Использование турброкомпрессора с турбиной изменяемой геометрии для повышения экологических и экономических показателей дизеля

• Автор: Боковиков, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ДИЗЕЛЕЙ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ТУРБОНАДДУВОМ
1.1. Современное состояние и перспективы развития систем регулируемого наддува
1.2. Краткая характеристика математических моделей дизелей
1.2.1. Нуль - мерные, квази — мерные и многомерные математические модели
1.2.2. Модели с осреднёнными параметрами
1.2.3. Метод нейронных сетей
1.3. Постановка задач исследования
1.4. Выводы по главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИЗЕЛЯ С
ТУРБОКОМПРЕССОРОМ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ ТУРБИНЫ
2.1. Структура и метод составления модели
2.2. Модели базовых блоков
2.3. Модель системы топливоподачи
2.4. Модель турбокомпрессора (ТКР):
2.4.1. Анализ методов представления характеристик турбокомпрессора
2.4.1. Методика представления характеристик ТКР в модели дизеля с ТКР с изменяемой геометрией турбины
2.5. Расчёт параметров в камере сгорания
2.6. Модель впускного трубопровода с охладителем наддувочного воздуха
2.7. Модель выпускного трубопровода
2.8. Модель системы рециркуляции отработавших газов
2.9. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.. 84 ДИЗЕЛЯ 4ЧН8/7,95 С ТКР С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ ТУРБИНЫ
3.1. Экспериментальная установка
3.2. Результаты эксперимента
3.3. Повышение экономических и экологических показателей дизеля
путём оптимизации давления наддувочного воздуха
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ НАДДУВА ДИЗЕЛЯ С ТКР С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ ТУРБИНЫ
4.1. Структура системы управления давлением наддува
4.2. Стенд полунатурного моделирования
4.3. Оптимизация динамических параметров САУ
4.3.1. Исследование статических режимов
4.3.1. Исследование динамических режимов
4.4. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ
Условные обозначения NOx, СО, СНХ, СО2 - оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды, дву-оксид углерода;
ТКР - турбокомпрессор;
БУ — блок управления;
ДППА - датчик положения педали акселератора;
МИГТ — механизм изменяемой геометрии турбины;
ОТ - отработавшие газы;
ТПГ - турбина переменной геометрии;
ТПА - топливоподающая аппаратура;
САУ — система автоматического управления;
СР — система рециркуляции отработавших газов;
ДЧВ - датчик частоты вращения дизеля;
ДДН - датчик давления наддува;
ОНВ - охладитель наддувочного воздуха;
ЭКР - электромагнитный клапан регулирования расхода;
ЭКД - электромагнитный клапан регулирования давления;
СОхл - система охлаждения;
ПЧ - поршневая часть;
ВпТ - впускной трубопровод;
ВыпТ — выпускной трубопровод;
ГИ — графический интерфейс;
ШИМ - широтно-импульсная модуляция;
Ср- удельная теплоёмкость при р= const, су— удельная теплоёмкость при V— const,
С — концентрация,
С1шс - производительность топливного насоса, ge- удельный эффективный расход топлива,
Дж/(кг-К)
Дж/(кг-К)

л/об
г/(кВт-ч)

производители используют для систем наддува турбокомпрессоры с изменяемой геометрией турбины. С одной стороны, данная система увеличивает мощность турбины при низком расходе и температуре ОГ, с другой - обеспечивает требуемую мощность турбины и максимально возможно низкое давление на входе в турбину на режимах высоких скоростей и нагрузок дизеля. Японский учёный Hiroshi Uchida в своей статье [10] говорит, что ТКР с изменяемой геометрией турбины является единственным решением, реализованным в серийном производстве, которое удовлетворяет нормам на токсичность ОГ.
Несмотря на то, что системы подвода дополнительной энергии к ротору ТКР показывают лучшие результаты, на сегодняшний день данные системы практически не используются. В будущем, вероятнее всего, будут применяться ТКР с изменяемой геометрией турбины, дополненные системой подвода дополнительной энергии к ротору ТКР. Поэтому вопрос исследования переходных режимов ТКР с изменяемой геометрией турбины является крайне актуальным.
Процесс проектирования системы управления турбонаддувом включает этапы расчётного исследования и полунатурного моделирования статических и динамических характеристик совместной работы поршневой части двигателя и турбокомпрессора на математических моделях. Важным свойством моделей является то, что они должны описывать рабочий процесс двигателя и его систем на динамических режимах. Ниже рассмотрены современные математические модели комбинированных дизелей с анализом возможности их использования для расчёта динамических режимов как в машинном, так и в реальном времени, что необходимо для полунатурного моделирования системы управления турбонаддувом.
1.2. Краткая характеристика математических моделей дизелей
Математическим моделированием динамических режимов тепловых двигателей, в том числе дизелей с турбонаддувом, и систем автоматического регулирования двигателей занимались многие отечественные и зарубежные