Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ математических моделей систем топливоподачи дизельного двигателя и направления их совершенствования 10
1.1. Анализ конструктивных схем 10
1.2. Основные требования, предъявляемые к системам топливоподачи дизельных двигателей, математические модели и направления их совершенствования 11
1.3. Выводы 22
2. Математическое моделирование изменения состояния дизельного топлива в полостях и трубопроводе системы топливоподачи 23
2.1. Зависимости для описания гидромеханических процессов в полостях ТНВД и форсунки 23
2.1.1. Определение зависимостей для описания изменения состояния дизельного топлива в полостях систем топливоподачи высокого давления 26
2.1.2. Установление зависимостей для описания изменения состояния дизельного топлива в полостях систем топливоподачи высокого давления при наличии двухфазности 32
2.2. Математическое моделирование течения дизельного топлива в трубопроводе 36
2.3. Вывод граничных условий при математическом моделировании течения дизельного топлива в трубопроводе 40
2.4. Тестовые расчеты гидромеханических и гидродинамических процессов в системе топливоподачи 44
2.5. Выводы 51
3. Разработка математической модели системы топливоподачи, алгоритмов ее включения в модель двигателя. Комплексное исследование системы топливоподачи и двигателя на установившихся и переходных режимах 53
3.1. Разработка математической модели системы топливоподачи непосредственного действия разделенного типа 53
3.1.1. Уравнения модели системы топливоподачи в предположении об отсутствии газовой фазы 53
3.1.2. Уравнения модели системы топливоподачи при наличии двухфазности 56
3.2. Динамическая модель ДВС 58
3.2.1. Принимаемые допущения и исходные уравнения модели 59
3.2.2. Рабочие уравнения модели 61
3.3. Математическая модель центробежного регулятора частоты вращения 64
3.4. Включение математической модели системы топливоподачи в модель двигателя 74
3.5. Исследование функционирования системы топливоподачи и двигателя на установившихся и переходных режимах 75
3.6. Проверка адекватности разработанных моделей 82
3.7. Выводы 86
4. Установление закономерностей, отражающих влияние параметров системы топливоподачи на ее выходные характеристики. Разработка и пример практического использования методики проектировочных расчетов для повышения эффективности функционирования системы топливоподачи 88
4.1. Исследование закономерностей влияния параметров системы топливоподачи на ее выходные характеристики 88
4.2. Методика проектировочных расчетов 93
4.3. Выводы 96
Заключение 98
Список литературы 100
- Основные требования, предъявляемые к системам топливоподачи дизельных двигателей, математические модели и направления их совершенствования
- Установление зависимостей для описания изменения состояния дизельного топлива в полостях систем топливоподачи высокого давления при наличии двухфазности
- Уравнения модели системы топливоподачи в предположении об отсутствии газовой фазы
- Методика проектировочных расчетов
Введение к работе
Актуальность. Поршневые и, в частности, дизельные двигатели внутреннего сгорания - основа транспортной и стационарной энергетики. Мощно-стные, экономические и экологические показатели дизельного двигателя в значительной степени определяются конструкцией системы топливоподачи.
Непрерывно ужесточающиеся требования к экологическим показателям ПДВС, возрастающие требования к топливной экономичности и надежности вызывают необходимость постоянной модернизации СТ. В этой связи актуальной задачей является непрерывное совершенствование расчетных методов исследования СТ на установившихся и переходных режимах.
Одним из основных направлений решения данной задачи является применение комплексного подхода к исследованию функционирования СТ совместно с работой двигателя. Данный подход основан на математическом описании, позволяющем получить расчетные зависимости для различных конструкций СТ и уравнений состояния (связи) моторного топлива.
Приведенные в работе исследования выполнялись в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 год, государственный контракт № П615 от 18.05.2010 г. (2010 -2012 г.г.) «Программно-методический комплекс для проектирования энергоэффективных двигателей транспортного типа, основанный на концепции нелинейной динамики» на кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» ТулГУ.
Целью работы является повышение эффективности функционирования системы топливоподачи дизельного двигателя на установившихся и переходных режимах путем установления закономерностей, отражающих влияние параметров системы топливоподачи на ее выходные характеристики и показатели работы двигателя с учетом неизотермичности и двухфазности топлива.
