 109]. Эти особенности двигателей с газотурбиннымнаддувом отражаются на динамических характеристиках их САУ – напротекании переходных процессов и частотных характеристик [9, 111, 178].4.2. Методика расчета ограничительной характеристикитепловозного дизель-генератораНепременнымтопливнойусловиемэкономичностиидостижениясовременныхпоказателейтоксичностиотработавшихгазов(ОГ)дизельных двигателей транспортного назначения является формированиеоптимизированных характеристик топливоподачи [98]. Одной из важнейшиххарактеристик топливоподачи для автомобильных и тракторных дизелейявляетсявнешняяскоростнаяхарактеристика.Этахарактеристикаограничивает максимально возможную подачу топлива в широком диапазонескоростных режимов и оказывает значительное влияние на показателитопливной экономичности и токсичности (ОГ) [29, 76, 98].
Причем формаэтой характеристики в значительной степени предопределяет эти показателине только на установившихся режимах работы, но и в переходных процессах.При выборе внешней характеристики двигателя, а также его другиххарактеристик,необходимучетдинамическихсвойствсистемыгазотурбинного наддува комбинированного двигателя [35, 62, 72, 131, 139,155, 231].165Актуальна проблема ограничения максимальных подач топлива и длятепловозныхдвигателей.Расчеттепловозногодизель-генератораограничительнойсводитсякхарактеристикиопределениютребуемойцикловой подачи дизельного топлива на каждой позиции контроллера впереходном процессе при переводе позиции контроллера с низшей навысшую с обеспечением требуемого качества переходного процесса.Полученные ограничительные характеристики должны формироватьсясистемойтопливоподачидизельногодвигателя,имеющейсистемууправления топливоподачей.Обычно принимается, что при определении подачи топлива впереходном процессе основным ограничительным параметром являетсядымность ОГ [65].
В этом случае экспериментальным путем производитсяподбортребуемыхзначенийкоэффициентаизбыткавоздухаαповизуальному наблюдению дымности ОГ дизеля или по ее экспериментальнополученным значениям. Указанные значения коэффициента избытка воздухаобеспечиваются,впервуюочередь,путемуправленияпроцессомтопливоподачи. В данном разделе диссертационной работы предложеныдополнительные обоснования по определению ограничений цикловой подачидизельного топлива в переходном процессе.Предлагаемаяметодиказаключаетсявследующем.Суммарныйкоэффициент избытка воздуха αΣ в зависимости от цикловой подачидизельного топлива qц, кг/цикл, определяется по формуле: Gvi , o qц Z(4.1)где Gvi – расход воздуха через дизель, кг/с; Z – число цилиндров; λо –стехиометрическое соотношение; τ – тактность дизеля; ω = n30– угловая166скорость вращения вала дизеля, рад/с; n – частота вращения дизеля, мин-1.Так как в самом начале переходного процесса параметры Gvi и ω постоянны(Gvi=const и ω=const), производная коэффициента избытка воздуха αΣ поцикловой подаче топлива qц определяется путем дифференцированиявыражения (4.1):Gvi .qц o qц 2 Z(4.2)Зависимость приращения (дифференциала) коэффициента избыткавоздуха от приращения (дифференциала) цикловой подачи топлива можетбыть определена в виде:d д dqц .дqц(4.3)Индикаторная мощность дизельного двигателя Ni вычисляется последующей формуле:Ni H U Z qц i, (4.4)где НU – низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг; ηi –индикаторный КПД дизеля.
В начале переходного процесса ω=const ииндикаторная мощность Ni зависит только от индикаторного КПД ηi ицикловой подачи топлива qц. Следовательно, приращение (дифференциал)мощности Ni зависит от дифференциала произведения индикаторного КПД ηiи цикловой подачи топлива qц. Дифференциал этого произведения равен:167d (qц i ) i dqц qц di .(4.5)Тогда в переходном процессе приращение (дифференциал) мощности можноопределить в виде:dN i HU Z (i dqц qц di ) . (4.6)Ввиду того, что индикаторный КПД ηi в значительной степениопределяетсякоэффициентомизбыткавоздухаαΣ,зависимостьдифференциала индикаторного КПД от дифференциала коэффициентаизбытка воздуха будет иметь вид:d i гдеi d , (4.7)i– частная производная индикаторного КПД по коэффициенту избытка воздуха.
После подстановки выражения (4.3) в формулу (4.7),получим приращение (дифференциал) мощности дизеля в виде:dN i HU Z (i dqц qц i d ) . (4.8)Подставляя приращение (4.7) в выражение (4.8), получим приращение(дифференциал) мощности в виде:dN i HU Z (i dqц qц i dqц ) . dqц(4.9)168После подстановки производной (4.2) в формулу (4.9) окончательно получимдифференциал мощности в виде:dN i iHU Z Gvi dqц (i ). o qц 2 Z (4.10)На основании полученной формулы (4.10) можно сделать вывод о том,чтоприопределенныхвеличинахцикловойподачитопливаqц,индикаторного КПД ηi и коэффициента избытка воздуха αΣ индикаторнаямощность двигателя Ni достигнет максимума.
Тогда приращение dNi=0 ииндикаторный КПД ηi, соответствующий максимальной для данного режимамощности, может быть рассчитан по формуле:i Gvi i. o qц 2 Z (4.11)С учетом полученных соотношений окончательное выражение дляиндикаторного КПД двигателя на режиме максимальной мощностипринимает вид:i i. (4.12)Зависимость индикаторного КПД ηi от коэффициента избытка воздухаαΣичастотывращенияколенчатоговаладизеляnопределяетсяэкспериментально на каждой позиции контроллера. С учетом данных,приведенных в работе [65], на Рис. 4.1 в качестве примера изображена169зависимость индикаторного КПД ηi от коэффициента избытка воздуха αΣ ичастоты вращения вала дизеля n.Рис.
4.1. Зависимости индикаторного КПД от коэффициента избытка воздухаи частоты вращения коленчатого вала дизеляДля определения коэффициента избытка воздуха αΣ и индикаторногоКПД ηi проводятся испытания дизеля на каждой позиции контроллера приразличных нагрузках с замером часового расхода топлива Gт и с записьюиндикаторных диаграмм давления газов в цилиндре. При этом цикловаяподача топлива qц, кг/цикл, определяется из соотношения:qц Gт ,3600 Z(4.13)где Gт – замеренный на двигателе часовой расход топлива, кг/ч. Приобработке индикаторных диаграмм давления рабочей смеси в цилиндреопределяются среднее индикаторное давление pi, Па, и индикаторнаямощность Ni, Вт:Ni pi Vh Z, (4.14)170где Vh – рабочий объем одного цилиндра двигателя, м3.
C использованиемвыражений (4.4) и (4.14) индикаторный КПД дизельного двигателя ηiопределяется в виде:i Длякаждойсоответствующихчастотыпозицийpi Vh.H U qцвращения(4.15)валаконтроллера подвигателянарежимахрезультатам проведенныхрасчетов и полученных экспериментальных данных устанавливаютсязависимости индикаторной мощности, индикаторного КПД и коэффициентаизбытка воздуха от цикловой подачи топлива, графическое изображениекоторых представлено на Рис. 4.2.На основании проведенных расчетных исследований, а также данныхРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
