CC BY
48
УДК 621.436.038.001
ВЛИЯНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЕ ДИЗЕЛЯ НА ЕГО ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА
Н. Н. Патрахальцев, М. Н. Пономарёв, А. А. Савастенко
Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
Приводятся результаты расчётно-экспериментального исследования влияния изменения начального давления топлива в линиях высокого давления топливной аппаратуры дизеля на изменение его динамических качеств. Исследованный режим - разгон двигателя с нагрузочным устройством, но без нагрузки. Объект исследования - дизель 6ЧН 15/18.
Динамические качества двигателя, т.е. время, необходимое для разгона, время, потребное для приёма нагрузки и т.д. - важные показатели качества силовой установки. Оценку динамических качеств, например, время приёмистости, часто оценивают расчётным путём, используя “квазистатическое” представление о протекании процессов в дизеле. В этом случае принимается, что Тщ = f(hp;co) и Tc=f(N\ со), т.е. моменты дизеля и
сопротивления зависят лишь от положений регулирующих органов и угловой скорости вращения вала. В исходном установившемся режиме (УР) уравнение равновесия системы двигатель-потребитель имеет вид: Тщ - Тс = Const. Пусть произошло изменение Тщ и/или
Тй, приводящее к появлению неустановившегося режима работы (НУР). Тогда
dco dco
Tta + ATta - Tc - АТс = I----; или АТ(а - АТс = I--------, причём, ATta * АТс. Исш-
44 dt 4 dt 4
льзуя разложение в ряд Тейлора, принимая малое отклонение Да>, проведя соответствующие
преобразования [1], получаем:
dco dTtq dTtq дТс дТс
I-------------Аса +------Ahn----------Асо--------AN .
dt dco dhp dco dN
Используем понятия факторов влияния изменения угловой скорости на момент, развиваемый двигателем, и на момент сопротивления:
8Ttq „ дТс
КТСО ~ КТй) ~ а и КТ СО -V tq дсо с да)
и факторы влияния перемещения регулирующих органов на изменение моментов:
дТЩ „ дТс
и ~ К-ти - и ы -
ЧЧпр 1П дЬр 1с™ дЫ
dco
Тогда имеем: /-------- ^Тсо ' ^а + ^ ^Т со ’ ^ ~ ^Т N '
dt с с
Используя экспериментальные внешние скоростные характеристики двигателя и потребителя, снятые при УР, зададим их в виде полиномов второй степени:
Тщ - 354 + 15,6 • со - 0,067 • со2 и Тс = -48,865 + 2,689 • со + 0,0324 • со1. Тогда Ктсо = 15,6 - 0,134 • со, Ктс0) = 2,689 + 0,0648 • со и при АЫ = 0
Кть = (354 + 15,6 • соисх - 0,067 ■ соисх 2) / АИ .
Переходя к малым конечным отклонениям, получим:
Л/ 2
а>1 = <Уг_1 + — (15,6-0,134■ ¿»г_|)• Ай>г_1 + (354 +15,6соисх -0,067 • соисх )-Акр -
- (2,689 + 0,0648 • <У/_ 1) • А«Уг_1.
С учётом переходных процессов (ПП) в топливной аппаратуре (ТА) имеем следующие функциональные зависимости: Тщ - /{со,кр\Рнач^ Рнач. = /(й>’^)
Тогда уравнение динамического равновесия может быть приведено к виду
(1со дТщ дТщ дтс дТ с
/• — = —— • Асо +—— ■ Акп +----------—-АРнач -—— Аса---------------ДЛГ;
Л дсо дИр дРНач, <5ги сЗДГ
^ ЭРнач. 4 8ГЩ дРнач_
где---------Д^нач. ~-----------------+---------------------•
дРнач, дРНач. дсо дРнач< дкр
Таким образом, уравнение динамического равновесия в данном случае включает в себя изменение крутящего момента двигателя не только благодаря перемещению рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) и изменению частоты вращения вала, но и из-за
изменения начального давления. Последнее изменяется в связи с изменением частоты вра-
щения вала и смещения регулирующего органа. Используем дополнительно факторы влияния:
г 8Т“1 8Р^ч.