В соответствии с целью были сформулированы задачи исследования:
-
Получение зависимостей, описывающих изменение состояния дизельного топлива с учетом неизотермичности и двухфазности в различной пространственной постановке.
-
Определение зависимостей для граничных условий при математическом моделировании течения дизельного топлива в трубопроводе с учетом неизотермичности и двухфазности.
-
Разработка математической модели системы топливоподачи, ориентированной на включение в динамическую модель дизельного двигателя, и иссле-
дование функционирования системы топливоподачи на установившихся и переходных режимах.
4. Установление закономерностей влияния конструктивных и регулиро
вочных параметров системы топливоподачи на ее выходные характеристики.
5. Разработка методики проектировочных расчетов системы топливоподачи.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Получены зависимости для моделирования процесса изменения состояния дизельного топлива в элементах системы топливоподачи с учетом не-изотермичности и двухфазности.
-
Установлены зависимости для граничных условий при математическом моделировании течения дизельного топлива в трубопроводе с учетом неизо-термичности и двухфазности.
-
Разработаны математические модели системы топливоподачи, ориентированные на включение в модель двигателя и обеспечивающие исследование функционирования системы топливоподачи и двигателя с учетом их взаимного влияния.
-
Выполнено комплексное исследование функционирования двигателя и системы топливоподачи на установившихся и переходных режимах.
Метод исследования - теоретико-экспериментальный, основанный на использовании методов математического моделирования, тепломеханики, гидродинамики, теории автоматического управления, статического анализа и вычислительной математики, а также известных и апробированных на практике экспериментальных методах исследования двигателей.
Объект исследования: малоразмерный многоцелевой одноцилиндровый дизельный двигатель ТМЗ-450Д, производства ОАО «АК «Туламашзавод».
Достоверность результатов. Достоверность результатов обеспечивается обоснованностью использованных теоретических зависимостей, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными ОАО «АК «Туламашзавод».
Практическая ценность работы:
-
Разработано программное обеспечение комплексного исследования системы топливоподачи двигателя на переходных и установившихся режимах.
-
Предложена методика проектировочных расчетов, позволяющая осуществить выбор конструктивных и регулировочных параметров системы топливоподачи для улучшения показателей ее функционирования.
-
Разработаны предложения по сокращению затрат машинного времени, связанных с исследованием функционирования системы топливоподачи за счет рационального применения алгоритмов, учитывающих неизотермичность и двухфазность ДТ, исходя из условий работы систем топливоподачи.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Зависимости для определения функций состояния дизельного топлива с учетом неизотермичности, двухфазности, а также уравнения для определения соответствующих граничных условий.
-
Математические модели, позволяющие установить связь конструктивных и регулировочных параметров системы топливоподачи с ее выходными характеристиками и показателями работы двигателя на установившихся и переходных режимах.
-
Результаты исследования моделей, позволяющие дать рекомендации по улучшению характеристик системы топливоподачи дизельных двигателей, и методика проектировочных расчетов системы топливоподачи.
Реализация работы. Результаты работы внедрены в практику ОАО «АК «Туламашзавод» в виде программного обеспечения исследования и расчета системы топливоподачи дизельного двигателя (акт внедрения от 14.04.2011); методики и программного обеспечения расчета угла опережения подачи топлива (акт внедрения от 14.04.2011).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международной конференции «Двигатель 2007» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007); II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного транспорта» (г. Тула, ТулГУ, 2009); международной научно-практической конференции «Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды» (г. Пермь, 2010); международной конференции «Двигатель 2010» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011); Юбилейной научно-технической конференции «5-е Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (г. Москва, МАДИ (ГТУ), 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём работы 124 страницы, включая 43 рисунка, 9 таблиц. Список литературы содержит ПО наименований. Объем приложения 13 страниц.
