Наукові основи вибору параметрів акумуляторної паливної апаратури з електронним керуванням для високообертового дизеля

0,25

0,22

0,252

Тиск початку підйому голки, р_фо, МПа

3

3,08

2,745

Довжина трубопроводу, L_тр, мм

220

219

140,6

Внутрішній діаметр паливопровода, d_тр, мм

1,5

1,52

2,0

При вирішенні оптимізаційної задачі використано метод, запропонований Соболем І.М. і Статніковим Р.Б., в основі якого лежить сканування простору параметрів проектованого об'єкта. Для адаптації вказаного методу до вирішення задачі з пошуку оптимальних параметрів ПА запропоновано доповнити базовий метод алгоритмом послідовної оптимізації.

На прикладі ПА дизеля ДТНА у роботі проведено апробацію модернізованого метода сканування простору параметрів. У межах досліджуваної області зміна кожного параметра (стовпець «верифікований» в табл. 1) складає ± (40ч50) %. За допомогою генератора ЛП_ф - послідовності були отримані пробні точки з векторами вхідних параметрів і складені таблиці випробувань.

Для обраної гідромеханічної схеми ПА функціональними обмеженнями обрані наступні: діаметр мультиплікатора перевищує діаметр голки; прохідний перетин впускного жиклера менше прохідного перетину випускного жиклера камери керування; діаметр запірного пояска голки менше діаметра голки; внутрішній діаметр паливопровода змінюється дискретно; недопущення підупорскувань палива; обмеження швидкості переміщення голки, клапана, мультиплікатора.

При оптимізації функціональні обмеження враховані у безрозмірному вигляді на стадії формування початкових даних шляхом задавання коефіцієнтів К_і, що визначають відношення параметрів: К₁ - співвідношення діаметрів голки і мультиплікатора К₁ = d_i/d_m; К₂ - співвідношення діаметрів запірного пояска і голки К₂ = d_зап/d_i; К₃ - співвідношення площ ефективного прохідного перетину впускного і випускного жиклерів камери керування К₃ = м f_вп/ м f_вип.

Критерії якості при оптимізації обираються виходячи з вимоги забезпечення технологічності конструкції та її функціональності. У даному випадку критеріями обрані габарити спроектованого електромагніта клапана керування, максимальний тиск упорскування р_а та витрати палива на керування ПП q_z.

Для одержання набору паретівских точок на площині або у просторі, зручно, щоб критерії прагнули до мінімуму і мали безрозмірну форму, наприклад: К_р = р_ак/р_а, де р_ак - тиск палива в гідроакумуляторі; K_q = q_z/q_c, де q_c - циклова подача палива; М - масштабний коефіцієнт, що задає співвідношення розмірів попередньо обраної конструкції електромагніта. У результаті сканування з множини припустимих точок виявлено ефективні. На рис. 17 показане положення даних точок у просторі критеріїв (K_p, K_q, М). Аналіз одного варіанта (пробної точки) займає приблизно 2 хвилини на сучасному комп'ютері. Підвищити ефективність оптимізації можливо за допомогою використання алгоритму послідовної оптимізації, застосування якого зводиться до наступного. Для уточнення компромісної кривої додатково сканується простір параметрів поблизу паретівських точок. У центр нового паралелепіпеда розміщується паретівська точка, параметри якої можуть змінюватися у зменшеному діапазоні - на ± 15 %. В такому разі обсяг досліджуваної області зменшується в 10⁶ разів, тому кількість пробних точок може бути суттєво скорочена, і це зменшує витрати часу на проведення оптимізації.

Рис. 17. Компромісна поверхня у просторі критеріїв (К_р, К_q, М) (Е - компромісна крива, отримана при М = 1)

В результаті такого уточнення було отримано новий набір припустимих точок і побудовані нові компромісні криві.

Розмірам електромагніта у першій серії розрахунків відповідає масштаб М = 1. Наступним кроком оптимізації було дослідження простору параметрів при різних величинах М (0,8; 0,9; 1,2; 1,4). М = 0,8 і М = 0,9 передбачає зменшення розмірів електромагніта, а М = 1,2 і М = 1,4 - збільшення розмірів. Графічним відтворенням результатів даного дослідження є поверхня (К_р, К_q, М) на рис. 17.

При М = 1 і М = 1,2 положення та форма компромісної кривої є найкращими (полога форма забезпечує сталість результатів), а всі пробні точки виявляються ефективними.

Подальше збільшення М > 1,2 при незмінних вихідних параметрах ПА призводить до наближення компромісної кривої до вертикальної лінії, що свідчить про близькість межі працездатності ПА при оцінці за обраними критеріями якості K_p, K_q. Незначне зниження витрати палива на керування буде досягатися за рахунок різкого зниження тиску р_а. Це означає, що в такому випадку задача оптимізації виходить за рамки коректно поставленої, а критерії К_р, К_q, М перестають бути суперечливими, тому пошук компромісного варіанту неможливий. Якщо виникає необхідність пошуку оптимуму при М > 1,2, то оптимізаційну задачу варто вирішувати спочатку з новим вихідним вектором параметрів паливної апаратури. Оптимізована ПА мало чутлива до відхилень конструктивних параметрів. Так, співставлення двох варіантів ПА (рис. 18) показує можливість забезпечення упорскування при значному відхиленні величини d_кл і б_кл від оптимальних, що може відбутися внаслідок виготовлення та в період експлуатації.

