Теоретичні основи управління подачею палива і повітря в дизелях з газотурбінним наддувом

5. Розроблено алгоритм управління для мікроконтролера експериментального МР, який забезпечує: пуск дизеля; роботу в режимі мінімального холостого ходу; формування зовнішньої безрегуляторної і регуляторної швидкісних характеристик; формування часткових швидкісних характеристик горизонтального виду або з пологим нахилом; штатну або аварійну зупинку дизеля.

6. За результатами досліджень структурних складових електронного регулятора: теоретично обґрунтовано мінімальне зусилля = 1,6 Н, яке повинен створювати ВМ для переміщення рейки 4-секційного ПНВТ. Вихідний вал ВМ повинен здійснювати поворот на 1 град не більше, ніж за 0,02 с; експериментально підтверджена можливість застосування у якості ВМ в САРЧ дизеля сервопривода на базі швидкохідного електродвигуна постійного струму з редуктором і зворотним зв'язком за положенням вихідного вала.

7. Теоретично обґрунтовано необхідність застосовування при розробці САР математичних моделей для прогнозування характеристик і показників об'єкта регулювання (дизеля) в комплексі з транспортним засобом з метою скорочення часу проектування, кількості експериментальних випробувань.

Обґрунтовано, що для визначення швидкісних характеристик дизеля з ГТН необхідно застосовувати нелінійні динамічні математичні моделі, які дозволяють враховувати інерційність газових зв'язків між дизелем і системою наддуву.

В процесі створення математичної моделі:

- розроблено алгоритм розрахунку підпрограм-модулів “регулятор” та “газообмін”, внесено уточнення в модулі “дизель” і “автомобіль”, які адаптовано до об'єктів експериментальних досліджень - автомобільних дизелів 4ЧН12/14 і 6ЧН12/14, автобусів ЛАЗ. Розроблені алгоритми розрахунку регуляторних і безрегуляторних гілок універсального механічного регулятора і вихідні дані математичних моделей були взяті за основу для створення програмного забезпечення МР;

- введено безперервне інтегрування всього робочого діапазону динамічної структурної ланки “регулятор”;

- теоретично обґрунтовано можливість застосування метода прокрутки прогрітого двигуна для визначення механічних втрат в дизелі з ГТН;

- підтверджено адекватність математичних моделей і розроблених програм реальним об'єктам досліджень порівнянням експериментальних зовнішніх швидкісних характеристик дизелів 4ЧН12/14 і 6ЧН12/14 з розрахунковими, які визначені на відповідних динамічних моделях шляхом почергового ступінчастого збільшення навантаження з витримкою в часі до встановлення нового усталеного режиму.

8. Розроблено математичну модель електронного регулятора дизеля в програмному середовищі MATLAB/Simulink, яка моделює безінерційну роботу електронного блоку керування за розробленим алгоритмом управління мікроконтролера і інерційну структурну ланку - експериментальний ВМ. Розроблено методику визначення вихідних даних моделі електронного регулятора: електромеханічної сталої часу; коефіцієнта підсилення електродвигуна постійного струму; пропорційної та інтегральної складових ПІД-регулятора ВМ. Перевірено адекватність математичної моделі, коефіцієнт варіації складає 8,5 %.

9. З метою прогнозування характеристик і параметрів дизеля на стадії проектування автобусних модифікації дизелів 6ЧН12/14 і 4ЧН12/14 виконано моделювання віртуальних розганянь автобусів ЛАЗ за різних настроювань паливної апаратури, систем ГТН, САРЧ дизеля та встановлено:

- тиск наддуву за розганяння на всіх передачах не досягає значень, які відповідають зовнішній швидкісній характеристиці, навіть за 2-режимного регулятора ПНВТ. Частота обертання ротора турбокомпресора теж не встигає збільшитись, підвищена димність ВГ свідчить про порушення процесу сумішоутворення;

- зменшення моменту інерції турбокомпресора (в 8 разів) не суттєво покращує димність ВГ дизеля, динаміка розганяння автобуса і витрата палива покращуються на незначну величину;

