автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Реализация заданных характеристик впрыскивания топлива путем оптимизации конструктивно-регулировочных параметров топливной аппаратуры

од

:2ская государственная а:са екк

2ЛЕЗЗ:с^О?СЗНОГО ТРАНСПОРТА

1 о янв

-огьа;: о'.'коппс::

МОРСЗОЭ Ер:«.:! Ва-б:-гп!Есв;:ч

РЕАЛИЗАЦИЯ ЕАЛАННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗПРКСйЗАН/.Ч ТОПЛЕА ПУТЕМ. 'ОПГКИЗАШС! КССОТРЛСГИЗНО-РЕГУДРОБОЧ"^ ПАРАМЕТРОВ ТСПЕ2Н0Л АППАРАТУРЫ '

'03.04.02 - Тетовьк ^виггте.-!

Азторефер а'т диссертации на сокскгкие ученой степ2Н.1 доктора технических каухс

ларьков -' 1033

.Яиос-эртац::.? яз-летсл рукописью

Работа зцдо.т.;ена яа коядре "Азтокобияи, азтомэсилькоэ ::сз.";'.;гзо :: ТКМ" -> Украинском институте и.чкекероз водного хозяястза. ■

Научные консультанты : •доктор технических наук, профессор Грукауэр A.A. доктор технических наук, профессор Рооенблит Г. Б.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Долгаков К. Е., доктор технически:-: наук, профессор Кац 3.3., доктор технических наук, профессор Молдавский A.A.

Еедухая организация - ХК5Д при ГП "Завод им В. А. Малышева.

Залита состоится " 2,$ "Я//Ы7/'>Л 199 6 г. в аул 3/3 ■е1 на заседании специализированного сойота Д 02.15.02 по тепловые двигателям при Харьковской государственной академии zo-лезкодорогкого транспорта по адресу:

310050, г Харькой - S0, ллодадь Фейербаха, 7.

С диссертацией моззю ознакомиться в библиотеке. Харьковской государственной акадсьнз голознодоросного транспорта по адресу; .

310030, г Харькоэ - 50, площадь Фойорс5аха,' 7.

Asторе£орат разослан " 1В95 г.

Учокый секретарь, специализированного совета Лялех В. Н.

ОБ!М ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ, АКТУАЛЬНОСТИ И СТЕПЕНИ ИССЛЕЛОВАННОСТИ ТЕМАТИКИ ДИССЕРТАЦИИ, дизели - важнейшая составляющая часть энергетического комплекса. Актуальна задача улучшения их топливной экономичности. Топливная аппаратура СТА) относится к наиболее ответственным агрегатам дизеля. Поэтому разработка, проектирование новых и совершенствование сухествуваих ТА о целью ' улучшения экономичности дизелей являются актуальной задачей.

. Известно, что основное влияние на экономичность рабочего процесса двигателя оказквет закон подачи, топлива. Для реализации заданных характеристик впрыскивания недостаточно . наличия методов расчета процессов тошгквоподачн. Для этого должен быть применен обратный метод расчета - от конечных показателей к определен:® конструктивно-регулировочных и ре-2ИИНКЯ параметров. Суаестэувсае методы не обладает универ-сальностьо и могут быть использованы лишь для ревеяия•'. узко- ■ ' го круга задач.

Необходика разработка метода - определения' конструктив- ■ ко-регулировочных параметров топливной аппаратуры дизеля, отличавшегося ьмогооакторностьв, универсальностью при реие-п::н различных задач и реализованного в расчетном програмулсм комплексе для ЗЗМ.

С учетом зтего в представленной к зайдете диссертации разработан метод определения конструктивно-регулировочных параметров ТА по. заданный характеристика»- впрыскивания, разработан програимннЯ комплекс для реализации этих-теоретически х положений, что при общей характеристике диссертационной работы позволяет ее квалифицировать как актуальную, на- ; правленную па решение крупкой научно-технической ~ проблемы,, которая имеет важное прикладное значение.

ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Разработка метода определения , конструктивно-регулировочных параметров топливной аппаратуры дизеля по заданным характеристикам впрыскивания. Для ее достижения<■ определены следующие основные задачи:

1. Рдзрайотка схемы решения мкогофакторной оптимиза-'ционной задачи с использованием современных методов расчета процессов топлквоподачи и планирования многопараметровых экспериментов.

2. Обоснование и разработка программного комплекса для ЭВМ, обеспечивающего оптимизацию конструктивко-регулироЕоч-ньк параметров ТА.

