Разработка методов и средств повышения эффективности работы дизелей на динамических режимах

Создание современных комбинированных (с турбонаддувом) поршневых двигателей внутреннего сгорания осуществляется в условиях жёстко регламентированных технических требований на показатели и характеристики двигателей, что обусловлено экологическими и экономическими проблемами. Выполнение этих требований важно для двигателей различного назначения с учётом специфики их совместного функционирования с потребителями энергии конкретного типа.

Характерными вариантами применения комбинированных дизелей, имеющими существенные отличие по условиям эксплуатации, являются работа в качестве источника энергии транспортных установок и использование в виде привода стационарных генераторов переменного тока.

Двигатели транспортных установок функционируют в широком диапазоне изменения частоты вращения вала и нагрузки как на установившихся, так и на неустановившихся режимах. К ним предъявляются наиболее строгие требования по соблюдению норм по экологическим и экономическим и показателям. Одним из наиболее сложных типов транспортных средств является энергетическая установка тепловоза, в которой режимы дизеля в значительной степени зависят от функционирования элементов развитой трансмиссии. Далее более подробно рассматриваются условия работы дизеля в составе энергетической установки тепловоза.

Основная проблема, возникающая при разработке стационарных дизель-генераторов и их систем, заключается в обеспечении жёстких требований по динамическим показателям качества переходных процессов при изменении нагрузки. В связи с этим проведено исследование неустановившихся режимов работы комбинированного дизеля в составе дизель-генератора переменного тока.

Наибольшую опасность для экологической обстановки представляют выбросы токсичных веществ с отработавшими газами автомобильного транспорта в городских условиях [1−3]. В связи с этим развитие законодательной базы по ограничению загрязнения окружающей среды интенсивно происходит, прежде всего, для автомобильных двигателей, является характерным и может служить ориентиром и для других типов транспортных двигателей.

Принятие законодательных актов в этой области происходит регулярно и повсеместно во многих странах, начиная с 1970 г. и до настоящего времени [4−7 ]. Для дизелей введены ограничения на максимально допустимые удельные массовые выбросы с отработавшими газами по оксидам азота N0*, монооксиду углерода СО, несгоревшим углеводородам СНХ, твёрдым частицам ТЧ [8−12 ]. Динамика развития ограничений на эмиссию токсичных компонентов в развитых странах (США, Японии, странах Западной Европы) свидетельствует о постоянном ужесточении принимаемых нормативных показателей [13]. В настоящее время в России введены нормы на токсичность выбросов и правила ЕЭК ООН 24−03 по ограничениям на дымность отработавших газов автомобильных дизелей.

Кроме высокотоксичных компонентов в отработавших газах двигателей содержатся и другие составляющие, среди которых, наряду с азотом, значительную часть составляет слаботоксичный диоксид углерода С02 (углекислый газ). Его содержание в атмосфере в результате работы двигателей повышается также при окислении СО. В условиях реально существующих концентраций токсичность углекислого газа невысока, он также поглощается растениями с выделением кислорода. Опасность накопления С02 в атмосфере Земли связана с явлениями парникового эффекта и глобального потепления климата [14, 15, 16, 17, 18]. Углекислый газ является одним из компонентов атмосферы, который поглощает инфракрасное излучение, отражённое от поверхности Земли, что приводит к вторичному нагреву атмосферы [15].

В 1994 г. Россия зарегистрировала Рамочную конвенцию ООН об изменении климата (РКИК), направленную на координацию усилий по сокращению антропогенных воздействий на атмосферу планеты. Страны-участницы РКИК обязались к 2000 г. сократить выброс «парниковых» газов до уровня 1990 г. В настоящее время, в период с 2008 г. по 2012 г., Россия, как участница РКИК, должна снизить выбросы углекислого газа на 6% по сравнению с уровнем 1990 г. Для достижения поставленных требований в странах Европейского Сообщества приняты правила 101 ЕЭК ООН. В России принят аналогичный ГОСТ Р41.101−99 для автомобильных двигателей. Следует ожидать распространение нормирования выбросов СОг на двигатели и других транспортных средств.