- необхідність удосконалення системи газотурбінного наддуву автотракторного дизеля в діапазоні швидкісної характеристики 1000...1600 хв-1 (під навантаженням);

- збільшення негативного корегування паливоподачі призводить до додаткового зниження тиску наддуву при < 1500 хв-1, сприяє зменшенню димності ВГ і питомої витрати палива на ділянці негативного корегування за зовнішньою швидкісною характеристикою. Негативне корегування суттєво не сприяє зменшенню димності ВГ при розганянні автобуса;

- на стадії проектування автобусної модифікації дизеля 6ЧН12/14 визначені раціональні параметри настроювань дизеля і його систем за умов покращення показників паливної економічності та зменшення димності ВГ.

10. Розрахунковим моделюванням регульованого наддуву на дизелях 4ЧН12/14 і 6ЧН12/14 для поліпшення зовнішньої швидкісної характеристики зміною ефективної пропускної здатності турбіни на 16,6 і 16,8 % відповідно (при 1000 хв-1) і моторними дослідженнями на дизелі 4ЧН12/14 встановлено:

- покращення показників питомої витрати палива і димності ВГ в діапазоні = 1000…1600 хв-1, зменшення температури ВГ на 50 К. При 1000 хв-1 можливе покращення паливної економічності на 3,5...4 г/кВт·год;

- параметри настроювання циклової подачі для створення "горизонтальних" ділянок з постійними значеннями крутного моменту і мінімальної питомої витрати палива;

- недоцільність повністю відмовлятись від негативного корегування паливоподачі, коректор повинен працювати за значно менших частот обертання колінчастого вала дизеля. Для автомобільних дизелів 4ЧН12/14 і 6ЧН12/14 - це вузька ділянка 1000…1250 хв-1;

- необхідність введення обмеження в алгоритм управління МР за значеннями мінімального тиску наддуву і максимальної температури ВГ на вході в турбіну для забезпечення надійної експлуатації дизеля.

11. Виконано порівняльний аналіз показників роботи дизеля 6ЧН12/14 з імпульсною системою ГТН та різними площами перерізу розгінної ділянки турбіни = 1700, 1900 і 2100 мм2. При поєднанні переваг турбокомпресорів з = 1700 мм2 і 1900 мм2 можливо отримати практично горизонтальну ділянку мінімальної питомої ефективної витрати палива в діапазоні 1200…1600 хв-1 з значеннями = 203…205 г/кВт•год.

12. Для поліпшення зовнішньої швидкісної характеристики дизеля необхідно застосовувати регулювання тиску наддуву зміною площі розгінної ділянки турбіни з одночасним розширенням граничних значень циклової подачі палива та з управлінням від мікропроцесорного регулятора.

Рекомендований спосіб зв'язаного регулювання пропускною здатністю турбіни і цикловою подачею палива направлений на: отримання ділянки (= 0,6…0,9) з практично горизонтальним крутним моментом. Очікуваний запас крутного моменту для дизелів 6ЧН12/14 до 20 %; створення ділянки при = 0,9…1,1 постійної потужності з можливим збільшенням потужності для дизеля 6ЧН12/14 на 4 %; отримання за відповідних настроювань приросту потужності до 5 % в діапазоні = 0,5…0,7; - розширення ділянок регулювання значеннями і залежно призначенню дизеля (тракторний, комбайновий, чи автомобільний).

13. За отриманими результатами моделювання регульованого наддуву і аналізом досліджень імпульсних систем рекомендовано двоконтурну схему зв'язаного регулювання подачею палива і повітря, для реалізації якої розроблено алгоритм управління для МР. Контури САР подачами палива і повітря одночасно діють на виконавчі механізми за відповідними алгоритмами, зв'язок між контурами САРЧ і САРТисН забезпечують параметри: частота обертання колінчастого вала; положення електронної педалі; тиск наддуву. В САРТисН введено зворотний зв'язок за положенням вихідного вала ВМ.