3. Проведение расчетных исследований по реализации заданных характеристик впрыскивания на конкретных конструкциях ТА. "

4. Выработка рекомендаций по применению программных комплексов для разработки новых и модернизации существующих конструкций ТА. ■

' ОБОСНОВАНИЕ .ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ К ПРАКТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ .ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО НАУЧНОЙ НОВИЗНЫ •>

Теоретическая ценность диссертационной работы ■ определяется новый методиками к алгоритмами ■ расчетного' исследования, позвоязшдога оптимизировать конструктивные параметры топливной аппаратуры по заданному закону впрыскивания. -При этом практическая ценность диссертационной работы определяется программами для ЭВМ, которые реализует. проведение

' о

гидродинамического 1.ГД) расчета по предложенному плану эксперимента, обрабатывают результаты ГД расчетов для-получения" уравнений множественной.нормализованной линейной регрессии СУШ1ЯР), оптимизирует конструктивно-регулировочные параметры

.ТА для получения заданных е>е показателей, а такл:е определяется результатам;; расчетных исследований Т-А ряда дизелей. В работе: •

1. Установлено, что для описания характера взаимосвязи мэгду показателям! впрыскивания топлива и конструктивными, регулировочньпа и регимньпги параметрам! возможно применение уравнений линейной нормализованной множественной корреляции. При этом с'.и'.уяета.ч ограничение на количесгзо рассматриваемых параметров.

2. Разработаны схемы реиекия обратной задач:' - определения рациональных значений кокструктпвньзс и регулировочных4 параметров по заданным интегральным: и дп^'-эрендна.тыгым характеристикам процесса подачи топлива. •

3. Показан^ зозыогяость объективная кс-агексной оценки злняния отдельных конструктигно-регуяирозочных параметров топливной аппаратуры' на показатели ' впрыскивания топлива путем определения процентной доли вклада' каждого параметра з уравнение регрески для конкретного показателя з определенны:-: интервалах варьирования значения;« параметров.

4. 3 качестве оптимального принималось решение, обэ-спечнзасееэ мкЕимальнув сумму невязок мезду фактическим и заданным закоко?^ подачн.

5. Представлены результаты расчетных исследований топливной аппаратуры ряда1 дизелей, которые показали, что: *

5.1: Для адекватного описания гжогсмерного пространства показателей н параметров в уравнении регрессии обобщений коэффициент корреляции уравнения.долейн составлять не мене? 0.80. ..0.83.

' 5.Ь. Точность апроксимации в уравнениях регресс:-?, относительно исходной нкфсрмают (результаты гидродкнамн-

чэских расчзгоэ) изменяется в зависимости от значения обобщенного ;;оэуйи!.;::екта корреляции з пределах S.. . 10 %.

8. Приведены результаты расчет^э-окслериментальных исследований, которые поззолплк:

6.1. Обосновать бозмонюсть реализации с достаточной точнэстьр требуемых характеристик впрыскивания в ТА автотракторных дизелей при оптимальном профилировании кулачко-зого. вала.

6.2. Уменьшить продолжительность' впрыскивания з .топливной аппаратуре теплозозного дизеля ПДГ1М с 53 до 33° поворота кояенвала при необходимо.« уровне давления впрыскивания топлива.

6.3. Показать, что при адаптации ТА дизеля ПДГ1М к режиму газодизеля возможно обеспеченна стабильной подачи запальной порции топлива в объеме S V, от номинального значения .

Научкуа незизну исследования составляет:

1. Метод и алгоритм решения задачи оптимизации конструктивных параметров топливной аппаратуры по заданным законам впрыскивания топлива с .ограничениями на продолжительность впрыскивания, цикловую подачу, максимальное давление впрыскивания, остаточное давление, .максимальные контактные напряжения и др.

2. Метод обобщения взаимосвязи между параметрами и показателями топливной аппараратуры дизеля с использованием уравнений нормализованной линейной множественной регрессии СУНЛМР) для решения задачи синтеза топливной аппаратуры.

3._ Метод выбора точек для расчетного эксперимента из многомерного гиперкуба пространства параметров топливной аппаратуры с одновременным изменением уровней всех параметров

без повторений.

4. Программный комплекс, включающий гидродинамические расчеты процесса впрыскивания, обработку, их результатов для получения уравнений регрессии, и оптимизацию ' конструктивно-регулировочных параметров.

УРОВЕНЬ РЕАЛИЗАЦИИ, ВНЕДРЕНИЯ НАУЧНЫХ РАЗРАБОТОК

Диссертация выполнена в соответствие с планами Украинского института инжекероз водного хозяйства, где работает соискатель. .

