Диссертация (1024783), страница 26
Текст из файла (страница 26)
увеличить запас устойчивости системыавтоматического регулирования частоты вращения.4.4. Выводы по четвертой главе1. Возможности механических и гидромеханических регуляторовдизелей ограничены, поэтому совершенствование их САУ идет по путииспользования электронных регуляторов на микропроцессорной базе. Сприменением таких САУ эти системы выходят на новый, качественно болеевысокий уровень, на котором целью управления становятся не просто193стабилизация частоты вращения выходного вала двигателя с ограниченнойкоррекцией необходимых параметров, а комплексная оптимизация работыдизельного двигателя как основного элемента энергетической установки.2.
Работа систем автоматического управления дизелей характеризуетсястатическими и динамическими характеристиками, реализуемыми этимисистемами на установившихся и неустановившихся режимах. При разработкесистемы электронного управления топливоподачей необходимо определениеоптимизированныхстатическихидинамическиххарактеристик,определяющих эффективность использования таких систем электронногоуправления на тепловозных дизелях.3. Разработана методика расчета ограничительной характеристикитепловозного дизель-генератора – внешней скоростной характеристики,базирующаяся определении требуемой цикловой подачи дизельного топливана каждой позиции контроллера в переходном процессе при переводепозиции контроллера с низшей на высшую с обеспечением требуемогокачества переходного процесса.4.
Разработанная методика расчета внешней скоростной характеристикитепловозногодизель-генераторапозволяетопределитьзависимостьиндикаторной мощности от коэффициента избытка воздуха, индикаторногоКПД и цикловой подачи топлива, а также величины цикловой подачитоплива, коэффициента избытка воздуха и индикаторного КПД, при которыхиндикаторная мощность достигает максимума. Дальнейшее увеличениецикловой подачи топлива приводит к уменьшению коэффициента избыткавоздуха, перерасходу топлива и повышению теплонапряженности деталейдвигателя.5.Динамическиесвойствасистемыэлектронногоуправлениятопливоподачей можно оценить с использованием различных методик. Дляоценки динамических свойств САР и САУ на стадии проектированияцелесообразно использование их математическое описания – системы194уравнений,описывающихотдельныеэлементысистемыуправления.Математическое моделирование САР и САУ позволяет избежать трудоемкихи продолжительных экспериментальных исследований и, тем самым,сократитьвременныеиматериальныезатратыприпроведенииисследовательских работ.6.
Математическое описание САР и САУ может быть весьмаразнообразно. Его выбор определяется типом исследуемой системыуправления и необходимой точностью получаемых результатов. Разработканелинейных математических моделей является достаточно сложной задачей,обычнотребующейпроведениедополнительныхтрудоемкихэкспериментальных исследований. В связи с этим, для проведенияаналитическихисследованийиспользованолинейноематематическоеописание САУ, содержащее линейные дифференциальные уравнения,описывающие основные элементы САУ.7.
Разработана методика оценки динамических свойств системыэлектронного управления топливоподачей, базирующаяся на построенииамплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик электронногорегулятора частоты вращения и определении собственной частоты колебанийчастотывращениядвигателя,суммарногофазовогосдвигаиориентировочного заброса частоты вращения при сбросе номинальнойнагрузки.8. С использованием результатов проведенных расчетных исследованийбыли построены амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристикиэлектронного регулятора частоты вращения – зависимости коэффициентаусиления и фазового сдвига от частоты колебаний частоты вращения.9. Полученные частотные характеристики свидетельствуют о том, чтореализация электронного регулятора частоты вращения с коэффициентамиПИД-закона регулирования, равными соответственно k1=0,05 В/мин-1,k2=0,001 В·с/мин-1 и k3=0,15 В/(c·мин-1), имеющего больший коэффициент195усиления пропорциональной составляющей ПИД-закона регулирования(k1=0,05 В/мин-1 против k1=0,03 В/мин-1), позволила улучшить показателикачества процесса регулирования – уменьшить заброс частоты вращения присбросе номинальной нагрузки до δd=5,5 % и снизить суммарный фазовыйсдвиг САРЧ до γс=150 град., т.е.
увеличить ее запас устойчивости.196ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОННОГОУПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ5.1. Обоснование необходимости экспериментальных исследованийдизеля, оснащенного системой топливоподачис электронным управлениемНасовременномэтаперазвитиядвигателестроенияпоказателитоксичности отработавших газов (ОГ) становятся приоритетными [29, 45,88,113].Необходимостьобеспечениясовременныхэкологическихпоказателей дизелей обусловлена требованиями действующих нормативныхдокументов на дымность и токсичность ОГ [26, 27, 29].
