Моделирование характеристик дизельного двигателя

При работе двигателя на регуляторной ветви скоростной характеристики двигателя необходимо рассчитать:

– коэффициент неравномерности регулятора ТНВД

Таким образом, для моделирования характеристики дизельного двигателя с топливным насосом высокого давления (ТНВД) при полной подаче топлива используются выражения: для расчета внешней ветви – выражения (4.7)–(4.10) и для расчета регуляторной ветви – выражения (4.11)–(4.14). При этом коэффициенты С.Р. Лейдермана рассчитываются по формулам (4.4)–(4.6).

Частичная подача топлива. При установке рычага (задатчика) подачи топлива не на максимум (уmax = 1), а в некоторое промежуточное положение y, где 0 ≤ y < 1, регуляторная ветвь параллельно смещается в сторону меньших частот вращения коленчатого вала и становится более пологой, что зависит от конкретного двигателя,

рис. 4.2 [7, 8].

90

Так как коэффициент неравномерности регулятора

р 2 nnдв.max nnдв.Р ,

дв.max дв.Р

то, принимая линейную аппроксимацию зависимости р(ny max), можем записать выражение для коэффициента, учитывающего изменение угла наклона регуляторной ветви на частичных характеристиках:

Для дизельных двигателей Минского моторного завода (ММЗ) с всережимным механическим регулятором

С учетом изложенного выражение для коэффициента неравномерности регулятора при промежуточном положении рычага задания подачи топлива можно представить в виде

При работе дизельного двигателя на переходных режимах

эффективный вращающий момент двигателя уменьшается по сравнению со скоростной характеристикой, что учитывается коэффици-

ентом м (численные значения коэффициента м в зависимости от инерционных свойств дизеля изменяются в пределах м = 0,001– 0,002), тогда

где εдв – угловое ускорение коленчатого вала двигателя.

92

При заданном положении рычага подачи топлива y определя-

ем соответствующее значение частоты холостого хода:

С учетом выражений (4.12) и (4.16) находим kр – коэффициент, характеризующий наклон текущей регуляторной ветви характеристики дизеля:

Так как согласно ранее приведенным формулам на внешней ветви частичной характеристики вращающий момент двигателя можно определить как

то для частичной регуляторной ветви

При работе дизельного двигателя на частичной регуляторной

ветви nдв.xymax nдв nдв.ymax. Найдем nдв.xymax, учитывая, что точка Mдв.ymax, nдв.ymax одновременно принадлежит и внешней ветви, и час-

тичной регуляторной ветви скоростной характеристики. Тогда справедлива следующая запись:

93

Решение полученного квадратного уравнения (4.23) будет иметь вид

Зная nдв.ymax, определяем Mдв и Рдв по соответствующим выражениям (4.20) для частичной регуляторной характеристики.

При управлении ножной педалью подачи топлива и задании положения y рычага управления подачи топлива расчет ведется в следующей последовательности. Если перемещение педали подачи топлива подчиняется некоторому закону z(t) во времени или

94

z(ωдв) в функции текущей угловой скорости коленчатого вала дизеля, это значит, что к значению положения рычага y добавляется некоторая доля от оставшегося хода рычага (1 – у)z, где 0 z 1, причем z = 0 при отпущенной педали подачи топлива, z = 1 при нажатой до упора педали подачи топлива. В последнем случае

у = у + (1 – у) · 1 = 1,

что соответствует внешней скоростной характеристике дизельного двигателя. В этом случае на каждом шаге интегрирования рассчитывается новое значение

у= у + (1 – у) · z(t)

иподходят ранее полученные выражения.

При моделировании движения мобильной машины на каждом шаге интегрирования необходимо определять «местонахождение» рабочей точки дизеля, т. е.:

–уравнение текущей регуляторной ветви по у(t) и z(t);

–значение текущего вращающего момента Mдв по текущей частоте вращения вала двигателя nдв или его угловой скорости ωдв.

Таким образом, при установке рычага подачи топлива в некоторое промежуточное положение, дизельный двигатель работает на частичной характеристике, которую рассчитывают по формулам (4.15)–(4.24). При моделировании движения мобильной машины на каждом шаге интегрирования необходимо определять местонахождение рабочей точки дизеля: уравнение текущей регуляторной вет-

ви по у(t) и z(t) и значение текущего вращающего момента Mдв по текущей частоте вращения вала двигателя nдв или его угловой ско-

рости ωдв.