На наступному етапі була визначена область ефективної роботи ПА при зміні тиску р_ак і параметрів керуючого електричного сигналу електромагніта (тривалості форсованого імпульсу ф_ф та фази утримання ф_уд, періоду між серіями електричних сигналів ф для багатостадійного упорскування). Включення цих параметрів в перелік таких, що підлягають оптимізації, є недоцільним, бо в цьому випадку отримаємо задачу з проектування керованих систем.

Рис. 18. Залежність тиску р_а від d_кл і кута б (р_ак = 100 МПа)

З метою визначення ефективності упорскування при зміні тривалості форсованого імпульсу ф_ф виконана серія розрахунків, для яких вихідними даними є параметри оптимізованої ПА, фіксоване значення р_ак = 100 МПа, а тривалість ф_ф змінювалася від 0,05 мс до 0,21 мс. При цьому максимальна сила струму в котушці електромагніта досягала значення 24 А. Для забезпечення тривалої надійної роботи електромагніта ЕГФ таке значення сили струму варто визнати максимально припустимим. Тому даний параметр можна розглядати як функціональне обмеження. На рис. 19 показані результати розрахунків переміщення клапана і голки при зміні ф_ф. Повне переміщення клапана керування форсунки забезпечується при ф_ф > 0,17 мс. У діапазоні зміни ф_ф від 0,15 до 0,19 мс робота форсунки характеризується повним переміщенням голки. Подальше зростання ф_ф викликає зменшення переміщення голки, що пов'язане з явищем відскоку клапана керування від упора-обмежувача ходу. Описаний характер переміщення клапана і голки пояснює форми кривих характеристик зміни витрати палива на керування та циклову подачу залежно від тривалості форсованого імпульсу ф_ф.

Рис. 19. Переміщення клапана і голки залежно від ф_ф (р_ак = 100 МПа)

За результатами розрахунків можна зробити висновок, що для оптимізованої ПА упорскування палива забезпечується при тривалості форсованого імпульсу 0,09-0,21 мс.

Залежність циклової подачі палива від тривалості ф_ф для ПА визначена при фіксованому значенні часу утримання ф_ут (рис. 20). Величина ф_ф у вхідних даних змінюється в межах від 0,15 до 0,45 мс. На режимі холостого ходу двигуна, коли тиск р_ак не перевищує 30 МПа, упорскування палива забезпечується додаванням до форсованого імпульсу фази утримання тривалістю не менш ф_ут = 0,2 мс.

Рис. 20. Залежність циклової подачі qц від тиску рак та тривалості форсованого імпульсу фф

У розділі представлено результати вибору параметрів паливного насоса високого тиску для акумулятороної ПА дизеля ДТНА. Для досліджуваного насоса прийнята рядна схема компонування. При цьому забезпечується рівномірність подачі й моменту в приводі ПНВТ, зручне компонування на дизелі, а також можливість використання існуючого вітчизняного обладнання при впровадженні у виробництво. Обрано кількість насосних секцій, діаметр і максимальне переміщення плунжерів, що забезпечує необхідний рівень тиску р_ак при заданій витраті крізь форсунки.

Для проведення вибору параметрів насоса в роботі використана модель, яка є складовою частиною математичної моделі процесу паливоподачі.

При математичному моделюванні процесів в ПНВТ прийнято ряд припущень. Паливо нагнітається через трубопровід в кінцевий об'єм - акумулятор, що описано аналогічно паливним каналам високого тиску як одновимірний трубопровід з заданими довжинами ділянок, внутрішнім й зовнішнім діаметрами. Задача руху палива в такому трубопроводі вирішується методом Д'Аламбера. Витрати палива з акумулятора задаються за допомогою жиклера з постійним ефективним прохіднім перерізом. Витоки палива крізь зазори у плунжерних парах не враховуються. У моделі складено рівняння об'ємного балансу для надплунжерної порожнини, з урахуванням стисливості палива і є аналогічним рівнянню (2). Рівняння руху плунжерів, клапанів аналогічні рівнянням, що традиційно використовують для моделювання переміщення елементів паливної апаратури.

Критеріями при обранні числа насосних секцій є амплітуда коливань тиску у паливному акумуляторі Др_ак та зміна крутного моменту М_кр на валу ПНВТ. Результат моделювання при р_ак = 100 МПа показав, що коливання Др_ак складають 6-7 МПа при обранні трьох насосних секцій. Використання ПНВТ з однією насосною секцією призводить до зростання Др_ак до 51 МПа. Аналіз отриманих результатів розрахункового дослідження дозволяє зробити висновок про доцільність застосування трьох насосних секцій ПНВТ.

Після вибору схеми й кількості насосних секцій ПНВТ, задача підвищення ефективності використання насоса розв'язується шляхом визначення діаметра і ходу плунжера, що забезпечують найнижчі витрати потужності на привід насоса при заданих величинах тиску р_ак й витрати палива. Попередні розрахунки показали, що діаметр плунжера d_пл слід шукати в діапазоні 6-9 мм. Максимальний хід плунжера слід обирати з діапазону 5,5-7,5 мм. З використанням сіток Соболя І.М. отримані вектори 64 пробних точок у прийнятій площині двох параметрів - діаметра й максимального переміщення плунжера.