Основные требования, предъявляемые к системам топливоподачи дизельных двигателей, математические модели и направления их совершенствования
Процесс впрыскивания топлива протекает следующим образом. В начале, когда трубопровод и надплунжерная полость разобщены, топливо в ней частично сжимается, а частично вытесняется через впускное окно в полость низкого давления. Дальнейший подъем плунжера влечет за собой уменьшение пропускной способности впускного окна, снижение перетечек в подводящую полость и увеличение давления в надплунжерной полости, ведущее к открытию клапана до момента полного перекрытия плунжером впускного окна. Возникающая у клапана волна давления со скоростью звука перемещается к распылителю. Следует отметить, что рост частоты вращения кулачкового вала приводит к более быстрому увеличению давления над плунжером и, следовательно, более раннему открытию клапана. С перекрытием плунжером впускного окна наступает момент геометрического начала подачи топлива - все топливо поступает в трубопровод. При определенном давлении топлива в распылителе игла начинает подниматься. После начала подъема иглы давление топлива в надплунжерной полости и перед распыливающими отверстиями несколько падает. Затем следует его резкое возрастание, поскольку расход топлива через форсунку из-за малого проходного сечения значительно меньше, чем приход от насоса. Волна давления, подошедшая от ТНВД к распылителю, отражается от него волной давления или разрежения - в зависимости от пропускной способности распылителя. Если прямая волна повышает давление у распылителя, обратная волна будет иметь положительное значение (волна сжатия), иначе обратная волна будет отрицательной (волна разрежения). Отрицательная обратная волна, прибывая к насосу, увеличивает скорость топлива во входном сечении трубопровода, увеличивает прямую волну. Положительная обратная волна, напротив, уменьшает скорость во входном сечении и прямую волну. С момента геометрического конца подачи (открытия перепускного окна) топливо продолжает впрыскиваться в камеру сгорания, но в то же время начинает сливаться в полость низкого давления. По мере открытия перепускного окна происходит все большее понижение давления в надплунжерной полости и в распылителе. Давление в надплунжерной полости падает быстрее, что ведет к посадке клапана на седло. Давление в трубопроводе резко падает после входа в седло разгрузочного пояска. Усилие пружины форсунки преодолевает давление топлива под иглой и силу инерции подвижных деталей форсунки, вследствие чего игла опускается. При правильно подобранных конструктивных параметрах нагнетательного клапана и трубопровода колебания давления топлива к началу следующего впрыскивания затухают. Однако если в трубопроводе произошло недостаточное снижение давления, то у клапана может сформироваться значительная прямая волна, способная приподнять иглу и вызвать повторный впрыск. Формирование характеристики впрыскивания определяется скоростью движения плунжера или профилем кулачка.
Наиболее перспективным путем сокращения материальных и временных затрат при проектировании и доводке системы питания является численное моделирование процессов подачи топлива. При этом на многих этапах проектно-конструкторских работ только расчетом можно оценить работоспособность проектируемого изделия. Современный этап теоретических исследований систем топливоподачи характеризуется большим разнообразием используемых математических моделей различного уровня и назначения, сложность которых постоянно возрастает. Эволюция моделирования систем топливоподачи в настоящее время происходит в направлении все более детального учета множества различных факторов, повышения точности и придания моделям натурных свойств.
Теоретическому исследованию систем топливоподачи дизельных двигателей посвящены труды ряда ученых: И.В. Астахова, Л.Н. Голубкова, Г.Б. Горелика, Л.В. Грехова, С.Н. Девянина, З.Х. Керимова, В.А. Кутового, А.С. Лышевского, В.А. Маркова, Н.А. Мочаловой, А.П. Перепелина, P.M. Петриченко, Б.П. Пугачева, В.М. Славуцкого, В.И. Трусова и других.
Среди методов исследования гидродинамических процессов наиболее распространенным является гидродинамический метод И.В. Астахова [89]. Будучи впоследствии усовершенствованным для повышения точности, он широко используется в инженерной практике в России и за рубежом [25].
В качестве исходных уравнений для описания течения ДТ в трубопроводе используются уравнения движения и неразрывности. Гидромеханические процессы в полостях описываются уравнениями объемного баланса топлива и динамического равновесия движущихся элементов системы в каждый момент времени. Наиболее существенные дополнения, повысившие точность расчета, учитывают гидравлическое сопротивление трубопроводов, разрывы сплошности в конце впрыскивания, остаточные свободные объемы и следующие зависимости: сжимаемости топлива от давления; суммарного проходного сечения распылителя от противодавления; эффективного сечения сопловых отверстий распылителя от подъема иглы; силы, действующей на конус иглы, от ее подъема; податливости конечных объемов от давления топлива [89].