14. Результати наукового дослідження впроваджені і використовуються в ВАТ "Чугуївський завод паливної апаратури" (м. Чугуїв, Харківської обл.), прийняті до впровадження в ТОВ "Представницька фірма Інституту Газу" (м. Київ), включені до навчального посібника "Автоматичне регулювання двигунів внутрішнього згоряння" (автори: К.Є. Долганов, А.А. Лісовал), використовуються в навчальному процесі в НТУ при підготовці аспірантів і студентів за фахом - двигуни внутрішнього згоряння.

Список основних опублікованих праць за темою дисертації

1. Долганов К.Є. Автоматичне регулювання двигунів внутрішнього згоряння: навч. посібник / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал - К.: НТУ, 2003. - 138с.

2. Коколев А.А. Топливная аппаратура для украинских автомобильных дизелей / А.А. Коколев, Н.И. Самусь, К.Е. Долганов, А.А. Лисовал // Автошляховик України. -1995. - №4. - С. 24-25.

3. Долганов К.Е. Французские дизели "Рено" на львовских автобусах / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал // Автошляховик України. - 1995. - №1. - С.16-17.

4. Долганов К.Е. Исследование скоростных характеристик автомобильного дизеля СМД-23.07 на математической модели / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал, З.И. Краснокутская // Автошляховик України. - 2000. - №2. - С. 9-11.

5. Долганов К.Є. Розрахунок швидкісних характеристик дизеля з газотурбінним наддувом на ЕОМ / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, В.І. Рощін, З.І. Краснокутська // Автошляховик України. Окремий випуск [Проблеми автомоб. трансп.]. - 2000. - Вип. 1. - С. 48-50.

6. Строков О.П. Харківський дизель СМД-31.15.01 на автобусі ЛАЗ в м. Києві / О.П. Строков, В.І. Биков, К.Є. Долганов, А.А. Лісовал // Автошляховик України. - 2001. - №2. - С. 22-24.

7. Строков О.П. Горизонтальний дизель СМД-31.30 з Харкова / О.П. Строков, В.І. Биков, К.Є. Долганов, А.А. Лісовал // Автошляховик України. - 2001. - №4.- С. 10-12.

8. Строков А.П. Харьковские дизели СМД для автобусов / А.П. Строков, В.И. Быков, И.В. Парсаданов, К.Е. Долганов, А.А. Лисовал // Двигателестроение. - 2002.- №1. - С. 17-20.

9. Долганов К.Є. Обладнання для моторних досліджень дизеля СМД-23.07 та його систем / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук // Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наук. центру ТАУ. - 2002. - №5. - С. 40-42.

10. Долганов К.Є. Моторні дослідження швидкісних характеристик дизеля СМД-23.07 / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук // Автошляховик України. Вісник Північного наук. центру ТАУ. - Київ: ТАУ. - 2003. - №6. - С. 38-39.

11. Долганов К.Є. Швидкісні характеристики дизеля СМД-23.07 при зменшенні тиску наддуву / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук, С.В. Костриця // Автошляховик України. Окремий випуск [Управління безпекою та якістю транспортних засобів і перевезень]. - 2003. - С. 71-72.

12. Долганов К.Є. Україні потрібні вітчизняні автобуси з вітчизняними малотоксичними дизелями / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук, С.А. Кір'янов // Автошляховик України. Окремий випуск. - 2004. - №7. - С. 26-29.

13. Долганов К.Е. Улучшение внешней скоростной характеристики дизеля путем автоматического регулирования давления наддува / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал, М.И. Гуменчук // Авационно-космическая техника и технология. - 2004. - №7/15.-С. 189-193.

14. Лисовал А.А. Математическая модель для экспериментальной аккумуляторной системы топливоподачи дизеля / А.А. Лисовал // Двигатели внутреннего сгорания.- 2005. - №1. - С. 59-63.

15. Лісовал А.А. Методи визначення механічних втрат у дизелі з газотур-бінним наддувом / А.А. Лісовал // Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наук. центру ТАУ. - 2005. - Вип. 8. - С. 34-35.