Рассмотренная законодательная база по ограничению эмиссии токсичных веществ с отработавшими газами автомобильных двигателей показывает общую картину экологических проблем в области эксплуатации двигателей и позволяет прогнозировать развитие законодательных норм и для других типов двигателей.

В России нормирование выбросов вредных веществ с отработавшими газами тепловозных дизелей проводится в соответствии с ГОСТ Р 51 249−99 [19]. Нормируемым параметром является удельный средневзвешенный выброс вредного вещества с отработавшими газами дизеля е^, выражающий количество этого вещества в граммах, приходящееся на 1 кВтч эффективной работы дизеля, совершённой им при выполнении полного испытательного цикла, имитирующего типовые условия эксплуатации.

В таблице 1 для тепловозных дизелей приведены предельно допустимые удельные средневзвешенные выбросы по оксидам азота (МОх) ерМох в приведении к N02, оксиду углерода (СО) ерСо и углеводородам (СН) ерСц в приведении к СН, 85.

Нормирование дымности отработавших газов тепловозных дизелей проводится по ГОСТ Р 51 250−99 [20]. Определение дымности осуществляется ды-момерами либо оптического, либо фильтрационного типа. При использовании дымомера оптического типа нормируются натуральный показатель ослабления потока К, м-1 (величина, обратная толщине слоя отработавших газов, проходя через который световой поток от источника света дымомера ослабляется в е раз, где е — основание натурального логарифма) и коэффициент ослабления светового потока Ы, % (часть светового потока от источника света дымомера, не достигшая приёмника света из-за поглощения, отражения и рассеяния этой.

Таблица 1.

Допустимые удельные средневзвешенные выбросы токсичных компонентов отработавших газов тепловозных дизелей.

Наименование нормируемого параметра Обозначение Норма удельных средневзвешанных выбросов.

Выпуск до 2000 г. Выпуск с 2000 г.

Удельный средневзвешанный выброс оксидов азота (1ЮХ) в приведении к N02, г/(кВт-ч) еРЫОх 18,0 12,0.

Удельный средневзвешанный выброс оксида углерода (СО), г/(кВт-ч) ерсо 6,0 3,0.

Удельный средневзвешанный выброс углеводородов (СН) в приведении к СН^б, г/(кВт-ч) ерсн 2,4 1,0 части потока отработавшими газами). При использовании дымомера фильтрационного типа нормируется дымовое число фильтра ББИ — степень потемнения фильтра, определяемая по оптическому отражению от окрашенного отработавшими газами фильтра по отношению к чистому фильтру, выраженная в условных единицах десятибалльной шкалы. В таблице 2 приведены максимально допустимые значения нормируемых показателей для некоторых значений расхода отработавших газов тепловозных дизелей.

Традиционной задачей развития двигателей является улучшение топливной экономичности, что обусловлено снижением мировых запасов нефти и повышением цен на нефтепродукты. Количество потребляемого двигателем топлива, во многом, определяет и его экологические показатели. При увеличении количества сгоревшего топлива возрастают массовые выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Началось введение в практику законодательных мероприятий по ограничению расхода топлива транспортными установками [8, 21], что способствует развитию новых методов и подходов в разработке двигателей [12, 22−29]. На благоприятных по условиям протекания рабочего процесса режимах работы транспортных дизелей удаётся достичь величины удельного эффективного расхода топлива gc = 195−205 г/(кВтч).

Одним из основных направлений обеспечения высоких требований по экологии, экономичности и динамическим показателям двигателей транспортных установок является совершенствование систем автоматического управления (САУ) [25, 26, 28, 30−41].

Возможности гидромеханических регуляторов ограничены, поэтому дальнейшее совершенствование систем управления двигателями идёт по пути использования в структуре регуляторов электронных микропроцессорных устройств [28, 31, 32, 34, 36−38, 40−42], получивших название контроллеров. Необходимость внедрения электроники не вызывает сомнений у специалистов, однако выбор конкретных путей этого внедрения не всегда носит правильный и обоснованный характер. Регуляторы с микропроцессорными контроллерами не должны просто заменить гидромеханические конструкции и устройства.

Таблица 2.