При обраному способі регулювання, коли р_ак встановлюється регулювальним скиданням палива з акумулятора, подача ПНВТ повинна бути більшою, ніж витрати палива через форсунки. Така умова записується наступним чином: де Q_ПНВТ -подача ПНВТ (м³/цикл); n_ПНВТ - частота обертання вала насоса; i_ф - кількість форсунок. У безрозмірній формі, дану умову можна записати у вигляді: В такому разі ефективними слід вважати параметри ПНВТ, які забезпечують мінімальне значення Kr. При розв'язанні даної задачі витрати потужності визначені за допомогою безрозмірного критерію Kn, величина якого для зафіксованого режиму роботи дизеля складає де N_ПНВТ - потужність, що витрачається на привід насоса; N_e - ефективна потужність дизеля. Очевидно, необхідно мінімізувати Kr й Kn. В такому разі необхідно шукати компроміс.

Рис. 21. Розподіл ефективних точок в площині критеріїв Kn і Kr ПНВТ: А - компромісна крива; В, С - межі компромісної кривої

На рис. 21 показано положення ефективних точок в площині критеріїв (Kr, Kn). В кожній з цих точок ефективність роботи ПНВТ згідно критеріїв (Kr = 0,23-0,75; Kn = 0,024-0,083) значно покращується порівняно з точкою 1 (Kr = 0,79; K_q = 0,3), що відповідає вихідному набору параметрів ПНВТ. З вказаних точок, що знаходяться на компромісній кривій, можна виділити точку 13, в якій параметри приймають значення d_пл = 7,783 мм и k_h = 1,004. Потужність на привід ПНВТ дорівнює 2,73 кВт, подача насоса перевищує витрати через форсунки в 1,23 рази, а тиск р_ак згідно прийнятих умов чисельного експерименту досягає максимального значення 117 МПа.

На відміну від ПНВТ ПА безпосередньої дії з механічним регулятором, у насосі для акумуляторної ПА переміщення плунжерів забезпечується обертанням ексцентрика, встановленого на валу насоса на голкових підшипниках. Насосні секції мають дезаксаж, що дозволяє знизити момент, що перекошує плунжер у втулці.

Експериментально визначено, що час з початку запуску двигуна (р_ак = 0) до виходу на рівень р_ак на режимі холостого ходу складає 1,84±0,15 с.

Регулювання продуктивності ПНВТ й тиску в акумуляторі р_ак відбувається зміною початку активного ходу плунжера насоса та за допомогою електромагнітного клапана, встановленого в акумуляторі. Такий комбінований спосіб дозволяє знизити витрати потужності на привід ПНВТ. На характеристичній карті (рис. 22) показано, що отримати максимальну для даного ПНВТ величину р_ак = 120 МПа можливо тільки при максимальній продуктивності насоса (h_р = 14 мм). У випадку р_ак < 60 МПа доцільно знизити продуктивність шляхом зміни величини h_р положення рейки насоса і, тим самим, зменшити витрати потужності на привід ПНВТ.

Рис. 22. Характеристична карта ПНВТ: hр - положення рейки насоса; скважність - відносна тривалість сигналу на електромагніт регулятора тиску рак

У шостому розділі описані проведені здобувачем дослідження з визначення ефективності використання акумуляторної ПА з обраними параметрами для організації упорскування палива у камеру згоряння високообертового одноциліндрового дизеля 1ДТНА (1Ч8,8/8,2) КП ХКБД. Особливостями конструкції дизеля 1ДТНА є: чотириклапанна головка циліндрів з двома впускними та двома випускними клапанами; центральне положення форсунки, що спрощує задачу забезпечення ефективного упорскування у нерозділену камеру згоряння. Привід ПНВТ забезпечується відбором потужності з колінчастого вала двигуна. Під час досліджень визначались тиск у циліндрі дизеля (датчик AVL 8QP505cs), тиск палива перед форсункою (датчик Т6000) та інші параметри за допомогою штатних датчиків мікропроцесорної системи керування, що використовує контролер М269-3 ОАО «КАСКОД-ЕЛЕКТРО» (м. Санкт-Петербург). Додатково під час випробувань визначався рівень шуму (згідно ГОСТ 12.1.026-80). Розроблений здобувачем спільно із співробітниками НВФ «Елон-ТТ», НТУ «ХПІ», КП ХКБД алгоритм електронного керування дизелем дозволив дослідити вплив одностадійної та двостадійної ПП, тиску упорскування на час пуску, паливну економічність, шум двигуна.

Спроможність за допомогою акумуляторної ПА змінювати характеристику тепловиділення показано на рис. 23. В усіх розглянутих випадках згоряння завершується через 50 град. п.к.в. після ВМТ. Найбільш раціональним з точки зору витрати палива і зниження шуму (рис. 24) є варіант, що відповідає кривій 1 (рис. 23). Цьому варіанту відповідають наступні параметри керуючого сигналу: проміжок між попередньою і основною подачею Д_1-2 = 16 град. п.к.в; кут подачі основної порції палива И₂ = 1 град. п.к.в. після ВМТ. Підвищення тиску упорскування при двостадійній ПП дозволило залишити витрати палива на вказаних режимах на рівні витрат дизеля з ПС безпосередньої дії та одностадійним упорскуванням. Одночасно використання двостадійної ПП (доля пілотної порції - 30 %) сприяло зменшенню часу холодного пуску двигуна, що, в ідентичних умовах, порівняно з часом пуску дизеля 1ДТНА2 з одностадійною електронною ПП, скоротився на 25 %.