16. Лісовал А.А. Необхідність зв'язаного управління подачею палива і повітря в дизелі з газотурбінним наддувом / А.А. Лісовал // Автошляховик України. - 2006. - №2 (190). - С. 17-19.

17. Лісовал А.А. Електронне управління і системи нейтралізації / А.А. Лісовал // Автошляховик України. - 2006. - №6 (194). - С. 13-15.

18. Лисовал А.А. К вопросу о методике разработки микропроцессорного регулятора / А.А. Лисовал // Двигатели внутреннего сгорания. - 2006. - №2. - С. 34-38.

19. Лісовал А.А. Дослідження руху автобуса ЛАЗ з дизелем СМД-31.15 на математичній моделі / А.А. Лісовал // Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наук. центру ТАУ. - 2006. - № 9. - С. 108-111.

20. Лисовал А.А. Методика и результаты испытаний микропроцессорного регулятора с программно-измерительным комплексом в его составе / А.А. Лисовал // Двигатели внутреннего сгорания. - 2007. - №2. - С. 15-19.

21. Коколев О.А. Паливна апаратура з маркою ЧЗТА для автотракторних дизелів / О.А. Коколев, Б.Л. Тарасенко, А.А. Лисовал // Автошляховик України. - 2007. - №4.- С. 21-24.

22. Лисовал А.А. Программно-измерительный комплекс экспериментального микропроцессорного регулятора / А.А. Лисовал, С.В. Кострица, Ю.П. Майфет // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2007. - №5. - С. 76-78.

23. Лісовал А.А. Застосування імпульсних систем наддуву на автомобільних дизелях / А.А. Лісовал, В.І. Биков // Автошляховик України. - 2007. - №5. -С. 15-18.

24. Лисовал А.А. Подготовка математической модели электронного регу-лятора к расчётным исследованиям / А.А. Лисовал // Двигатели внутреннего сгорания. - 2008. - №1. - С. 98-103.

25. Лісовал А.А. Математична модель електронного регулятора та перевірка її адекватності / А.А. Лісовал // Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Центрального наук. центру ТАУ. - 2008. - Вип. 11. - С. 112-114.

26. Лисовал А.А. Выбор параметров регулирования газовой турбины автомобильного дизеля / А.А. Лисовал // Двигатели внутреннего сгорания. - 2009. - №2. - С. 65-69.

27. Лисовал А.А. Анализ систем регулирования подачи воздуха в транспортных дизелях с турбонаддувом / А.А. Лисовал // Труды Таврической гос. агротехн. академии. - Том 2. - Вып. 2. "Отраслевое машиностроение". - Мелитополь, 1997. - С. 18-20.

28. Лисовал А.А. Введение в закон регулирования частоты вращения дизеля сигнала по производной / А.А. Лисовал // Труды Таврической гос. агротехн. академии. - 1998. -Т.4. - Вып. 2. ["Отраслевое машиностроение"]. - С. 34-39.

29. Долганов К.Є. Причини виникнення випуклостей на регуляторних гілках швидкісних характеристик паливних насосів розподільчого типу / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, В.Г. Лясковський, А.П. Щербатюк // Вісник Центрального наук. центру ТАУ. - 1999. - №2.- С. 97-101.

30. Долганов К.Е. Математическая модель системы автоматического регулирования частоты вращения дизеля с двухрежимным регулятором / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал, В.Г. Лясковский, И.К. Монева // Механика на машините. - Ч. 7, кн. 1 (№25). - Болгария, Изд-во ТУ-Варна. - 1999. - С. 85-90.

31. Строков О.П. Харківський дизель СМД-31.30 з горизонтальним розташуванням циліндрів / О.П. Строков, В.І. Биков, К.Є. Долганов, А.А. Лісовал // Вісник НТУ-ТАУ. - К.: НТУ, 2001. - Вип. №5. - С. 220-223.