Предельно допустимые значения нормируемых показателей дымности для некоторых значений расхода отработавших газов тепловозных дизелей.

Коэффициент Дымовое число.

Нормируеослабления свефильтра, мый показатового потока приведённое к.

Расход ОГ УехЬ, тель ослабприведённый шкале дымомедм3 /с ления свек шкале дымора. фильтрацитового помера оптичеонного типа тока К, м" 1, ского типа (Ь (ЬР=405 м), усне более =0,43 м) %, не более ловных единиц, не более.

Св. 75 до 85 вкл. 1,707 52 4,0.

95 110 1,521 48 3,8.

125 140 1,348 44 3,6.

160 185 1,188 40 3,4.

210 250 1,038 36 3,2.

290 350 0,897 32 2,9.

400 500 0,764 28 2,7.

600 700 0,638 24 2,3.

900 1150 0,519 20 2,0.

1500 2000 0,405 16 1,7.

3000 0,297 12 1,3 аналоговой электроники, повторяя или дублируя их функции. С применением контроллеров системы управления двигателями должны выйти на новый, качественно более высокий уровень, на котором целью управления становится не просто стабилизация регулируемых параметров рабочего процесса (частоты вращения вала, температуры охлаждающей жидкости и др.) с ограниченной коррекцией, а комплексная автоматизация и оптимизация работы двигателя и энергетической установки в целом.

Оптимизация режимов двигателя может осуществляться по двум направлениям: первое — оптимизация установившихся режимов работы двигателя (режим определяется совокупностью скорости и нагрузки), второе — оптимизация неустановившихся режимов (процессов управления и регулирования) [36, 43]. В первом случае предусматривается установка на различных режимах таких значений управляемых параметров двигателя, при которых достигается экстремум или допустимое значение выбранного критерия оптимальности. Во втором случае определяется закон регулирования (алгоритм регулирования или структура регулятора), обеспечивающий наилучшее значение критерия оптимальности, характеризующего переходный процесс.

Оптимизация процессов управления характерна для двигателей транспортных установок, в том числе — тепловозных. Повышение качества процессов регулирования важно для дизель-генераторов, функционирующих в условиях стационарных источников переменного тока. Динамические свойства систем автоматического регулирования скорости (САРС) стационарных и тепловозных дизелей регламентирует ГОСТ 10 511–72 [44].

Среди показателей качества переходных процессов дизелей рассматриваемых типов наиболее важны следующие. Нестабильность частоты вращения V, % — размах колебаний относительной частоты вращения вала дизеля при установившемся режиме. Заброс частоты вращения ср, % - наибольшее отклонение относительной частоты вращения вала дизеля от предшествовавшего установившегося режима. Длительность переходного процесса т, с — промежуток времени от начала процесса до момента, начиная с которого отклонение частоты вращения от её нового установившегося значения не выходит за пределы зоны допустимой нестабильности.

Показатели качества переходных процессов после мгновенного сброса или наброса номинальной нагрузки для САРС дизель-генераторов переменного тока, работающих в стационарных условиях, для четырёх классов точности приведены в таблице 3.

Для тепловозных дизелей нестабильность частоты вращения V САРС при работе по номинальной регуляторной характеристике должна отвечать требованиям 3-го и 4-го классов точности в соответствии с таблицей 3. Нестабильность частоты вращения при настройках скорости менее 0,5 номинальной не должна превышать: для САРС 3-го класса точности — 2,0%, для САРС 4-го класса точности — 4,0%. Заброс частоты вращения ф после мгновенного сброса номинальной нагрузки тепловозного дизель-генератора путём выключения возбуждения не должен превышать 15%. Длительность переходного процесса т при этом не должна превышать 10 с.

Экспериментальное и теоретическое исследование неустановившихся режимов комбинированных дизелей является сложной задачей, реализация которой связана со специальной методикой проведения испытаний, составлением математических динамических моделей и разработкой систем управления. Комплекс проблем, связанных с исследованием неустановившихся режимов дизелей, в настоящее время в полной мере не решён. В связи с этим в данной работе предложены новые подходы к исследованию и разработке систем дизелей, направленные на повышение эффективности их работы на динамических режимах и основанные на расчётно-экспериментальном методе.