Випробування показали, що питома індикаторна витрата палива дизеля 1ДТНА2 під час використання акумуляторної ПА зменшується на 3-10 %. Такі результати пояснюються скороченням тривалості паливоподачі внаслідок більш інтенсивного зростання тиску упорскування р_а (рис. 25). А також швидким завершенням паливоподачі в акумуляторній ПА, чого в ПА безпосередньої дії добитися складно. На початковій ділянці упорскування швидкість зростання тиску dp_а/dц в акумуляторній ПА складає 20 МПа/град. п.к.в., що в 4,5 рази більше даного показника в ПА безпосередньої дії. Показані на рис. 25 криві зміни тиску р_а, отримані під час віпробування ПА на безмоторному стенді свідчать, що при ідентичній цикловій подачі та максимальному тиску р_а = 100 МПа тривалість упорскування в ПА безпосередньої дії дорівнює 25 град. п.к.в., а в акумуляторній ПА - 18 град. п.к.в.

Рис. 23. Диференційне тепловиділення на режимі холостого ходу (n_кв = 1000 хв-¹, р_ак = 40 МПа): 1 - Д_1-2 = 16 град. п.к.в, И₂ = 1 град. п.к.в. після ВМТ; 2 - Д_1-2 = 20 град. п.к.в., И₂ = 8 град. п.к.в. після ВМТ; 3 - Д_1-2 = 20 град. п.к.в., И₂ = 2 град. п.к.в. до ВМТ

Рис. 24. Зміна шуму при одностадійному (1) і двостадійному (2) впорскуванні на режимі холостого ходу

Рис. 25. Зміна тиску р_а на режимі (q_ц = 50 мм³, n_кв = 3000 хв-¹)

Висновки

У дисертаційній роботі поставлена і вирішена проблема вибору параметрів акумуляторної паливної апаратури з електронним керуванням для високообертового дизеля, яка забезпечує гнучке керування параметрами паливоподачі. Рішення даної проблеми сприятиме підвищенню економічних і екологічних показників роботи високообертового дизеля.

У дисертаційному дослідженні отримані наступні основні результати:

1. Запропонована методологія вибору параметрів акумуляторної паливної апаратури, що включає чотири етапи:

- на першому етапі розраховуються характеристики паливоподачі з параметрами паливної апаратури, обраними за прототипами, характеристики співставляються з даними експериментального дослідження паливної апаратури на безмоторних стендах, що дозволяє уточнити значення конструктивних і регулювальних параметрів апаратури та емпіричних коефіцієнтів;

- на другому етапі в ході розрахунково-експериментального дослідження проводиться аналіз впливу параметрів на характеристики паливоподачі, визначаються межі зміни параметрів паливної апаратури, функціональні обмеження, критерії якості;

- на третьому етапі відбувається пошук оптимальних параметрів елементів акумуляторної апаратури (форсунки, ПНВТ, паливного акумулятора);

- четвертий етап включає безмоторні та моторні випробування акумуляторної паливної апаратури і дозволяє визначити можливість гнучкого керування процесом паливоподачі у високообертовому дизелі, що забезпечується використанням акумуляторної паливної апаратури з обраними за представленою методологією параметрами.

2. Для розрахунку характеристик упорскування створена математична модель процесу паливоподачі, яка базується на відомих методах моделювання хвильових процесів у гідравлічній частині паливної апаратури, яка відрізняється тим, що:

- при моделюванні враховано зміну пружно-деформованого стану елементів форсунки в процесі паливоподачі, враховано інерційність палива при переміщенні елементів керування, а також сили, що виникають при витисканні палива з малих зазорів і співударяння елементів;

- методика розрахунку магнітного ланцюга швидкодіючого електромагніта клапанного типу доповнена низкою уточнень. Зокрема, врахована неоднорідність магнітного ланцюга, а також магнітний гістерезис й струм Фуко в якорі, вплив потоків розсіювання і магнітне насичення ланцюга.

3. Для уточнення конструктивних і регулювальних параметрів паливної апаратури розроблено метод верифікації, який дозволяє врахувати похибки визначення вихідних даних об'єкта, що моделюється, і похибки експериментально визначених критеріїв адекватності. Верифікація показала, що за обраними критеріями адекватності - цикловій подачі, тиску упорскування, витраті на керування форсункою, деформації мультиплікатора, швидкості переміщення голки і клапана керування похибка моделювання не перевищує 3,5 %.

4. За допомогою математичного та фізичного моделювання досліджені явища, що відбуваються в період паливоподачі в електрогідравлічних форсунках, які оснащені електромагнітним клапаном. А саме - деформація рухомих деталей, співударяння деталей, поширення хвиль тиску, намагнічування-розмагнічування. Визначені параметри, які найбільше впливають на хід даних явищ (діаметр і хід клапана керування, сила попередньої деформації пружини клапана, кут сідла клапана, перетини впускного і відсічного жиклерів камери керування, діаметр і довжина мультиплікатора, діаметр запірного пояска, тиск початку переміщення і хід голки розпилювача, довжина і внутрішній діаметр трубопроводу). Запропоновані рекомендації щодо вибору значень цих параметрів.

