CC BY
112. Ильичёв В. А., Емельянов С. Г., Колчунов В. И., Гордон В. А., Бакаева Н. В. Принципы преобразования города в биосферосовместимый и развивающий человека 2015 (Москва, АСВ). С. 184
3. Yuan HP, Yang Y and Xue XL Promoting Owners' BIM Adoption Behaviors to Achieve Sustainable Project Management Sustainability 2019 vol 11 (iss. 14) article number: 3905
4. Теличенко В. И. Строительная наука в формировании среды жизнедеятельности. Academia. Архитектура и строительство 2017 № 1, с. 98-100.
5. Alwan Z., Jones P., Holgate P. Strategic sustainable development in the UK construction industry, through the framework for strategic sustainable development, using Building Information Modeling. Journal of Cleaner Production. (2017); Volume: 140 (part: 1); SI; pp. 349-358. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.12.085.
6. Травуш В. И. Цифровые технологии в строительстве. Academia. Архитектура и строительство. 2018. №3. С. 107-117.
7. Rothenbusch S., Kauffeld S. Potential for change through the digitalization of the cross-trade cooperation of small and medium sized organizations in the construction industry toward Building Information Modeling (BIM)-a case report. Gio-Gruppe-Interak-tion-Organisation-Zeitschrift Fuer Angewandte Organisationspsychologie. 2020. Early Access.
8. Harwell A. Motivation and focus of digitaliza-tion Bautechnik. 2019. Vol. 96 (Iss. 12), pp. 945-950. DOI: 10.1002/bate.201900092.
9. Munoz-La Rivera F., Mora-Serrano J., Valero I., Onate E. Methodological-Technological Framework for Construction 4.0. Archives of Computational Methods in Engineering. 2020. Early Access.
10. Berlak J., Hafner S., Kuppelwieser VG. Digi-talization's impacts on productivity: a model-based approach and evaluation in Germany's building construction industry. Production Planning & Control. 2020. Early Access. DOI: 10.1080/09537287.2020.1740815.
11. Terentyeva I., Lunev A., Kashina S., Sadrieva L., Korolyuk I., Pugacheva N. The Virtual Construction Site: Knowledge Management in Virtual Environments. International Journal of Emerging Technologies in Learning. 2020. Vol. 15 (Iss. 13), pp 81-95. DOI: 10.3991/ijet.v15i13.14655
12. URL: https://arch.gatech.edu/people/charles-eastman
13. URL: https://www.ideateinc.com/blog/2010/10/new-mcgraw-hill -construction-green-bim
14. URL: http://download.autodesk.com/us/bim_infra/Business_ Value_of_BIM_for_Infrastructure_SMR_2012.pdf
15. Абрамян С.Г., Котляревская А.В., Оганесян О.В., Бурлаченко А.О., Дикмеджян А.А. Проблемы внедрения BIM-технологий в строительном секторе: обзор научных публикаций / Инженерный вестник Дона. - 2019. - № 9. - 8 с. - URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/N9y2019/6202.
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ СИСТЕМИ ЖИВЛЕННЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГУНА ПРАЦЮЮЧОГО НА Б1ОПАЛИВ1 З ДРОСЕЛЬНИМ РЕГУЛЮВАННЯ СКЛАДУ
ПАЛИВНО1 СУМ1Ш1
Гунько 1.В.
Вгнницький нацгональний аграрний унгверситет, доцент кафедри загальнотехнгчних дисциплт та охорони працг, канд. тех. наук
Бурлака С.А.
Вгнницький нацгональний аграрний унгверситет, асистент кафедри загальнотехнгчних дисциплгн та охорони прац1,аспгрант
MATHEMATICAL SIMULATION OF OPERATION OF THE POWER SYSTEM OF A DIESEL ENGINE WORKING ON BIOFUEL WITH THROTTLE CONTROL OF THE FUEL COMPOSITION
Gunko I.
Vinnytsia National Agrarian University, Associate Professor of The Department of General Technical Disciplines and Labor Protection,
Candidate of Technical Sciences Burlaka S.