32. Коколев А.А. Регулятор частоты вращения для рядных топливных насосов ЧТА-435 и 635 / А.А. Коколев, Г.В. Прудников, К.Е. Долганов, А.А. Лисовал // Вестник НТУ "ХПИ". - №2. - Харьков. - 2001. - С. 20-30.

33. Долганов К.Є. Покращення швидкісної характеристики автомобільного дизеля з газотурбінним наддувом / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, З.І. Краснокутська // Вісник Центрального наук. центру ТАУ. - Київ: ТАУ. - 2001. - №4. - С. 25-27.

34. Лісовал А.А. Визначення швидкісних характеристик дизеля розрахунково-експериментальним методом / А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук // Вісник Кременчуцького держ. політехн. у-ту. - Кременчук: КДПУ. - 2002. - Вип. 3/(14). - С. 97-99.

35. Лісовал А.А. Моделювання регульованого наддуву для автомобільних дизелів / А.А. Лісовал // Автошляховик України: Окремий випуск. Управління безпекою на автомобільному транспорті: з6. наук. праць. - 2004. - С. 152-153.

36. Лісовал А.А. Визначення апроксимуючих залежностей характеристик дизеля СМД-23.07 для диференціального рівняння руху двигуна / А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук // Вісник Кременчуцького держ. політех. у-ту. - Кременчук: КДПУ. - 2004. - Вип. 4/2004(27). - С. 116-118.

37. Быков В.И. Дизели для автобусов / В.И. Быков, А.А. Лисовал // Авто-мобильный транспорт: сб. научн, трудов. - Харьков: ХНАДУ. - 2005. - Вып. 16. - С. 270-272.

38. Лісовал А.А. Розробка принципової схеми експериментальної акумуляторної системи паливоподачі для дизеля / А.А. Лісовал, З.І. Краснокутська, В.А. Матуся // Вісник НТУ. -2005. - №10. - С. 144-147.

39. Лісовал А.А. Вимірювальний комплекс як складова мікропроцесорного регулятора для дизеля / А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук, С.В. Костриця // Вісник НТУ. - 2006. - №12. - С. 82-85.

40. Лісовал А.А. Адекватність динамічної математичної моделі автобусного дизеля СМД-23.07 / А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук, А.В. Білай // Вісник Кременчуцького держ. політех. у-ту. - Кременчук: КДПУ. - 2006. - Вип. 2/2006 (37). - Част. 1. - С. 62-63.

41. Лісовал А.А. Математичне моделювання руху автобуса ЛАЗ / А.А. Лісовал // Вісник НТУ.- Част.1. - 2006. - №13. - С. 71-74.

42. Лісовал А.А. Вплив площі прохідного перерізу турбіни турбокомпресора на зовнішню швидкісну характеристику автотракторного дизеля / А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук // Зб. наук. праць Вінницького держ. аграрного у-ту. - 2006. - Вип. 24. - С. 173-177.

43. Лісовал А.А. Розробка електронного регулятора дизеля з програмно-вимірювальним комплексом / А.А. Лісовал, М.І. Гуменчук, С.В. Костриця, З.І. Краснокутська // Вісник НТУ. - 2007. - №14. - С. 90-92.

44. Лісовал А.А. Дизель в системі динамічного моделювання Simulink / А.А. Лісовал, С.В. Костриця, О.В. Вербовський // Вісник НТУ.- 2007. - №15. - С. 111-116.

45. Лисовал А.А. Оценка эффективности импульсного газотурбинного наддува / А.А. Лисовал // Вісник Східноукраїнського національного у-ту ім. Володимира Даля. - Луганськ: СНУ. - 2007. - №6 (112). - С. 193-196.

46. Пат. 22923 України, кл. 5 F02В 1/10. Регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння / К.Є. Долганов, А.А. Лісовал, М.І. Самусь, О.А. Коколев, А.О. Шиков (Україна); заявник і патентовласник Український транспортний у-т. - № 94063256; заявл. 28.06.94; опубл. 30.06.98. - Бюл. №3.- 8 с.