5. Запропоновані та обгрунтовані нові додаткові критерії для оцінки якості акумуляторної паливної апаратури: критерій продуктивності та критерій витрати потужності на привід паливного насоса високого тиску. Використання цих критеріїв при пошуку оптимальних параметрів паливної апаратури дозволило досягти величини витрати енергії на створення та підтримку заданого тиску в паливному акумуляторі 2,73 кВт при забезпеченні паливоподачі у чотири циліндри під тиском 120 МПа на режимі номінальної потужності високообертового дизеля.

6. Сформульовані вимоги до керуючого пристрою електрогідравлічної форсунки, а також запропоновані шляхи досягнення цих вимог:

- для швидкодіючого електромагніта клапанного типу магніторушійна сила повинна бути не менш 70 Н при початковому зазорі між якорем і магнітопроводом 0,15 мм, швидкість переміщення якоря більш 0,2 м/с;

- запропоновано для виготовлення магнітопроводу використати магнітодиелектрик. Складовими частинами магнітопроводу є в заданих пропорціях магнітом'який, магнітотвердий матеріали і ізолятор;

- обґрунтована можливість створення привода електрогідравлічної форсунки з використанням явища магнітострикції, що проявляється в інтерметалічному з'єднанні Терфенол-Д. Розроблена технологія отримання привода з використанням даного матеріалу. В результаті отримані дослідні зразки приводу довжиною 30 мм, що забезпечують переміщення 0,015 мм.

7. Використання розроблених методик проведення експериментальних досліджень акумуляторної паливної апаратури на безмоторних стендах дозволило отримати для мікропроцесорної системи керування високообертовим дизелем уточнені характристичні карти, що визначають залежність циклової подачі від частоти обертання валу ПНВТ, тиску у паливному акумуляторі, параметрів керуючого електричного сигнала - тривалості імпульсу та струму в котушці електромагніта.

8. На етапі вибору оптимальних параметрів акумуляторної паливної системи використано метод дослідження простору параметрів Соболя І.М. и Статнікова Р.Б. В результаті для акумуляторної паливної апаратури дизеля 1ДТНА2 визначені конструктивні і регулювальні параметри, які дозволяють організувати одностадійну або двостадійну паливоподачу при тиску до 120 МПа з мінімальною відстанню між стадіями 0,2 мс.

9. У ході моторних випробувань одноциліндрового дизеля 1ДТНА2 з акумуляторною паливною апаратурою КП ХКБД визначено, що:

- паливна апаратура з обраними параметрами забезпечує мінімальну подачу палива до циліндра високообертового дизеля у кількості 1,5 мм³ при тиску у паливному акумуляторі 50 МПа і вище та 3 мм³ при тиску від 25 до 50 МПа, що дозволяє при необхідності використовувати двостадійну паливоподачу на всіх режимах роботи дизеля;

- при організації двостадійної паливоподачі знижено шум робочого процесу дизеля 1ДТНА2 на режимах холостого ходу на 4 дБ.

10. Результати впроваджені:

- у КП ХКБД при створенні акумуляторної паливної апаратури першого вітчизняного високообертового дизеля з електронним керуванням упорскування;

- у ННЦ «ХФТІ» НАН України при створенні електромагнітів для приводу клапанів керування електрогідравлічної форсунки;

- НВФ «Елон-ТТ» при розробці мікропроцесорної системи керування високообертового дизеля;

- у навчальний процес кафедри ДВЗ ХНАДУ при підготовці студентів зі спеціальності 050503 - машинобудування, професійний напрямок - двигуни внутрішнього згоряння.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Врублевский А.Н. Научные основы создания аккумуляторной топливной системы для быстроходного дизеля: моногр. / А.Н.Врублевский. - Харьков: изд-во ХНАДУ, 2010. - 216 с.

2. Врублевский А.Н. Выбор схемы и оптимизация параметров аккумулирующей топливной аппаратуры свободно поршневого двигателя / А.Л. Григорьев, А.Н. Врублевский // Вісник Національного технічного універвитету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2004. - № 12. - С. 127-132. Здобувачем проведено оптимізацію параметрів ПА.

3. Врублевский А.Н. Повышение эколого-экономических показателей автомобильного дизеля путем модификации процесса впрыскивания топлива / Ф.И. Абрамчук, А.Н. Врублевский, А.В. Денисов // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2005. - Вип. 16. - С. 303-305. Здобувачем виконано аналіз шляхів підвищення еколого-економічних показників дизеля.

4. Врублевский А.Н. К обоснованию выбора управляющего устройства форсунки дизеля / А.Н. Врублевский, А.И. Воронков, А.В. Денисов // Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету. - Харків: ХНАДУ, 2005. - Вип. 30. - С. 133-135. Здобувачем запропоновано використання магнітостриктора для керування упорскування.

5. Врублевский А.Н. Разработка форсунки с магнитострикционным управлением / А.Н. Врублевский // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2005. - Вип. 17. - С. 45-48.

6. Врублевский А.Н. Повышение давления впрыскивания в топливной системе высокооборотного дизеля при помощи МИД / А.Н. Врублевский, А.В. Денисов, А.Л. Григорьев, А.В. Грицюк, Г.А. Щербаков // Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету. - Харків: ХНАДУ, 2006. - Вип. 32. - С. 50-54. Здобувачем виконані розрахунки паливоподачі.