Vinnytsia National Agrarian University, Assistant of The Department of General Technical Disciplines and Labor Protection,
Postgraduate
Анотащя
Система живлення дизельного двигуна виконуе ряд функцш, а саме: дозування палива зпдно з режимом роботи, подачу циклово! порцп палива за встановленою характеристикою в цилiндри двигуна, розпо-дшення палива по камерi згоряння, забезпечення необхщних динамiчних якостей двигуна, особливо на перехвдних режимах роботи, збереження запасу палива та його очистку ввд води й домшок. Робота дизе-льних двигушв на бiопаливi та паливних сумшах вимагае модершзацп систем живлення за рахунок вико-ристання нового обладнання та пристро!в, детального !х вивчення, аналiзу конструктивних параметрiв, математично! обгрунтованосп режимiв роботи, розробки вщповщного регулювання в залежностi вiд нава-нтажувально-швидшсних режимiв роботи машинних агрегалв.
Abstract
The power supply system of a diesel engine performs a number of functions, namely: dosing fuel according to the operating mode, supplying a cyclic portion of fuel according to a set characteristic to the engine cylinders, distributing fuel through the combustion chamber, ensuring the necessary dynamic qualities of the engine, especially in transient operating modes, maintaining a stock fuel and its purification from water and impurities. The operation of diesel engines running on biofuels and fuel mixtures requires the modernization of power systems through the use of new equipment and devices, detailed study, analysis of design parameters, mathematical validity of operating modes, and the development of appropriate regulation depending on the loading and speed modes of operation of machine units.
Ключовi слова: система живлення, дросель, сумш, дизельний двигун.
Keywords: power supply system, throttle, mixture, diesel engine.
У зв'язку з впровадженням нового законодав-ства щодо вимог еколопчносп роботи транспортних засобiв, виробники дизельних двигушв пос-тшно вдосконалюють систему подачi палива [1]. Цшком очевидно, що мехашчна система впорску-вання палива не ввдповщае сучасним вимогам. Зни-ження тиску впорскування, який залежить вiд нава-нтаження i ввд частоти обертання колiнчатого валу, та якосп розпилення призводить до освдання кра-пель палива на поверхш, зниження коефiцieнта ко-рисно! дп згоряння паливо-повiтряноi сумiшi та щдвищення вмiсту шкiдливих речовин у вщпрацьо-ваних газах. Частка шкiдливих речовин збшьшу-еться при використаннi паливних сумiшей, склад яких не враховуе режимних показникiв роботи двигушв. Для вирiшення даних проблем, пов'язаних з використанням бiопалива доцiльно використову-вати системи живлення з електронним регулюван-ням складу дозовано! паливно! сумiшi залежно вiд режимiв роботи двигуна.
Залежнiсть ринку палива Украши вщ вартостi нафтового палива, дефiцит якого приводить несвоечасного виконання технологiчних операцш, i в результатi до недобору урожаю та зростання собь вартосп сiльськогосподарськоi' продукцii. Крiм того, штенсивне використання викопних енергоно-сiiв, несе в собi екологiчну та енергетичну небез-пеку економiки Украши. Використання бюдизель-ного палива для дизельних двигушв е досить акту-альним, сьогоднi вiтчизнянi i закордоннi науковщ активно пропонують рiзноварiнтнi моделi удоско-налення дизельних двигунiв, працюючих на бюпа-ливi. Так, наприклад, у роботах [2 - 9] наведено результата дослщження впливу на техшко-економь чш та екологiчнi показники дизеля використання чистого бюдизельного палива та його сумiшi з ди-зельним. Особливу увагу варто придшити роботi [8], у якiй для покращення екологiчних характеристик дизеля авторами було розроблено методику ви-значення характеристики регулювання оптимального спiввiдношення компонента сумiшi палив залежно ввд режиму роботи дизеля.
Недолiком цих методик е те, що ввдсотковий склад сумiшi палив залежить ввд частоти обертання колiнчастого вала й не враховуе стушнь наванта-ження двигуна, до того ж аналiз iнших систем па-ливоподачi дизельних двигушв вичизняного i зару-бiжного виробництва показав [2] неможливiсть за-безпечення потрiбного вiдсоткового
спiввiдношення бюлопчного i мiнерального палива в залежносп вiд навантажувально-швидкiсних ре-жимiв дизельного двигуна [3].
Для ефективного використання бюдизельного палива була вдосконалена система живлення дизеля (рис. 1), яка забезпечить зм^ вщсоткового складу сумiшi дизельного та бюдизельного палив залежно ввд режиму роботу двигуна. До вдоскона-лено! системи вносять змши, якi не погiршать роботу дизеля та забезпечать базову потужшсть i кру-тний момент, а саме додано ряд елементiв: палив-ний бак для БП, фшьтри грубо! очистки, паливний насос низького тиску, дросел^ змiшувач палив та емшсний датчик.