Л.Н. Голубков [89] предлагает использовать модель термодинамически равновесной пузырьковой среды. Данная модель представляет собой систему уравнений неустановившегося движения сплошной среды, замыкаемую уравнением связи, учитывающим влияние газовой фазы на параметры среды: где у - показатель степени (показатель политропы), индексы 1 - газовая фаза; 2 - жидкость; 0 - указывает, что параметр берется при начальном (атмосферном) давлении (кроме индексов при р: ра - атмосферное (начальное) давление двухфазной среды).
Для решения системы уравнений автор использует метод крупных частиц. Допущения о постоянстве скорости звука и плотности топлива отсутствуют. Вследствие переменной плотности, гидромеханические процессы в полостях насоса и форсунки описываются уравнениями не объемного, а массового баланса.
В методике процесса топливоподачи, предложенной С.Н. Девяниным [69], плотность топлива и коэффициент сжимаемости приняты переменными (в виде функциональных зависимостей).
Уравнение связи в виде полиномиальной зависимости, полученное автором путем аппроксимации экспериментальных данных по 19 топливам методом наименьших квадратов для диапазона давлений 0...200 МПа, записывается следующим образом:
Установление зависимостей для описания изменения состояния дизельного топлива в полостях систем топливоподачи высокого давления при наличии двухфазности
Так, например, он, как показывают многочисленные сравнения [97], размазывает скачки уплотнения в задачах газовой и гидродинамики не более, чем любой другой метод сквозного счета. Метод Годунова обладает свойством дивергентности, обеспечивая автоматически выполнение законов сохранения. Этот метод является наиболее универсальным и эффективным подходом к решению многомерных задач благодаря возможности расщепления по пространственным переменным, что позволяет любой одномерный численный алгоритм обобщить на многомерный случай. Схема Годунова позволяет получить обобщенные решения как в области гладкого течения, где она аппроксимирует уравнения гидрогазодинамики, так и на разрывах, где она аппроксимирует условия Гюгонио. В силу единообразия расчетных формул течение в гладкой области при этом рассчитывается так же, как и течение в окрестности разрыва, что приводит к появлению аппроксимационной вязкости.
Для численного моделирования течения жидкости использовалась разностная сетка, ориентированная по осям координат без специальной аппроксимации границ. Такой подход значительно упрощает алгоритм вычислений, и при выборе мелкой сетки дает достаточно качественное представление о структуре течения. Применение методов аппроксимации криволинейных границ существенно усложняет алгоритм вычислений и приводит к многократному увеличению времени счета [39].
Исследования гидродинамических процессов в системах топливоподачи в основном выполняются при помощи одномерных математических моделей. В связи с этим, рассмотрим численное интегрирование уравнений гидродинамики методом Годунова. Для двух- и трехмерных потоков эта задача решается аналогично.
В соответствии с методом Годунова для исходной системы дифференциальных уравнений (2.21) - (2.23) одномерного нестационарного потока сжимаемой среды, дополненной уравнениями состояния (1.4) и (1.5), были получены следующие расчетные конечно-разностные соотношения: 50, К0 - коэффициенты уравнения состояния (1.4) при Т = 0 Ки р = Ю Па; і - координата расчетной ячейки (верхний индекс означает принадлежность к новому временному слою); R, Vx, Р, Т - параметры среды на границах ячеек ("большие" величины) - определяются в результате решения задачи о распаде произвольного разрыва. Для уравнения (1.5): Pi+1/2 давление р1+ на новом временном слое и решалось совместно с уравнением состояния (1.5) итерационным методом (методом половинного деления). С целью сокращения затрат машинного времени производилась предварительная оценка наличия газовой фазы, по зависимости єго = єго (р), полученной на основе данных работы [46], для выбора соответствующего алгоритма расчета температуры. R = p
Для решения задачи о распаде произвольного разрыва дизельного топлива с целью определения плотности на разрыве были получены уравнения адиабаты Пуассона: где А: определяется по зависимостям (2.13), (2.17) и Гюгонио: для уравнения (1.4)
При решении задачи о распаде произвольного разрыва для дизельного топлива, по аналогии с течением газа, использовались как полное, так и линеаризованное (акустическое) решения. Как показали проведенные расчеты, в случае течения дизельного топлива при давлениях от 0,1 до 200 МПа оба варианта решения задачи о распаде произвольного разрыва дают практически аналогичные результаты. Это связано с отсутствием звуковых течений дизельного топлива и ударных волн. Поэтому использование полной процедуры распада произвольного разрыва, требующей значительных временных ресурсов, является не оправданным. Данный вывод подтверждается рекомендациями, приведенными в работе [26] проф. Грехова Л.В.