Универсальными критериями оптимальности являются экономичность и экологические показатели. Их оптимизация важна как на установившихся, так и на динамических режимах работы двигателя. Критериями оптимальности процессов управления могут быть также точность (минимальное отклонение параметра от заданного значения за процесс управления) и быстродействие.

Таблица 3.

Показатели качества переходных процессов САРС дизель-генераторов переменного тока.

Показатели качества Класс точности переходных процессов.

САРС 1 2 3 4.

Нестабильность частоты вращения V, % при относительной нагрузке:

— менее 25%- 0,8 1,0 1,5 3,0.

— от 25 до 100% 0,6 0,8 1,0 2,0.

Заброс частоты вращения ср, % 5,0 7,5 10,0 15,0.

Длительность переходного процесса т, с 2 3 5 10.

В системах управления дизелями для реализации процессов оптимизации создаётся два уровня управления:

— верхний уровень (собственно управление) осуществляет задание настроек контуров регулирования из условия экстремума выбранного критерия оптимальности;

— нижний уровень (регулирования) обеспечивает стабилизацию заданных верхним уровнем настроек контуров регулирования при изменении условий работы двигателя.

Поиск оптимального варианта настроек контуров регулирования может быть осуществлён на этапе предварительного исследования. В этом случае строится программная система управления, значения настроек контуров системы для различных режимов работы в виде матриц помещаются в запоминающее устройство электронного блока управления. В процессе эксплуатации двигателя они после определения режима работы извлекаются из памяти и реализуются исполнительными устройствами САУ. Недостаток программных систем управления заключается в изменении характеристик конкретных образцов двигателей, что вызывает необходимость корректировки матриц настроек с течением времени и для каждого образца двигателя.

В настоящее время получают широкое распространение адаптивные, или самонастраивающиеся САУ, осуществляющие поиск оптимальных настроек непосредственно в процессе эксплуатации установки. Применительно к двигателям адаптивный подход заключается в том, что на каждом режиме работы из первоначальных настроек контуров регулирования производится поиск экстремума критерия оптимальности путём тестовых изменений настроек.

Реализация адаптивных САУ затрудняется следующими обстоятельствами. Поисковые изменения режима работы двигателя не должны оказывать влияние на нормальную эксплуатацию энергетической установки. Критерии оптимизации должны оперативно и надёжно определяться по измеряемым параметрам рабочего процесса. В связи с этим на дизелях транспортных установок практическое применение получают, в первую очередь, программные системы управления.

Разработка двигателей и их систем до окончательного этапа экспериментальных испытаний проводится с использованием математических моделей, вид и содержание которых на каждом этапе проектирования имеют свои особенности, определяемые задачами данной стадии разработки. На начальном этапе создания самого двигателя проводится расчёт основных параметров рабочего процесса на наиболее важных установившихся режимах работы: номинальном, режиме максимального крутящего момента, режиме наилучшей экономичности. Подбирается или рассчитывается турбокомпрессор. Проводится расчёт на прочность и конструируются детали двигателя.

В современных условиях жёсткой конкуренции двигателестроительных предприятий сократились сроки выпуска новых образцов двигателей. Поэтому разработка системы управления проводится одновременно с созданием самого двигателя методами комбинированного расчётно-экспериментального исследования и проектирования. Здесь осуществляется анализ характерных динамических режимов с использованием моделей, позволяющих рассчитывать переходные процессы изменения параметров рабочего процесса двигателя во времени.

Нередко создаётся положение, когда элементы САУ, такие как электронный блок, датчики, исполнительные устройства, уже реализованы аппаратурно и конструктивно, а двигатель физически ещё не существует. В этом случае целесообразно продолжать разработку и отладку системы управления, сопрягая натурные устройства автоматики с динамической моделью двигателя, которая имитирует его функционирование в реальном времени [45−48]. Данный способ полунатурного моделирования САУ является окончательным этапом процесса проектирования системы и служит соединительным звеном с завершающим этапом экспериментальных испытаний двигателя и САУ.