Змiшувач палив, дросел^ емнiсний датчик i ЕБК забезпечують регулювання вiдсоткового складу сумiшi ДП та БП в залежносп ввд наванта-жувально-швидкiсних режимiв. Таким чином удо-сконалена система живлення дизеля з електронним регулюванням вiдсоткового складу сумiшi палив забезпечуе роботу двигуна на ДП, БП та !х сумшах з рiзними вiдсотковими складами зi збереженням ефективних показникiв дизеля. Удосконалення системи живлення нiяким чином не впливае на роботу дизеля на ДП.
Для досягнення позитивного ефекту ввд засто-сування БП необхiдно використовувати його на двигунах зi встановленням або вже обладнаними ЕБК, що забезпечують оптимiзацiю управлiння двигуном, велику швидкодiю та точшсть визна-чення параметрiв роботи дизеля. ЕБК обладнанш бiльшiсть сучасних двигушв.
Рис. 1. Удосконалена система живлення дизельного двигуна з електронним регулюванням складу дозова-
но '1 паливно'1 сумш1
1 - паливний бак для ДП; 2 - насос подач! дизельного палива (ДП); 3 - запобгжний клапан ДП; 4 - дроселI ДП та БП; 5 - запобгжний клапан БП; 6 - насос подач! бюдизельного палива (БП);
7 - паливний бак для БП; 8 - фтьтр-змШувач; 9 - паливний насос високого тиску (ПНВТ); форсунки; 11 - емтсний датчик визначення складу сумШ1; 12 - електронний блок керування (ЕКБ); 13 - важшь керування подачею палива; 14 - датчик обертгв колтчастого валу; 15 - датчик температури охолоджуючо'1 р1дини
10 -
З метою визначення оптимальних конструкти-вно-режимних параметрiв запропоновано системи живлення було проведено математичне моделю-вання ïï роботи. Математична модель удосконале-но1 системи живлення включае наступш рiвняння: Рiвняння балансу витрат в лши насоса дизельного палива:
Qhi = Qd1 + QbhtI + @деф1 + Qk1 (1)
де Qui - подача насоса дизельного палива, Qd1 - витрата палива через дросель дизельного пального,
Qk1 - витрата палива через зворотнш клапан, Qiswi-l - втрати радини в лши дизельного па-лива,
Qдефl - витрата робочоï рвдини, викликана де-формащею порожнин, заповнених робочою рщиною, шд дiею тиску р1.
dPL
Qдефl = kWl-^ (2)
де к - зведений коефщент податливосп порожнин пдросистеми, заповнених робочою рiдиною,
WL - об'ем порожнини, Р1 - тиск в порожниш.
Рiвняння балансу витрат в лши дроселя дизельного палива:
Qdi=VFdi(U2)
M
2
Рдп
JK-E (3)
де Qd1 - витрата палива через дросель дизельного пального,
^ - динамiчна в'язшсть дизельного палива, ^ - площа поперечного перерiзу дроселя, РдП - густина дизельного палива, Р1,Р3, - тиск до та шсля дроселя. Втрати рвдини в лши дизельного палива:
QBИT1 = к^Р1 (4) де к2 -коефщент витрати на витоки, Р1 - тиск шсля насоса.
Рiвняння балансу витрат в лши зворотнього клапана:
Qki = V Ff
kl
N
Рдп
Po (5)
де Qk-L - витрата палива через зворотнш клапан дизельного пального,
ß - динамiчна в'язк1сть дизельного палива, Fk1 - площа поперечного перерiзу клапана, Рдп - густина дизельного палива, PL,P0, - тиск до клапана та тиск навколишнього середовища.
Рiвняння балансу витрат в лши насоса бюди-зельного палива:
Qh2 = Qd2 + Qbht2 + Чдеф2 + Qk2 (6)
де Qh2 - подача насоса дизельного палива, Qd2 - витрата палива через дросель бюдизель-ного пального,
QBm2 - втрати радини в лшп бiодизельного па-лива,
0_деф2 - витрата робочо1 рвдини, викликана де-формацieю порожнин, заповнених робочою рщиною, шд дieю тиску р1.
dP2
Q**2 = (7)
де к - зведений коефщент податливосп порожнин гвдросистеми, заповнених робочою рщиною,
W2 - об'ем порожнини, Р2 - тиск в порожнит.