Одним из основных этапов при численном моделировании системы топливоподачи дизельного двигателя является вывод граничных условий на концах трубопровода. Это позволяет осуществить совместный расчет процессов в основных элементах системы топливоподачи, к которым относятся трубопровод, надплунжерная полость, полости штуцера ТНВД и форсунки.
Математическое описание системы топливоподачи основывается на комбинации нульмерных (по пространству) и одномерной моделей. Нульмерный подход используется для описания гидромеханических процессов в полостях ТНВД и форсунки, одномерный - для описания гидродинамических процессов в трубопроводе. Сопряжение этих моделей выполняется следующим образом. Одномерная модель трубы определяет расход (приход) жидкости для нульмерных моделей. Нульмерные модели полостей определяют параметры состояния в полостях, которые используются для вычисления граничных условий модели трубы.
Рассмотрим процедуру вывода граничных условий при использовании уравнения состояния (1.4). На левой границе трубы в случае истечения: рс р\ 12 - а\ 12 Р\ 12 vx 1 / 2 ПРИ этом давление на срезе принималось равным давлению в окружающей среде PQ = рс. Температура Т0 на левой границе определяется в результате решения уравнения (2.28) методом половинного деления. Плотность R0 определяется по уравнению состояния (2.29).
В случае втекания рс рхп -ах11 -Pi/2 vxMl Пренебрегая тепловыми потерями на коротком участке входа, считаем процесс втекания адиабатным. Тогда скорость втекания Vx Q МОЖНО выразить с помощью формулы для адиабатной работы расширения от полных (заторможенных) параметров окружающей среды до некоторого статического давления на границе Р0:
Уравнения модели системы топливоподачи в предположении об отсутствии газовой фазы
Описание процесса трения в цилиндропоршневой группе выполнено на основе зависимостей М. Резека и Н. Хайнена [78], полученных в результате динамических исследований двигателей в реальном времени.
Конвективный теплообмен в цилиндре описывался уравнением Ньютона, теплообмен излучением - законом Стефана-Больцмана.
Поскольку динамическая модель предназначена для многоцикловых расчетов, то определяющим критерием при выборе расчетных зависимостей, помимо обеспечения требуемой точности, являются затраты машинного времени. В рассматриваемой динамической модели ПДВС использовалась однозонная модель рабочего процесса, при этом секундный приход энергии в результате горения рабочей смеси определялся на основе методики, предложенной И.И. Вибе [14]. Целесообразность использования модели И.И. Вибе в динамической модели обусловлена наличием значительного объема экспериментальных данных по рассматриваемому двигателю.
Секундный приход энергии в результате горения рабочей смеси определялся по зависимости [14]: &г=8-Ни-тх-(йт, где Ни и тх - низшая теплота сгорания и цикловая масса топлива; ют -скорость сгорания топлива; 5Г - коэффициент полноты сгорания; для о, коэффициента избытка воздуха а 1.4 5Г = —, для а 1.4, 5Г = 1; mR т где а = —, тв - масса воздуха, L0 - теоретическая масса воздуха, mx -L0 необходимая для сгорания 1 кг дизельного топлива. Для вычисления скорости сгорания топлива использовалась зависимость, полученная на основе полуэмпирической формулы И.И. Вибе: где х - доля топлива, сгоревшего за угол ф от начала горения; ф2 - условная продолжительность сгорания; m - показатель характера сгорания; ф] - угол начала сгорания. Параметры m и ф2 являются кинетическими константами, однозначно определяющими скорость данного процесса сгорания в ДВС, и зависят от конкретных физико-химических условий осуществления процесса сгорания в двигателе.