Подобные подходы уже получили применение в различных отраслях промышленности, особенно — аэрокосмической и автомобильной. Инженеры из аэрокосмических и автомобильных компаний привнесли концепции быстрого полунатурного моделирования в другие отрасли, включая промышленное, медицинское и компьютерное оборудование [49−54].

Развитие этого направления является весьма перспективным для различных типов энергетических установок и их двигателей. Как показывает анализ информационных источников, средства полунатурного моделирования двигателей транспортных установок широкого назначения в настоящее время разработаны ещё не достаточно. С учётом высокой эффективности и перспектив данного направления разработки двигателей и их систем в данной работе рассматриваются вопросы создания необходимых методов и средств (динамических математических моделей, аппаратурных и программных средств) для полунатурного моделирования одного из наиболее сложных объектов управления транспортных установок — тепловозного дизеля.

Научная новизна.

По результатам экспериментального исследования отсека дизеля с имитацией неустановившихся режимов проведён анализ особенностей работы дизеля в условиях переходных процессов и дано обоснование метода разработки динамической математической модели дизеля.

Методом расчётного анализа переходных процессов дизель-генератора показаны возможности интенсификации и повышения качества процессов регулирования частоты вращения вала установки путём влияния на параметры дизеля и системы приёмистости.

На основе анализа существующих моделей двигателей и результатов экспериментального исследования отсека дизеля в условиях неустановившихся режимов предложена методика составления математической модели комбинированного дизеля и разработана математическая динамическая модель дизеля, обеспечивающая полунатурное моделирование режимов работы с требуемой точностью в реальном времени.

Режимы работы дизелей определяются характерными режимами эксплуатации энергетических установок. Для имитации работы дизеля в реальных условиях эксплуатации предложена методика составления математической модели одного из наиболее сложных для описания типов транспортных установокэнергетической установки тепловоза с переменно-постоянной схемой передачи мощности и разработана математическая динамическая модель энергетической установки тепловоза для полунатурного моделирования в реальном времени.

Предложена структура стенда полунатурного моделирования статических и динамических режимов работы энергетической установки с комбинированным дизелем в реальном времени. Разработаны технические средства стенда, алгоритмическое и программное обеспечение компьютерной части и устройства сопряжения стенда.

В результате полунатурного моделирования переходных процессов комбинированного дизеля и энергетической установки тепловоза получены результаты влияния настроек элементов САУ на показатели качества процессов управления движением тепловоза.

Разработаны предложения по повышению эффективности работы тепловозного дизеля в составе энергетической установки на установившихся и неустановившихся режимах на основе критериев качества, учитывающих экономические, экологические и динамические показатели работы Объекты исследования Объектами исследования являются комбинированный дизель, дизель-генератор переменного тока, энергетическая установка тепловоза и САУ тепловозом. Разработанные методики составления математических моделей использованы при создании динамических моделей дизеля 16ЧН26/26 дизель-генератора 7−9 ДГ и энергетической установки тепловоза 2ТЭ116, предназначенных для расчётного исследования и полунатурного моделирования в реальном времени.

Методы исследования Исследования проводились следующими методами: — методом анализа информационных источников;

— методом анализа теории рабочих процессов комбинированных дизелей, теории электрических машин, теории автоматического управления и регулирования;

— методом экспериментального исследования установившихся и неустановившихся режимов комбинированного дизеля;

— методом расчётного исследования динамических режимов комбинированного дизеля в составе дизель-генератора и энергетической установки тепловоза;

— методом полунатурного моделирования переходных процессов комбинированного дизеля в составе энергетической установки тепловоза.