Рiвняння балансу витрат в лши дроселя бюди-зельного палива:
Qd'=ß^Fd'(U')
M
Рбп
Р4
(8)
де Qd2 - витрата палива через дросель бюди-зельного пального,
ß - динамiчна в'язкiсть бiодизельного палива, Fd2 - площа поперечного перерiзу дроселя, РБП - густина бюдизельного палива, Р2,Р4, - тиск до та тсля дроселя. Втрати рiдини в лiнiï бiодизельного палива:
Qbwt2 = kz • Р' (9) де kz -коефiцieнт витрати на витоки, Р2 - тиск тсля насоса.
Рiвняння балансу витрат в лши зворотнього клапана:
Qk2 = ß • Fi
к2
M
Рбп
Po (10)
Qzml ß • Fzj
\
Рдп
P*
(12)
де Qzm1 - витрата на входi у змiшувач дизельного палива,
ß - динамiчна в'язкiсть дизельного палива, Fzm1 - площа поперечного перерiзу вхвдного отвору дизельного палива, рдП - густина дизельного палива,
Р',Р5, - тиск до та тсля змшувача.
Витрата на входi у змшувач бiодизельного па-
лива:
Qzm' = ß • Fz-,
\
--4К-Р5
Рбп
(13)
= к
свитгт ivz
Р5 (14)
де Qk' - витрата палива через зворотнш клапан бюдизельного пального,
ß - динамiчна в'язкiсть бiодизельного палива, Fk2 - площа поперечного перерiзу клапана, рБП - густина бiодизельного палива, Р',Р0, - тиск до клапана та тиск навколишнього середовища.
Рiвняння балансу витрат змiшувача:
Qzm = Qzml + Qzm' + Qüwizm (11) де Qzm1 - витрата на входi у змiшувач дизельного палива,
Qzm' - витрата на входi у змiшувач бiодизель-ного палива,
QBmzm - втрати рвдини у змiшувачi. Витрата палива на входi у змiшувач дизельного палива:
де Qzm' - витрата на входi у змiшувач бiоди-зельного палива,
ß - динамiчна в'язк1сть бiодизельного палива, FZm' - площа поперечного перерiзу вхвдного отвору бiодизельного палива,
рБП - густина дизельного палива, Р4,Р5, - тиск до та тсля змiшувача. Втрати рвдини у змiшувачi:
Qb
де kz -коефiцieнт витрати на витоки, Р5 - тиск тсля змшувача. Тиск на дiлянцi ввд насоса до дроселя дизельного палива:
D _ Qnl — Qdl — QBml — Qkl (л „
Pl = ^г^ (15)
де Qhi - подача насоса дизельного палива, Qd1 - витрата палива через дросель дизельного пального,
Qk1 - витрата палива через зворотнш клапан, Qü^ - втрати рвдини в лiнiï дизельного па-лива,
кк - зведений коефiцieнт податливосп мапст-
ралi,
Ww1 - об'ем порожнини ввд насоса до дроселя. Тиск на дшянщ вiд насоса до дроселя бюди-зельного палива:
n Qn' — Qd' — Qbwt' — Qk' р' =-T^w- (16)
кк • WW'
де Qh2 - подача насоса бюдизельного палива, Qd' - витрата палива через дросель бюдизель-ного пального,
Qk' - витрата палива через зворотнш клапан, QBm' - втрати рвдини в лiнiï бiодизельного па-лива,
кк - зведений коефщент податливостi мапст-
ралi,
WW' - об'ем порожнини ввд насоса до дроселя. Тиск на дшянщ ввд дроселя до змшувача в лшп дизельного палива:
D _ Qdl — Qzml (л „ Р' = Kk^WW3 (17) де Qd1 - витрата палива через дросель дизельного пального,
Qzm1 - витрата на входi у змiшувач дизельного палива,
кк - зведений коефiцiент податливостi мапст-
ралi,
Ww3 - об'ем порожнини ввд дроселя до змiшу-
вача.