Эти показатели для конкретного двигателя, как правило, определяются по эмпирическим зависимостям в функции коэффициента избытка воздуха, частоты вращения, параметров воздуха во впускном трубопроводе, момента воспламенения [32]. Причем справедливость этих зависимостей для аналогичных двигателей данного класса не всегда является однозначной.
Для получения значений т и ф2, а также угла начала сгорания ф использовались результаты индицирования дизеля ТМЗ-450Д во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы. Производилась термодинамическая обработка индикаторных диаграмм, и для каждого из режимов определялась экспериментальная кривая выгорания топлива 1 = х(ф) Далее вычислялись показатели сгорания т и ф2 из условия минимума суммы квадратов отклонений экспериментальной зависимости 1 - Х(ф) от расчетной.
Показатели сгорания определялись в зависимости от режимов работы двигателя по функциональным зависимостям вида: фг = f(a,n,(p0,Aq enp,penp), m=f(a,n,q 0,Aq mp,pmp), где ф0 - начало, Афвпр - продолжительность, рвпр - давление впрыскивания. Для прогнозирования изменения экологических показателей работы двигателя в соответствии с общепринятым подходом на основании экспериментальных данных ОАО «АК «Туламашзавод» были получены регрессионные зависимости вида СО = f{co,a) и NOs = f(co,a).
Модель сгорания Вибе позволяет рассчитывать тепловыделение с удовлетворительной точностью. Однако она не учитывает закономерности влияния всех характеристик впрыскивания на показатели работы двигателя. Дальнейшее совершенствование комплекса математических моделей системы топливоподачи целесообразно осуществлять в направлении более детального учета влияния показателей системы топливоподачи на протекание процессов смесеобразования и сгорания и использовании существующих и достаточно хорошо отработанных моделей смесеобразования, сгорания и эмиссии вредных веществ.
Среди существующих конструкций систем регулирования дизельных двигателей достаточно широкое распространение получили механические центробежные всережимные регуляторы частоты вращения, которые воздействуют на регулирующий орган на всех эксплуатационных частотах вращения. Этот тип регулятора применяется в конструкции дизеля ТМЗ-450Д для автоматического регулирования частоты вращения.
Рычаг 5 перемещается в крайнее положение (точка А). Растягивающая пружина 3 воздействует через рычаг 2 и пружину 4 на пусковой рычаг 1, который передвигает дозатор в крайнее положение соответствующее максимальной топливоподаче.
Несмотря на то, что шарики 7 регулятора приводятся во вращение непосредственно при старте, частота их вращения при прокручивании коленчатого вала стартером настолько мала, что их центробежная сила недостаточна для сжатия через диск 6 регулятора пружины 4 и перемещения дозатора в сторону уменьшения подачи топлива. Такая подача превышает подачу топлива при работе дизеля на режиме номинальной мощности в среднем в два раза, что обеспечивает его надежный пуск.
Методика проектировочных расчетов
Адекватность разработанного комплекса моделей проверялась путем сопоставления результатов вычислительных экспериментов с экспериментальными данными конструкторского отдела двигателей ОАО «АК «Туламашзавод».
Экспериментальные данные были получены с использованием испытательных стендов: 1)СН-96011Н; 2) AVL-Zollner. Стенд СН-96011Н Стенд СН-96011Н (рис. 3.17) предназначен для проведения испытаний односекционных ТНВД. На рабочем столе 3 стенда, на направляющих установлено на кронштейнах технологическое приспособление, в которое устанавливается испытуемый ТНВД. Трубопроводами низкого и высокого давления ТНВД соединен, соответственно, с насосом стенда и блоком форсунок.