Цели и задачи диссертации Целью диссертации является разработка методов и средств расчётно-экспериментального исследования комбинированных дизелей с использованием полунатурного моделирования, направленных на повышение эффективности работы дизелей на динамических режимах. Задачи диссертации:

— провести экспериментальное исследование дизеля с имитацией неустановившихся режимов с целью анализа особенностей работы дизеля в динамике и обоснования подходов к составлению его динамической математической модели;

— провести расчётное исследование способов улучшения показателей качества переходных процессов дизель-генератора;

— разработать динамическую математическую модель комбинированного дизеля для расчётного исследования и полунатурного моделирования в реальном времени динамических режимов;

— разработать динамическую математическую модель энергетической установки тепловоза, позволяющую имитировать режимы работы тепловозного дизеля в реальном времени;

— разработать стенд для полунатурного моделирования в реальном времени режимов работы комбинированного дизеля в составе энергетической установки;

— разработать программные средства для представления математической модели энергетической установки с дизелем в компьютерной части стенда и функционирования устройств сопряжения стенда;

— провести полунатурное моделирование переходных процессов комбинированного дизеля в составе энергетической установки тепловоза и проанализировать результаты моделирования;

— разработать предложения по повышению эффективности работы дизеля в составе энергетической установки тепловоза.

Достоверность научных положений Достоверность научных положений подтверждена соответствием результатов расчётного исследования и полунатурного моделирования в реальном времени установившихся и динамических режимов комбинированного дизеля и экспериментальных данных для сходственных режимов работы, полученных в условиях реальной эксплуатации энергетических установок.

Научные положения, выносимые на защиту На защиту выносятся следующие научные положения диссертации:

— анализ особенностей работы комбинированного дизеля на неустановившихся режимах по результатам экспериментального исследования с имитацией условий работы дизеля в динамике;

— методика составления математической динамической модели комбинированного дизеля для полунатурного моделирования в реальном времени и разработанная математическая динамическая модель тепловозного дизеля;

— методика составления математической динамической модели энергетической установки, имитирующая динамические режимы работы в реальном времени, и разработанная математическая динамическая модель энергетической установки тепловоза;

— методы разработки стенда полунатурного моделирования динамических режимов технических устройств в реальном времени;

— методы повышения эффективности работы комбинированного дизеля в составе дизель-генератора и энергетической установки тепловоза.

Практическая ценность результатов.

Результаты экспериментального и расчётного исследования особенностей работы комбинированного дизеля на неустановившихся режимах могут быть использованы для выбора параметров дизеля и системы приёмистости для повышения качества процессов регулирования частоты вращения вала дизель-генераторов переменного тока.

Разработанные математические динамические модели комбинированного дизеля и энергетической установки тепловоза и методы и средства полунатурного моделирования позволяют ускорить и удешевить процесс разработки, отладки и настройки элементов САУ тепловоза и других типов транспортных средств, а также заменить дорогостоящие экспериментальные испытания на полунатурные.

Область применения результатов Методы интенсификации переходных процессов дизель-генераторов, разработанные динамические модели комбинированного дизеля и энергетической установки тепловоза, стенд полунатурного моделирования могут использоваться на предприятиях, занимающихся проектированием и производством дизелей, элементов систем управления энергетических установок тепловозов, а также других типов транспортных средств и технических устройств широкого промышленного назначения.

Список публикаций По результатам диссертации опубликовано 17 научных статей, из них 14 — в журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций по данному направлению.

Апробация и внедрение результатов По результатам диссертации сделаны доклады: на Всероссийском научно-техническом семинаре по управлению энергетическими установками в МГТУ им. Н. Э. Баумана в 2007, 2008 и 2009 г.- на научно-технической конференции «3-й Луканинские чтения, решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» в МАДИ (ГТУ) в 2007 г.- на межотраслевой научнотехнической конференции «Актуальные проблемы развития поршневых ДВС» в СПбГМТУ в 2008.

Результаты диссертации внедрены в ООО «111 il I Дизельавтоматика» и ЗАО «ЮТА».

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Общий объём работы 281 страница, включая 105 рисунков, 7 таблиц.

Список литературы

содержит 176 наименований на 16 страницах. Приложение на 2 страницах содержит документы о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведённых теоретических и экспериментальных исследований разработаны методы и средства, направленные на повышение эффективности работы дизелей и качества процессов управления ими на динамических режимах. По результатам диссертационной работы сделаны следующие основные выводы.

