Улучшение динамических свойств среднеоборотного дизеля при использовании регулируемого турбонаддува

Приведены результаты расчетного исследования возможности улучшения динамических свойств дизельных двигателей при использовании регулируемого турбонаддува. В качестве объекта исследования выбран перспективный среднеоборотный дизельный двигатель 12 ЧН 26,5/31, работающий в судовых условиях. Разработана математическая модель комбинированного двигателя в составе системы комплексного адаптивного управления с каналами регулирования частоты вращения коленчатого вала и турбонаддува. Компьютерная модель реализована в программном комплексе MATLAB/Simulink. Рассмотрены расчетные переходные процессы в дизельном двигателе для двух методов регулирования турбонаддува: регистрового наддува и использования турбины с изменяемым положением лопаток направляющего аппарата. Исследовано влияние пневмокоррекции подачи топлива на динамические характеристики рассматриваемого двигателя. Выполнен анализ полученных результатов. Проведено сравнение различных вариантов регулирования системы воздухоснабжения по эффективности улучшения динамических свойств дизельных двигателей.

Литература

[1] Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 589 с.

[2] Isermann R., Sequenz H. Model-based development of combustion-engine control and optimal calibration for driving cycles: general procedure and application. IFAC-PapersOnLine, 2016, vol. 49, no. 11, pp. 633–640, doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.08.092

[3] Karagoz Y., Sadeghi M.M. Electronic control unit development and emissions evaluation for hydrogen–diesel dual-fuel engines. Adv. Mech. Eng., 2018, vol. 10, no. 18, doi: https://doi.org/10.1177%2F1687814018814076

[4] Gao J., Zhang Y., Zhang J., et al. Adaptive internal model based control of the RGF using online map learning and statistical feedback law. IEEE/ASME Trans. Mechatron., 2019, vol. 25, no. 2, pp. 1117–1128, doi: https://doi.org/10.1109/TMECH.2019.2962733

[5] Евдонин Е.С., Душкин П.В., Кузьмин А.И. Разработка и применение эмпирических моделей для оптимизации управления двигателем внутреннего сгорания. Труды НАМИ, 2020, № 4, с. 101–108, doi: https://doi.org/10.51187/0135-3152-2020-4-101-108

[6] Farraen M.A., Rutledge J., Winward E. Using a statistical machine learning tool for diesel engine air path calibration. SAE Tech. Paper, 2014, no. 2014012391, doi: https://doi.org/10.4271/2014-01-2391

[7] Zhang P., Zhang J., Li Y., et al. Nonlinear active disturbance rejection control of VGT-EGR system in diesel engines. Energies, 2020, vol. 13, no. 20, art. 5331, doi: https://doi.org/10.3390/en13205331

[8] Dasgupta S., Sarmah P., Borthakur P.P. Application of variable geometry turbine turbochargers to gasoline engines - a review. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 943, art. 012010, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/943/1/012010

[9] Feneley A., Pesyridis A., Andwari A. Variable geometry turbocharger technologies for exhaust energy recovery and boosting. A review. Renew. Sust. Energ. Rev., 2017, vol. 71. pp. 959–975, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.125

[10] Lee W., Schubert E., Li Y., et al. Overview of electric turbocharger and supercharger for downsized internal combustion engines. IEEE Trans. Transport. Electrific., 2017, vol. 3, no. 1, pp. 36–47, doi: https://doi.org/10.1109/TTE.2016.2620172

[11] Рыжов В.А. Отечественные двигатели нового поколения Д500. Новый оборонный заказ. Стратегии, 2015, № 5, с. 40–41.

[12] ABB TPR — Турбокомпрессоры. URL: https://library.e.abb.com/public/cb083e6b3aa75f80c1257a7d004628e7/ABBTC_BRO1190_TPR.pdf (дата обращения 08.04.2021).

[13] Кузнецов А.Г., Харитонов С.В. Формирование статических характеристик дизельного двигателя. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 1, с. 43–50, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2020-1-43-50

[14] Menacer B., Bouchetara M. Parametric study of the performance of a turbocharged compression ignition engine. Simulation, 2014, vol. 90, no. 12, pp. 1375–1384, doi: https://doi.org/10.1177/0037549714557046

[15] Nabi M.N., Rasul M., Gudimetla P. Modelling and simulation of performance and combustion characteristics of diesel engine. Energy Procedia, 2019, vol. 160, pp. 662–669, doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.219

[16] Kudryavtsev A.A., Kuznetsov A.G., Kharitonov S.V., et al. Numerical investigation of diesel engine characteristics during control system development. Int. J. Appl. Eng. Res., 2016, vol. 23, no. 11, pp. 11560–11565.

[17] Neumann D., Jorg C., Peschke N., et al. Real-time capable simulation of diesel combustion processes for HiL applications. Int. J. Engine Res., 2017, vol. 19, no. 2, pp. 214–229, doi: https://doi.org/10.1177%2F1468087417726226

[18] Yin J. Modeling and validation of a diesel engine with turbocharger for hardware-in-the-loop applications. Energies, 2017, vol. 10, no. 5, art 685, doi: https://doi.org/10.3390/en10050685

[19] AVL FIRE™: веб-сайт. URL: https://www.avl.com/fire (дата обращения: 08.04.2021).

[20] GT-POWER engine simulation software. gtisoft.com: веб-сайт. URL: https://www.gtisoft.com/gt-suite-applications/propulsion-systems/gt-power-engine-simulation-software (дата обращения: 08.04.2021).

[21] [Simulation and model-based design. mathworks.com: веб-сайт. URL: https://www.mathworks.com/products/simulink.html (дата обращения: 08.04.2021).