Стенд предназначен для эксплуатации в закрытом помещении с искусственно регулируемыми климатическими условиями. В качестве рабочей жидкости при испытаниях ТНВД используется дизельное топливо по ГОСТ 305-82 с температурой вспышки паров свыше 61 С или технологическая жидкость по международному стандарту ISO 4113-86. В приложении 2 в табл. П.2.1, П.2.2 указаны технические данные стенда и встроенные средства измерения, а также приведено описание стенда. Рис.3.17. Стенд СН-96011Ндля проведения испытаний односекцио W-c - объем пап доля оксида углеротавотраетгапшихгаих, млн l n .mil 111 ЩЦИЩІ.МНІ Мк - крутягции момент, Н м Рпп - давление перед пштухофилцтром, кПа Г - температура топлипа to входе и филілр. ct п - частота прасцсиид коленчатого вала, мин р - угол попорота коленчатого вада, град. 1М - температура масла па nusov га пидиптра, С Ок г - расход катерных гаюп, м к RW - димпостц ед BOSCH От - расход топлива, кг/ч с]„ - цикловап подача, мм V гуїкл р„ - давление масла, МПа
Схема моторного стенда для испытания дизелей. Адекватность математической модели системы топливоподачи в предположении об отсутствии газовой фазы проверялась путем сопоставления результатов расчетов цикловой массы с экспериментальными данными, полученными на стенде СН-96011Н.
Как следует из таблицы, расчетные значения соответствуют допустимому диапазону изменения цикловых подач, что свидетельствует об адекватности разработанного математического описания.
Проверка адекватности математической модели системы топливоподачи при наличии двухфазности производилась путем сравнения расчетных и экспериментальных значений давления в трубе перед форсункой (рис. 3.20), а также цикловых подач топлива и эффективных показателей работы двигателя (см. приложение 3). Экспериментальные данные получены на стенде AVL Zollner. Средняя погрешность в определении давления в трубопроводе перед распылителем составляет 11 %, цикловой массы - 3 %. Погрешности в определении эффективных показателей работы двигателя (мощности, расхода топлива, крутящего момента) в сравнении с экспериментальными данными не превышают 3 %.
Разработана математическая модель системы топливоподачи, уточняющая существующие подходы к описанию системы топливоподачи и ориентированная на включение в динамическую модель ПДВС. Адекватность предложенного математического описания подтверждена серией тестовых вычислительных экспериментов и сопоставлением полученных результатов с экспериментальными данными конструкторского отдела двигателей ОАО «АК «Туламашзавод». Средняя погрешность в определении давления в трубопроводе перед форсункой составляет 11 %, цикловой массы - 3 %. Погрешности в определении эффективных показателей работы двигателя (мощности, расхода топлива, крутящего момента) в сравнении с экспериментальными данными не превышают 3 %.
Разработаны предложения по сокращению затрат машинного времени, связанных с исследованием функционирования системы топливоподачи за счет рационального применения алгоритмов, учитывающих неизотермичность и двухфазность ДТ, исходя из условий работы систем топливоподачи. 3. Проведено исследование функционирования ПДВС на переходном режиме в сравнении с расчетом на сходственных установившихся режимах.
Установлены максимальные расхождения в определении характеристик системы топливоподачи - 23 %, эффективных показателей работы двигателя Установление закономерностей, отражающих влияние параметров системы топливоподачи на ее выходные характеристики. Разработка и пример практического использования методики проектировочных расчетов для повышения эффективности функционирования системы топливоподачи
Исследование закономерностей влияния параметров системы топливоподачи на ее выходные характеристики
Использование математических моделей для проведения расчета процесса впрыска топлива позволяет при проектировании систем топливоподачи при минимальных временных затратах изучить закономерности влияния конструктивных и регулировочных параметров на характеристику впрыска и подобрать их оптимальные значения.
Вследствие большого количества факторов, оказывающих влияние на характеристики, вид их неодинаков не только для разных топливных систем, но и для разных режимов одной и той же системы [59].
С уменьшением внутреннего диаметра трубопровода увеличивается гидравлическое сопротивление, вследствие чего снижается подача и увеличивается продолжительность впрыскивания. С увеличением внутреннего диаметра гидравлическое сопротивление и продолжительность впрыскивания уменьшается, однако в конце впрыска колебания увеличиваются и возникает дополнительный впрыск.
С увеличением диаметра плунжера растут давление впрыска и цикловая подача. С увеличением давления затяжки пружины форсунки растет среднее давление впрыска, продолжительность впрыска сокращается, окончание впрыска происходит более резко. Значительное же увеличение данного параметра ведет к чрезмерному сокращению действительной продолжительности подачи и ухудшению динамических показателей рабочего процесса двигателя.