7. Врублевский А.Н. Разработка магнитострикционного привода для интеллектуальной дизельной форсунки / А.Н. Врублевский, А.М. Бовда, А.В. Денисов // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2006. - №2. - С. 47-50. Здобувачем запропоновано використання явища магнітострикції для керування процесом паливоподачі. Розроблена методика і отримані дослідні зразки магнітострикторів.

8. Врублевский А.Н. Сравнительная оценка норм на дизельное топливо стран СНГ и Евросоюза / А.Н. Врублевский // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2006. - Вип. 18. - С. 114-115.

9. Врублевський О.М. Визначення закону керування електрогідравлічної форсунки / О.М. Врублевський, Є.Ю. Зенкін, Д.Ю. Бородін, В.В. Герасименко // Науковий вісник будівництва. - Харків: Харк. держ. техн. ун-т будівн. та арх-ри, 2006. - Вип. 39.- С. 300-306. Здобувачем запропоновано алгоритми керування форсункою в залежності від режиму роботи дизеля.

10. Врублевский А.Н. Математическая модель быстродействующего электромагнита для топливной системы ДВС / А.Н. Врублевский, А.Л. Григорьев, А.М. Бовда // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2006. - Вип. 19. - С. 138-143. Здобувачем розроблено математичну модель і методику розрахунку швидкодіючого електромагніта електрогідравлічної форсунки.

11. Врублевский А.Н. Особенности выбора параметров электромагнита для топливной системы COMMON RAIL / А.Н. Врублевский, А.Л. Григорьев,
А.В. Денисов // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2007. - Вип. 20. - С. 75-80. Здобувачем запропоновано математичну модель електромагніту паливної системи та проведені розрахунки.

12. Врублевский А.Н. Особенности математического моделирования гидромеханических процессов ЭГФ / А.Н. Врублевский, А.Л. Григорьев, А.В. Грицюк, А.В. Денисов, Г.А. Щербаков // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. - №1. - С. 44 - 52. Здобувачем запропоновано підхід, що заключається у сумісному моделюванні гідродинамічних процесів, електромагнітних процесів, явищ у схемі керування акумуляторної ПА.

13. Врублевский А.Н. Датчик для регистрации перемещения мультипликатора электрогидравлической форсунки / А.Н. Врублевский, В.И. Вахрушев, А.И. Воронков, А.В. Денисов // Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету. - Харків: ХНАДУ, 2007. - Вип. 38. - С. 321-326. Здобувачем запропоновано метод вимірювання переміщення мультиплікатора, виконана оцінка достовірності вимірювання.

14. Врублевский А.Н. Результаты безмоторных испытаний форсунки для двухфазного впрыскивания топлива / А.Н. Врублевский, А.В. Грицюк, Г.А. Щербаков, А.В. Денисов, С.Б. Сафонов // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. - №2. - С. 43-47. Здобувачем розроблено методику проведення випробування, виконано обробку результатів випробувань.

15. Врублевский А.Н. Использование параметрической системы T-Flex Cad при проектировании топливной системы ДВС / А.Н. Врублевский, А.Д. Бирина, И.А. Перевозник // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харків, 2007. - Вип. 20. - С.116-121. Здобувачем створено тривимірні параметричні моделі форсунок.

16. Врублевский А.Н. Принципы организации впрыскивания топлива при помощи электрогидравлической форсунки / А.Н. Врублевский, Ф.И. Абрамчук, Е.Ю. Зенкин // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2007. - Вип. 21. - С. 119-124. Здобувачем проведені розрахунки, надані рекомендації щодо організації упорскування палива за допомогою електрогідравлічної форсунки.

17. Врублевский А.Н. Математическая модель движения элементов и течения топлива в полостях низкого давления электрогидравлической форсунки / А.Н. Врублевский // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2007. - Вип. 22. - С. 109-117.

18. Врублевский А.Н. Результаты безмоторных испытаний дизельной электрогидравлической форсунки / А.В. Грицюк, Г.А. Щербаков, А.Н. Врублевский, А.В. Денисов // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. - №2. - С. 91-97. Здобувачем розроблено методику проведення випробування, проведено обробку результатів випробування.

19. Врублевский А.Н. Многокритериальный синтез топливной системы с электронным управлением впрыскивания / А.Н. Врублевский, А.Л. Григорьев, А.В. Денисов // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. - №1. - С. 91-98. Здобувачем розроблено метод багатокритеріальної оптимізації ПА з електронним керуванням.

20. Врублевский А.Н. Разработка и исследование свойств магнитострикционного актюатора Терфенолопласт / А.Н. Врублевский, А.И. Воронков, А.М. Бовда // Вісник Харківського національного автомобульно-дорожнього університету. - Харків: ХНАДУ, 2008. - Вип. 42. - С. 36-38. Здобувачем досліджені дослідні зразки актюаторів.

21. Врублевский А.Н. Метод многокритериальной идентификации математической модели топливной системы / А.Н. Врублевский // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2008. - Вип. 23. - С. 95-99.

22. Врублевский А.Н. Исследование влияния утечек топлива в электрогидравлической форсунке на параметры впрыскивания / А.Н. Врублевский // Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2009. - №2. - С. 43-47.