1. В современных условиях сокращения сроков выпуска новых образцов двигателей разработка систем управления проводится одновременно с созданием самого двигателя. На этапе проектирования, когда элементы САУ уже реализованы аппаратурно и конструктивно, а двигатель физически ещё не существует, целесообразно продолжать разработку и отладку системы управления методом полунатурного моделирования, сопрягая натурные устройства автоматики с динамической компьютерной моделью двигателя, которая имитирует его функционирование в реальном времени. Полунатурное моделирование даёт возможность также экономить средства, затрачиваемые на испытания двигателей.

2. Анализ существующих математических моделей комбинированных дизелей показал, что они не отвечают требованиям моделирования в реальном времени. Для анализа особенностей работы дизелей в динамике и обоснования подхода к составлению математической динамической модели дизеля для полунатурного моделирования проведено экспериментальное исследование одноцилиндрового отсека дизеля размерности 26/26 с имитацией динамических режимов. Методика проведения эксперимента предусматривает подвод воздуха в цилиндр двигателя от постороннего источника, чем обеспечивается независимое изменение параметров рабочего процесса, соответствующее условиям неустановившимся режимам работы дизеля.

3. По результатам экспериментов составлена динамическая модель дизеля 16ЧН26/26 как привода генератора переменного тока и проведено расчётное исследование влияния на переходные процессы САУ параметров регулятора, дизеля и системы приёмистости с целью повышения качества процессов регулирования дизель-генератора.

4. Анализ характеристик дизеля в условиях работы на неустановившихся режимах показал, что при составлении универсальной динамической модели целесообразно формировать функциональные зависимости для таких величин, как индикаторный КПД, коэффициент наполнения и др., которые могут быть получены при стандартных испытаниях дизеля.

5. Предложена методика составления динамической математической модели комбинированного дизеля для полунатурного моделирования. Изменения основных параметров элементов комбинированного дизеля описываются дифференциальными уравнениями динамического баланса потоков энергии и массы газа. Для достижения высокой скорости расчёта часть параметров рабочего процесса дизеля задана в виде функциональных зависимостей от других (первичных) параметров. В эту группу включены коэффициенты, характеризующие отличие реальных рабочих процессов от теоретических, и параметры рабочего процесса, определение которых требует значительного времени при расчётах: индикаторный КПД дизеля, коэффициент наполнения, адиабатический КПД компрессора, эффективный КПД турбины и др.

6. На основе анализа методов интерполяции и аппроксимации выбран способ описания функциональных зависимостей параметров рабочих процессов в виде полиномов, коэффициенты которых определены методом наименьших квадратов. Выбор необходимых полиномов осуществлялся из условий высокой точности приближения к исходным данным и соответствия физической картине рабочего процесса комбинированного дизеля.

7. По предложенной методике составлены динамические математические модели дизеля 16ЧН26/26 и энергетической установки тепловоза 2ТЭ116, имитирующие неустановившиеся режимы работы в реальном времени.

8. Для осуществления цифрового полу натурного моделирования разработан комплекс аппаратурных и программных средств, образующих стенд полунатурного моделирования. В натурную часть стенда входят микропроцессорный контроллер, исполнительное устройство и другие элементы САУ. Цифровая компьютерная модель описывает динамические свойства комбинированного двигателя и транспортной установки. Связь между натурной и модельной частями стенда в реальном времени осуществляется устройством сопряжения.

9. Разработано программное обеспечение функционирования цифровых моделей дизеля и энергетической установки и работы устройства сопряжения стенда по преобразованию и формированию сигналов информационных потоков между натурной и модельной частями стенда.

10. Проведено полунатурное моделирование характерных режимов работы дизеля 16ЧН26/26 в составе энергетической установки тепловоза 2ТЭ116. Сравнение результатов моделирования динамических режимов с аналогичными экспериментальными переходными процессами изменения основных параметров дизеля и энергетической установки показало работоспособность разработанного стенда и адекватность описания рабочих процессов комбинированного дизеля и энергетической установки составленными моделями.

11. Методом полунатурного моделирования проведено исследование влияния настроек регулятора на качество процессов управления и регулировал ния энергетической установки тепловоза при изменении позиции КМ (канал управления) и момента сопротивления движению поезда (канал регулирования).

12. Проведён анализ методов повышения эффективности работы тепловозного дизеля на динамических режимах.