В связи спериодическим ужесточением этих требований интенсивно внедряютсяразличные технологии снижения токсичности ОГ применительно кдвигателям различного назначения [24, 49, 92, 116, 152]. Среди этихтехнологий следует особенно выделить управления углом опережениявпрыскивания топлива (УОВТ) в дизельных двигателях, реализациякоторого является необходимым условием достижения современныхпоказателейтопливнойэкономичностиитоксичностиОГдизелейтранспортного назначения (см. раздел 1.4 диссертации). Такое управлениепозволяет, в первую очередь, снизить выбросы с ОГ наиболее значимыхтоксичных компонентов ОГ – оксидов азота NOx [29, 38, 153, 184]. Этообусловлено тем, что выбросы оксидов азота в значительной степенипредопределяются максимальными температурами сгорания топлива, аУОВТ оказывает значительное влияние на температурный уровень рабочейсмеси в КС дизеля [40, 98].
Ряд проведенных исследований подтверждаетвозможность уменьшения выбросов оксидов азота NOx путем управленияУОВТ [29, 39, 98]. Кроме того, при оптимизации значений УОВТ возможно197снижение эмиссии и других токсичных компонентов ОГ – монооксидауглерода СО, несгоревших углеводородов СНх, сажи С (дымности ОГ иливыбросов твердых частиц), а также улучшение показателей топливнойэкономичности.Как отмечено в первой главе диссертации, одной из важнейших САУдизельных двигателей является система управления топливоподачей. Отстепени совершенства этой САУ в значительной степени зависят показателитопливной экономичности и токсичности отработавших газов дизелей.
Длядостижения наибольшей эффективности система управления топливоподачейдолжна обеспечивать требуемые характеристики цикловой подачи топлива,момента начала подачи – угла опережения впрыскивания, закон подачитоплива и давление впрыскивания, ряд других параметров топливоподачи накаждом эксплуатационном режиме работы дизеля.Известны различные конструктивные схемы таких систем управления,разработанные рядом зарубежных двигателестроительных фирм (DetroitDiesel Allison, Caterpillar, R. Bosch и др.) и отечественными учебными,научно-исследовательскими и производственными организациями (МГТУим.
Н.Э. Баумана, Ярославским заводом дизельной аппаратуры, Ногинскимзаводом топливной аппаратуры и др.) [28, 29, 98]. И в настоящее времяпродолжаются разработки систем топливоподачи с электронными системамиуправления для транспортных силовых установок автомобилей, тракторов,тепловозов и т.д. Одной из таких разработок является электронная системауправлениявпрыскиваниемтопливапроизводственно-промышленнымЭСУВТ.01,предприятиемразработаннаяООО«ПППДизельавтоматика» (г.
Саратов) для тепловозного дизеля Д50 (6 ЧН 31,8/33).Вовторойглаведиссертацииподробнорассмотренасистемаэлектронного управления топливоподачей ЭСУВТ.01 с электроуправляемымтопливным насосом 4ЭТН.03 с электромагнитным клапаном управленияподачей топлива (см. Рис. 2.9-2.13 второй главы). Ее установка позволяет198реализоватьуправлениефазамитопливоподачи(угломопережениявпрыскивания топлива), что, безусловно, отражается на протеканиидальнейшего рабочего процесса дизельного двигателя и позволяет заметноулучшить показатели топливной экономичности и токсичности ОГ.
В связи сэтим возникает необходимость исследований рабочего процесса дизеля типаД50,оснащенноготакойсистемойтопливоподачисэлектроннымуправлением.Исследования рабочего процесса дизелей проводятся с использованиемразличных экспериментальных и расчетных методов. Экспериментальныеметоды исследования, как правило, более трудоемки и требуют наличиямоторныхстендов,оснащенныхсоответствующейизмерительнойаппаратурой, включая газоаналитическое оборудование. В то же время, вподавляющем числе случаев при наличии современной высокоточнойизмерительной аппаратуры результаты таких исследований являютсядостоверными и не требуют дополнительной проверки.
Поэтому приограниченном числе экспериментов этот подход является предпочтительным.В связи с этим исследование влияния УОВТ на показатели тепловозногодизельного двигателя типа Д50 проведено в настоящей работе именноэкспериментальным путем.5.2. Методика проведения экспериментальных исследованийдизеля, оснащенного штатной и опытнойсистемами топливоподачиОбъектомэкспериментальныхисследованийявляласьсистемаэлектронного управления топливоподачей ЭСУВТ.01, разработанная ООО«ППП Дизельавтоматика» (г. Саратов) для тепловозного дизеля типа Д50. НаРис.2.9второйэлектроуправляемогоглавыдиссертациитопливногонасосапредставлен4ЭТН.03этойобщийсистемывидс199электромагнитным клапаном управления подачей топлива, на Рис. 2.10 –структурная схема системы электронного управления топливоподачейЭСУВТ.01, на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