47. Пат. 81160 Україна, МПК (2006) F02D 1/04. Дворежимний регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння / А.А. Лісовал, С.В. Костриця, Ю.П. Майфет, М.І. Гуменчук, А.В. Білай (Україна); заявник і патентовласник Національний транспортний у-т. - № а 200512272; заяв. 20.12.2005; опубл. 15.03.2007. - Бюл. №3. - 6 с.

48. Пат. 21481 на корисну модель Україна, МПК (2006) F02D 1/08. Регулятор частоти обертання дизеля з програмно-вимірювальним комплексом / А.А. Лісовал, С.В. Костриця, М.І. Гуменчук (Україна); заявник і патентовласник Національний транспортний у-т. - № u 2006 10575; заяв. 06.10.2006; опубл. 10.12.2007. - Бюл. №20.

49. Пат. 30539 на корисну модель Україна, МПК (2006) F02D 1/00. Регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння з двома антикоректорами / О.А. Коколєв, З.І. Краснокутська, А.А. Лісовал, М.Ф. Миланка, Б.Л. Тарасенко (Україна); заявник і патентовласник ВАТ "Чугуївський завод паливної апаратури". - № u 2007 13548; заяв. 04.12.2007; опубл. 25.02.2008. - Бюл. №4.

50. Долганов К.Е. Математическая модель для расчета скоростных характеристик газодизеля на ПЭВМ / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал, В.В. Кухтик, З.И. Краснокутская // Материалы VI междунар. симпозиума. - г. Жешув, РП, 20-22 сент., 1995. - С. 35-42.

51. Долганов К.Е. Влияние момента инерции турбокомпрессора на показатели разгона автобуса с турбонаддувным дизелем / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал, З.И. Краснокутская // Материалы І-го республ. н.-т. семинара [по улучшению показат. тепловых двиг. и ресурсосбереж.]. - 12-15 сент. 1995. - Мелитополь, ТГАТА. - С. 8-9.

52. Долганов К. Особенности математической модели "САРЧ" дизеля с газотурбинным наддувом / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал, М.И. Гуменчук // Матер. XIV межд. конф. SAKON'03.- 24-27 сент., 2003. - Жешув, РП. - С. 51-54.

53. Лисовал А. Аппроксимация характеристик автобусного дизеля СМД-23.07 для математической модели САРЧ дизеля / А.А. Лисовал, К.Е. Долганов, М.И. Гуменчук // Матеріали XV міжнародної конференції SAKON'04. - 29 вересня - 2 жовтня 2004. - С. 187-192.

54. Лісовал А. Безмоторні випробування експериментального регулятора ПНВТ / А.А. Лісовал, С.В. Костриця, М.І. Гуменчук // Матеріали XVII Міжнародної наук. конф. SAKON'06. - м. Жешув (РП), 20-23 вересня 2006. - С. 163-166.

55. Лісовал А.А. Виконавчий механізм для електронного регулятора дизеля / А.А. Лісовал // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - К.: УкрІНТЕІ. - 1997. - №13-14. - С. 10-11.

56. Долганов К.Е. Имитация разгонов автомобиля с дизелем с газотурбинным наддувом на математической модели / К.Е. Долганов, А.А. Лисовал // Тезисы докладов V междунар. н.-т. конф. по ДВС и транспортным средствам. - 14-16 окт., г. София, Болгария, Motauto'98, 1998. - С. 150-152.

57. Лисовал А.А. Расчетное и экспериментальное моделирование регулируемого давления наддува для автомобильного дизеля / А.А. Лисовал // Тезисы докл. н.-т. конф. ["2-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе"] / МАДИ (ГТУ). - 2005. - С. 51-52.

58. Лисовал А.А. Микропроцессорное регулирование автотракторных дизелей СМД / А.А. Лисовал // Научн.-техн. конф. [“3-е Луканинское чтение. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе”]: тезисы докладов. - МАДИ (ГТУ) . - 2007. - С. 156.

Размещено на Allbest.ru