7ЩРнач.т др д ’ ТщРнач.Ьр др 8к
игнач. иш игнач. ипр
дсо
1----- (Кт ш + Кг р т ) • А со + (К'г р и + Кт и ) • АЛ п -
Тогда- дг Ц ЧдГнач.<°’ Чд^начРр ’ Р
~ (кТссо ' А<у + КТСИ ' Д^)-
Представим факторы влияния, связанные с изменением начального давления, в следующем виде: КТщРнач со = кТРсо = КТР кРсо’ КТ{дРначкр = КТРк = КТР ' кРк-
Таким образом, для реализации данной модели необходимо иметь дополнительную информацию о факторах влияния, связанных с изменением начального давления. При этом, КРо} и Крц определяются путём регистрации осциллограмм топливоподачи и последующего определения начальных давлений по осциллограммам тем или иным методом. Для определения Крр нужно иметь возможность на исследуемом дизеле задавать извне различные уровни начальных давлений и, сохраняя неизменными угловую скорость и положение регулирующего органа, определять изменения крутящего момента. По результатам экспериментального исследования [2] получены следующие аппроксимирующие зависимости:
Рнач. = 0,000155-со2 +0,03666• со -1,8132 ;
КТР = 2,1387 • Рнач 2 - 41,528 • Рнач +215,52. Тогда расчётное уравнение будет иметь следующий вид:
а>і = <У/_| +—((15,6 - 0,134й>г-_і) • Лй>г-_1 +
+ (2,1387 • Рн2ач - 41,528 • Рнач + 215,52) • (0,00031 ■ сум + 0,03666) • А+ (2)
+ (354 + 15,6 - 0,067 • £У/_12) - ДА + (2,1387 ■ Р2ач - 41,528 • Рнач +
+ 215,52) -Крь-Ак- (2,689 + 0,0648 ■ ¿у/_1) • Асо^і
Возникновение НУР возможно после начального перемещения рейки ТНВД или изменения нагрузки, в результате чего происходит изменение частоты вращения вала дизеля. В любом случае этот процесс сопровождается отклонением Рнт от уровня установившегося режима. При этом, как показано ранее [3], ПП изменения Ртч в ТА происходит за некоторое число циклов, равное целому числу от деления указанного возмущения по Ртч на нестабильность Рнач (5Рначур), свойственную сходственному установившемуся режиму дизеля, т.е. число циклов, в течение которых возмущение АРнач нур, равное РНачУР - /5начНу|\ восстановится до уровня Ртчур, составляет Л^ц «АР„ачнур' /8Ртчур. Указанное положение учитывается в алгоритме расчёта ПП в дизеле. Если НУР сопровождается непрерывным изменением частоты вращения и/или положения рейки, то возможны два случая реализации ПП в ТА дизеля: 1 - возмущение АРнтиур <5Ртчур, и тогда ПП в ТА завершается в каждом новом цикле, в этом же цикле появляется новое возмущение, и оно завершается в очередном цикле; и 2 -возмущение АР„ачнур > бРнйчур' и тогда лишь часть возмущения по Ртч срабатывается в очередном цикле, а в дальнейшем возмущение АРнач нур накапливается, а когда положение рейки ТНВД или частота вращения практически стабилизируются, накопленное возмущение “срабатывается” в очередных циклах работы двигателя в течение числа циклов 7УЦ .
'ис.1. Изменение Рнач при квазистатическом
іредставлении разгона (УР) и при учете ПП Рис.2. Характеристика разгона дизеля в ТА (НУР). Разгон дизеля 6ЧН 15/18 6ЧН 15/18 с учетом ПП в ТА (W) и без учета
с потребителем, но без нагрузки ПП в ТА (Жстат) и отклонение W от Wcm
(Дел., %)
РОССИЙСКИЙ
На рис. 1 показано, что при представлении разгона с позиций оУсЖ№бй*«ИШ5їя ПП в А, т.е. при предположении, что процесс протекает с показател^^^№^й^1^^й§УР,
изменение Рнач происходит в разгоне от 0,5 до 7,5 МПа. Однако реально разгон начинается от режима, на котором Ртч = 7 МПа (линия А). Эта повышенная исходная “зарядка” ЛВД ТА, как гидравлического аккумулятора, вызывает увеличение крутящего момента при разгоне, благодаря постепенной “разрядке” ЛВД до уровней РНачУР- В момент времени, равный примерно 4,5 с., уровни Рнт при УР и НУР практически сравниваются. Однако в дальнейшем разгоне происходит отставание уровня Рняч нур по сравнению с уровнем Ртчур (линия Б), т.е. в течение разгона после момента времени 4,5 с. происходит “дозарядка” ЛВД как аккумулятора, на что тратится часть подаваемого насосом высокого давления топлива, дизель “недобирает” крутящий момент. На рис. 2 показаны характеристики разгона при моделировании их по уравнениям (1) и (2), а также величины отклонения (Дел., %) угловой скорости вала при НУР относительно характеристики, посчитанной при квазистатическом представлении разгона. Видно, что в начале разгона нарастание угловой скорости происходит интенсивнее, чем при квазистатическом представлении (до 3%), а затем происходит потеря момента. В целом, разгон установки с моментом инерции, равным 134,9 Нмс2 от 500 1/мин. до 1500 1/мин., происходит примерно за 10 с., а отличия результатов счёта по уравнениям (1) и (2) составляют лишь около 2%, так как влияние изменения Рнач. было как положительным, так и отрицательным. Исследования показали, что если на начальном исходном режиме Ртч, было отрицательным, т. е. остаточные объёмы в ЛВД, то “дефицит” развиваемого при НУР момента достигал 10% от уровня УР, а время разгона увеличивалось на 5 -6%.
Таким образом, влияние ПП в ТА дизеля может положительно или отрицательно сказываться на динамических качествах дизеля, что определяется свойственными двигателю характеристиками изменения начального давления в ЛВД ТА, а также величинами факторов влияния режимных параметров на изменение начального давления и фактора влияния последнего на крутящий момент дизеля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патрахальцев H. Н. Влияние переходных процессов в топливной аппаратуре на динамические свойства дизеля //Известия ВУЗов. - Машиностроение. - 1987, № 4. - С. 65 - 70.
2. Леонов О. Б., Патрахальцев H. Н. Построение характеристики переходного процесса с учётом особенности топливоподачи при неустановившемся режиме дизеля //Известия ВУЗов. - Машиностроение, 1971, № 7. - С. 35 - 39.
3. Газале А,, Камышников О. В., Патрахальцев H. Н. Влияние переходных процессов в топливной аппаратуре дизеля ЯМЭ-238 на эффективность операции разгона //Известия ВУЗов. - Машиностроение. - 1985, № 10. - С. 85 - 89.
UDC 621.436.038.001
INFLUENTION OF TRANSIENT PROCESSES IN FUEL SYSTEM FOR DYNAMICS CARACTERISTICS OF DIESEL ENGINE
Patrakhaltsev N. N., Ponomariov M. N., Savastenko A. A.
Department of Internal Combustion Engines Russian People’s Friendship University Mikluho-Maklaya st., 6, 117198, Moscow, Russia
There are presented the results of experiments and calculations of regimes of diesel acceleration, and analyses of variations of dynamic qualities of diesel, in dependence of transient processes in fuel system.