4.2.3.Моделирование характеристик дизельного двигателя

сдвухрежимным регулятором

Двухрежимный регулятор поддерживает минимально устойчивые обороты коленчатого вала и ограничивает его максимальные обороты.

95

В случае оборудования дизельного двигателя двухрежимным регулятором, как, например, у автомобилей и магистральных автомобильных тягачей, протекание скоростной характеристики (внешней ветви) определяется положением педали «газа». При неполной и неизменной подаче топлива график характеристики смещается эквидистантно или конгруэнтно внешней характеристике, как показано на рис. 4.4.

Мдв

Рдв

Обороты коленвала

Рис. 4.4. Характеристики дизеля с двухрежимным регулятором:

1 – полное нажатие педали «газа»; 2, 3 – частичное нажатие педали «газа»

А при изменении во времени положения педали «газа» двигатель работает в режиме слежения. Поэтому при возрастании сопротивления передвижению, например при подъеме дороги, водитель увеличивает подачу топлива, нажимая больше на педаль «газа», чтобы скорость движения на данной передаче трансмиссии существенно не изменилась, а после преодоления подъема, наоборот, уменьшает подачу топлива, а скорость движения остается прежней.

96

Перемещение педали подачи топлива подчиняется некоторому

закону z(t) во времени, где 0 z 1, причем z = 0 при отпущенной педали подачи топлива, z = 1 при нажатой до упора педали подачи топлива.

Математической моделью дизельного двигателя с двухрежимным регулятором являются формулы (4.7)–(4.10), коэффициенты С.Р. Лейдермана к которым вычисляются по формулам (4.4)–(4.6).

Таким образом, моделирование характеристик дизельного двигателя с двухрежимным регулятором осуществляется по внешней скоростной характеристике (регуляторная ветвь отсутствует) с использованием формул для двигателя с всережимным регулятором.

4.2.4.Моделирование характеристик дизельного двигателя

ссистемой топливоподачи Common Rail

При оснащении дизельного двигателя современными системами топливоподачи, например, Common Rail или Unit Injection с электронным управлением непосредственным впрыском топлива в цилиндры двигателя, моделирование характеристик дизеля зависит от способа стабилизации, поддерживаемого в данном режиме движения мобильной машины автоматическим регулятором двигателя. Так, наиболее часто в установившемся движении тракторного агрегата при выполнении какой-либо сельскохозяйственной операции, например культивации, может обеспечиваться режим стабилизации мощности двигателя, а для транспортного агрегата – режим стабилизации скорости либо режим минимизации расхода топлива. При моделировании характеристик двигателя с такими системами подачи топлива необходимо знать внешнюю и частичные скоростные характеристики двигателя или комплексную (многопараметровую) его характеристику (рис. 4.5) и алгоритм работы самого автоматического устройства управления двигателем.

97

Выбор структуры, параметров, законов и алгоритмов системы управления двигателем, трансмиссией и движителем проектируемой мобильной машины при математическом моделировании процессов в МТДУ производится в программном приложении путем задания исходных данных по блокам, относящимся к соответствующей подсистеме МТДУ.

Так, при задании параметров внешней коростной характеристики дизельного двигателя используются либо формулы С.Р. Лейдермана, либо регрессионная полиноминальная модель до n-го порядка, полученная путем обработки экспериментально снятых характеристик двигателя. Для дизельных двигателей с немонотонным протеканием кривых мощности и крутящего момента, в случае применения турбонаддува или при топливоподающей системе Common Rail, используются регрессионная полиномиальная модель до 6-го порядка, полученная путем обработки экспериментально снятых характеристик. Обобщенный вид такой формы представления скоростной характеристики:

– текущая эффективная мощность

Таким образом, с учетом особенностей работы двигателя на мобильной машине одна из задач моделирования характеристик дизельного двигателя в составе общей модели МТДУ является необходимость на каждом шаге интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающих движение мобильной машины, определять местонахождение текущей рабочей точки двигателя на его характеристике. Приведенных выражений для этого вполне достаточно.

99