Тиск на дшянщ ввд дроселя до змшувача в лшп бiодизельного палива:
n Qd' — Qzm' Гл 0Ч
= К - W- ( )
Кк • WW4
де Qd' - витрата палива через дросель бюди-зельного пального,
Qzm' - витрата на входi у змiшувач бюдизель-ного палива,
рал^
kk - зведений коефщент податливостi мапст-Ww4 - об'ем порожнини вiд дроселя до змшу-
вача.
Тиск пiсля змiшувача в лши сумшевого па-
лива:
Qz
Qz
Qb
Щ=Г
n
Me
G4
We)
Визначаемо параметри зовнiшньоï характеристики двигуна для номшального режиму, викори-стовуючи вiдомi залежностi.
Ефективна потужшсть двигуна:
Ре ■Vh ■ П ■ i
N
30 т
(21)
дв
де Ре - cереднiй ефективний тиск, Vh - лiтрaж двигуна,
n - частота обертiв, i - число цилiндрiв,
Тде - тактшсть двигуна
Ефективний крутний момент двигуна:
M =
955Q-N
n
(22)
Ефективна питома витрата палива визна-чаеться з вiдомоï залежностi:
g е ='
120^G ■n■i
_Ц_
N ■т
Ne дв
(23)
де G - циклова подача палива, кг/цикл. ц
Годинна витрата палива:
g ■N
с>е е
G =-
Р _ ^czrni ^czm.2 tBwizm Q>.
= V -W ( )
Kk • WW5
де Qzm2 - витрата на входi у змiшувач бiоди-зельного палива,
Qzm1 - витрата на входi у змiшувач дизельного палива,
QBwizm - втрати радини у змiшувачi.
kk - зведений коефщент податливостi мапст-
ралi,
- об'ем порожнини вщ змiшувача до
ПНВТ.
Залежнiсть вiдкриття заслiнки дроселя вщ напруги:
Fdi = ГШ) Fd2 = f(Ui); и- = (Ущ) ; (20) Напруга залежить ввд технiко-економiчних по-казник1в двигуна, звщси:
/Ne\
(24) " 1000
Дана математична модель (1)-(24) дозволяе описати роботу удосконалено! системи живлення та змiшувaння з урахуванням ввдсоткового складу палива, пaрaметрiв та режимiв роботи машинно-тракторного агрегату.
Вона е достатньо складна для аналогичного ро-зрахунку, тому для отримання основних залежнос-тей, яш характеризують конструктивно-режимнi параметри системи були отримаш шляхом використання програмного продукту Mathcad.
Список лггератури
1. Anisimov V.F., Sereda L.P., Ryaboshapka V.B., Pyasetskii A.A. Investigation of the influence of the supply forward angle on the performance of diesel while transferring it to biodiesel, Industrial Hydraulics and Pneumatics, 2008. No. 2, pp. 101-106;
2. Demirbas A. Biodiesel: a realistic fuel alternative for diesel engines, Springer-Verlag London Limited, 2008.208 p.
3. Devianin S.N., Markov V.A., Semenov V.G. Vegetable oils and fuels based on them for diesel engines, Kh .: New word, 2007. 452 p .;
4. Grabar I.G., Kolodnitskaya R.V., Semenov V.G. Biofuels based on oils for diesel engines: monograph, Zhytomyr: ZhSTU, 2011. 152 p.
5. Gunko I.V., Burlak S.A., Piasetsky A.A. Diesel fuel delivery system with electronically controlled composition of a metered fuel mixture, Engineering, Energy, Transport of AIC, 2007. № 97, рр. 47-51.
6. Gunko I.V., Burlak S.A., Yelenich A.P. Environmental assessment of petroleum fuels and biofuels using full life cycle methodology, Bulletin of the Khmelnytsky National University, 2018. Volume 2, No. 6, P. 246-249.
7. Knothe G., Krahl J., Gerpen J. The biodiesel handbook, Champaign, Illinois : AOCS Press, 2005. p. 303.
8. Marchenko A.P, Minak A.F., Slabun I.A. Comparative evaluation of the efficiency use of vegetable fuels in a diesel engine, Internal combustion engines. 2004. No. 1, pp. 46-51.
9. Semenov V.G., Komakha V.P., Ryaboshapka V.B. Modeling of combustion process in tractor and combine diesels working on different types of fuel using the refined model II. The vibe is by approximating the experimental data. APC, Energy, Transport, 2015. No. 1, pp. 52-58.