23. Врублевский А.Н. Датчик для измерения перемещения электромагнитного клапана электрогидравлической форсунки / А.Н. Врублевский // Автомобільний транспорт. - Харків: ХНАДУ, 2009. - Вип. 24. - С. 109-117.

24. Врублевский А.Н. Этапы эволюции топливоподающей аппаратуры отечественного высокооборотного малолитражного дизеля / С.А. Алехин, А.Н. Врублевский, А.В. Грицюк, Г.А. Щербаков // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Харків: НАКУ «ХАІ», 2009. Вип. 9/66. - С. 131-135. Здобувачем виконані розрахункові та експериментальні дослідження зразків паливної апаратури високообертового дизеля серії ДТ.

25. Врублевский А.Н. Результаты испытаний новых материалов для электромагнитов системы топливоподачи дизеля / А.Н. Врублевский, А.В. Грицюк, А.И. Воронков, А.М. Бовда // Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету. - Харків: ХНАДУ, 2009. - Вип. 46. - С. 126-130. Здобувачем сформульовані вимоги до електромагнітів системи паливоподачі. Розроблена методика випробування дослідних зразків електромагнітів.

26. Врублевский А.Н. Перспективы развития топливной аппаратуры для высокооборотного отечественного дизеля / А.Н. Врублевский, А.В. Денисов // Сучасні проблеми двигунобудування: стан, ідеї, рішення: Матеріали 1-ї всеукраїнської науково-технічної конференції.- Первомайськ, 2005. - С. 19-21. Здобувачем обґрунтовано доцільність упровадження електронного керування паливною апаратурою та вказані шляхи її реалізації.

27. Врублевский А.Н. Математическая модель для углубленного исследования динамики дизельной форсунки CR / А.Н. Врублевский, А.Л. Григорьев // 3-е Луканинские чтения Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: тезисы докладов научно-технической конф. - М: МАДИ (ГТУ), 2007. - С. 34-37. Здобувачем запропонована математична модель процесів, що відбуваються в електрогідравлічній форсунці.

28. Врублевский А.Н. Математичекое и физическое моделирование работы аккумулирующей топливной аппаратуры дизеля / А.Н. Врублевский, А.В. Денисов // Сучасні проблеми двигунобудування: стан, ідеї, рішення: Матеріали 2-ї всеукраїнської науково-технічної конференції. - Первомайськ, 2007. - С. 41-45. Здобувачем розроблені методики математичного і фізичного моделювання роботи акумуляторної паливної апаратури. Проаналізовано результати моделювання.

29. Врублевский А.Н. Результаты разработок топливоподающей аппаратуры для высокооборотного дизеля / А.В. Грицюк, А.Н. Врублевский, А.В. Денисов // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы XI междунар. науч.-практ. конф. - Владимир: ВлГУ, 2008, - С. 112-118. Здобувачем проведено дослідження акумуляторної ПА.

30. Врублевский А.Н. Решение задачи поиска оптимальных параметров дизельной топливной аппаратуры / А.Н. Врублевский, Ф.И. Абрамчук, А.В. Денисов // 4-е Луканинские чтения Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: Тезисы докладов научно-технической конф. - М: МАДИ (ГТУ), 2009. - С. 32-34. Здобувачем запропоновано метод пошуку оптимальних параметрів паливної апаратури.

31. Врублевский А.Н. Анализ расхода топлива по прецизионным зазорам электрогидравлической форсунки / А.Н. Врублевский // Сучасні проблеми двигунобудування: стан, ідеї, рішення: Матеріали 3-ї всеукраїнської науково-технічної конференції. - Первомайськ, 2009. - С. 22-24.

Анотації

Врублевський О.М. Наукові основи вибору параметрів акумуляторної паливної апаратури з електронним керуванням для високообертового дизеля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 - двигуни та енергетичні установки. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, 2010.

Дисертація присвячена проблемі створення акумуляторної паливної апаратури високообертового дизеля. Розроблений комплекс розрахунково-експериментальних методів динамічного аналізу та оптимізаційного синтезу акумуляторної паливної апаратури з електрогідравлічною форсункою, що дозволяє прискорити створення принципово нових зразків паливної апаратури і впровадити електронне керування високообертовим дизелем, що забезпечить істотну економію палива, зменшення шкідливих викидів з відпрацьованими газами, зменшення шуму роботи двигуна на режимах холостого ходу.

Наведені результати застосування розроблених методів при створенні першої вітчизняної акумуляторної паливної апаратури, за допомогою якої здійснено гнучку зміну характеристики паливоподачі, підвищення тиску упорскування до 120 МПа, стабільне упорскування порцій палива від 1,5 до 55 мм³.

Ключові слова: високообертовий дизель, процес паливоподачі, акумуляторна паливна апаратура, методологія вибору параметрів, математичне моделювання гідродинамічних і електродинамічних процесів, верифікація математичної моделі, оптимізація параметрів, магнітострикція.

Врублевский А.Н. Научные основы выбора параметров аккумуляторной топливной аппаратуры с электронным управлением для высокооборотного дизеля. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.03 - двигатели и энергетические установки. - Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков, 2010.

В диссертационной работе поставлена и решена научно-техническая проблема, связанная с разработкой научных основ выбора параметров аккумуляторной топливной аппаратуры с электронным управлением для высокооборотного дизеля на базе использования созданных математических моделей, современных экспериментальных методов, метода многопараметрической многокритериальной оптимизации. Это позволило внедрить топливную аппаратуру, которая обеспечивает гибкое управление параметрами топливоподачи, необходимое для каждого режима работы дизеля.

Решение данной проблемы имеет важное для двигателестроения значение, так как позволит повысить экологические и экономические показатели высокооборотного дизеля.

В диссертационном исследовании предложена методология выбора параметров аккумуляторной топливной аппаратуры, включающая четыре этапа. На первом этапе рассчитываются характеристики ТП с параметрами ТА, выбранной по прототипам. На втором этапе в ходе расчетно-экспериментального исследования проводится анализ влияния параметров на характеристики ТП. На третьем этапе происходит поиск оптимальных параметров элементов аккумуляторной аппаратуры (форсунки, ТНВД, топливного аккумулятора). Четвертый этап позволяет определить возможность гибкого управления процессом ТП в ВОД, который обеспечивается при использовании аккумуляторной ТА с выбранными параметрами.

Для расчета характеристик впрыскивания создана математическая модель процесса топливоподачи, которая отличается тем, что при моделировании учтено изменение напряженно-деформируемого состояния элементов форсунки в процессе топливоподачи, учтена инерционность топлива при перемещении элементов управления, учтены силы, возникающие при вытеснении топлива из малых зазоров и соударении элементов. Методика расчёта магнитной цепи быстродействующего электромагнита клапанного типа дополнена рядом уточнений. В частности, учтена неоднородность магнитной цепи, а также магнитный гистерезис и токи Фуко в якоре, влияние потоков рассеивания и магнитное насыщение цепи.

Для уточнения конструктивных и регулировочных параметров ТА разработан метод верификации, позволяющий учесть ошибки определения исходных данных моделируемого объекта и ошибки экспериментально определенных критериев адекватности.

С помощью математического и физического моделирования исследованы явления, происходящие в период ТП в электрогидравлических форсунках Bosch и КП ХКБД, оснащенных электромагнитным клапаном. А именно - деформация подвижных деталей, соударение деталей, распространение волн давления, намагничивание-размагничивание. Определены параметры, которые в наибольшей мере влияют на ход указанных явлений.

Предложены и обоснованы новые дополнительные критерии для оценки качества аккумуляторной топливной аппаратуры: критерий производительности и критерий расхода мощности на привод ТНВД.

Сформулированы требования, предъявляемые к управляющему устройству электрогидравлической форсунки, а также предложены пути достижения данных требований. Предложено для изготовления магнитопровода использовать магнитодиэлектрик. Составными частями магнитопровода являются в заданных пропорциях магнитомягкий, матнитотвердый материалы и изолятор. Обоснована возможность создания привода электрогидравлической форсунки с использованием явления магнитострикции, проявляющемся в интерметаллическом соединении Терфенол-Д.

На этапе выбора оптимальных параметров аккумуляторной ТА использован метод исследования пространства параметров Соболя И.М. и Статникова Р.Б. В результате для аккумуляторной ТА дизеля 1ДТНА2 определены конструктивные и регулировочные параметры, позволяющие организовать одностадийную или двухстадийную ТП при давлении до 120 МПа с минимальным расстоянием между стадиями 0,2 мс.

В ходе моторных испытаний одноцилиндрового дизеля 1ДТНА2 с аккумуляторной ТА КП ХКБД определено, что топливная аппаратура с выбранными параметрами обеспечивает минимальную подачу топлива в цилиндр высокооборотного дизеля в количестве 1,5 мм³ при давлении в топливном аккумуляторе 50 МПа и выше и 3 мм³ при давлении от 25 до 50 МПа, что позволяет при необходимости использовать двухстадийную топливоподачу на всех режимах работы дизеля. При организации двухстадийной ТП снижен шум рабочего процесса дизеля 1ДТНА2 на режимах холостого хода на 4 дБ.

Ключевые слова: высокооборотный дизель, процесс топливоподачи, аккумуляторная топливная аппаратура, методология выбора параметров, математическое моделирование гидродинамических и электродинамических процессов, верификация математической модели, оптимизация параметров, магнетострикция.

Vrublevsky A.M. Scientific bases of parameters choice of accumulating fuel equipment with electronic control for high-speed diesel engine. - Manuscript.

Thesis for competition of scientific degree of doctor of technical science on specialty 05.05.03 - engines and power plants. - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2010.

The thesis deals with the problem of accumulating fuel equipment development for a high-speed diesel engine. There has been developed a complex of experiment-calculated methods of dynamic analysis and optimization synthesis of accumulating fuel equipment with electro fluidic injector that allows to speed up the development of principally new models of fuel equipment and supply the electronic control of the high-speed diesel engine that will provide a considerable fuel saving, a reduction of harmful emissions with exhaust gases as well as noise reduction at engine operation in the idle running mode.

The results of elaborated methods application at the development of the first home accumulating fuel equipment that allowed to implement a flexible change of fuel supply characteristic, injection pressure increase to 120 MPa, a stable injection of fuel portions from 1,5 to 55 mm³.

Key words: high-speed diesel engine, fuel-supply process, accumulating fuel equipment, method of parameters choice, mathematical modeling of hydrodynamic and electrodynamics processes, mathematic model verification, parameters optimization, magnetostriction.

Размещено на Allbest.ru