Реализация научных разработок осуществлена 'путем расчетных исследовании топливной аппаратуры ряда дизелей:;

1. Топливная аппаратура дизеля ЧН13/14 НИКТИД Сг. Владимир) по заданию ШИТА. '

2. Опытная.микропроцессорная топливная аппаратура для тракторного дизеля. - • '

3. Топливная аппаратура дизеля 6ЧН-31,8/33 с целью улучшения еэ основных показателей для г.огшения топливной экономичности. *. •

Результаты научных исследований были переданы ЦйГГА з 1983... 1990 годах для использования и ы:едре;;;:я.

Результат:-! исследований з виде прогргмлкых комплексов для персонального компьютера приняты з 1535 году к использованию и знедренно в.научно-техническом предприятии__ "Конструкторское боро среднеоборотных двигателей" при ГП "Завод им. 3. А. Мальцева". Они используются такге з учебкой процессе для студенлоз специальности- "Автомобили■ и ■ азто>/.обнлъное хозяйство" при чтении .курса "Автомобильные •двигатели"' в Украинском институте инженеров водного хозяйства. •"-..

Внедрение тторетаческих и практических разработок ■ подтверждено актами внедрения. •

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАБ'йННОЛ РАБОТЫ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались ка следуюцих конференциях и семинарах: третья тематическая научная конференция по вопросам конструирования и эксплуатации топлнзоподавцих -систем автотракторных дизелей (Саратов, СЖСХ, 1977 г.); ежегодные научно-исследовательские конференции МАДй С1938, 1930 гг.); научно-технические конференции ЖВХ С1983, 1989, 1592, 1993); всесоюзный научно-технический семинар "Диагностика, повышение эффективности, экономичности и' долговечности двигателей" (.Ленинград-Пушкин, 1986, 1987 и 1990 гг.).

Публикации. По результатам исследований, вошедших в дисэртацию, опубликовано 17 работ.

Объем и структура работы.. Диссертация состоит из введения, шести глав,, заклечения, списка использованных литературное источников и 3 приложений. Работа содержит 284 стр. основного текста, 40 таблиц и 49 рисунков.

' .• ЛИЧНЫЙ ВКЛАД В РАЗРАБОТКУ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ, ВЫНОСИМЫХ' НА ЗАЖГУ

Б ходе' выполнения диссертационной работы автором получены новые теоретические и практические результаты, которые и выносятся на зашдту.

1. Раработаны рсновные положения по применение нормализованной множественной корреляции для установления комплексной взаимосвязи между показателями впрыскивания и конструктивно-регулировочными параметрами топливной аппаратуры, по использовании УМНЛР, описывающих показатели впрыскивания топлива. ' -.,■'.

2. Предложены схемы реализации заданных характеристик

впрыскивания топлива: путем решения системы линейных уравнении относительно показателей; с оптимизацией параметров градиектно-статистическим методом, в том числе с выбором пресиля кулачкового вала и с последовательным рассмотрением двум показателей.

3. Разработаны алгоритмы к программы для программных . комплексов, вклвчаюаих: гидродинамические расчеты процесса впрыскивания топлива в дизеле, обработку*их результатов для получения уравнений регресии и оптимизации конструктивно-регу.тнроьочных параметров.

4. Приведены результаты расчетно-экспериментальнкх исследований с помощью ¡.рограммны;: комплексов ка 5ВМ, которые позволили: . '

4.1. Обосновать ээзмэгность р--аг.кзац'/а. с достаточной точность» требуемый нарактеристпк ггрыгкквания в ТА авто- . тракторный дизелей при оптимально:,! профилировании кулачкового зала.

4.2. Уменьшить продолжительность впрыскивания в топливной аппаратуре тепловозного дизеля ПЛГ1М с 53 до 33° поворота ксленвалз. при необходимом уровне давления ' впрыскивания топлива.

4.3. Показать, что при адаптации ТА дизеля ЛЛГ1М к регику газодязеля зээмогно обеспечение стабильной подачи оа-пальнсй порции топлива в сбгем? 5 % от номинального значения.

>'а?акте?мсм'ка столою?;:];, метола ;:сслелсван1й, п?гд.2та и оеыкга

Поимэняемая з длссертаагокксЯ работе совокупность средств, 'методов и приемов базируется на принципах системности. Предусматривается помплэксный подход к проблеме ана-

лязг'влияьия конструктивно-регулировочных параметров на показатели впрыскивания; расчотнэ-эксперимекгальнь:;! метод научного исследования; разработка пок-'х научных положений, которые позволяют в сочетании с известными рационально обеспечить решение целя и задач диссертации.

Новые методики реализации заданнкх характеристик впрыскивания предусматривают использование математических моделей, их идентификации с реальными процессами, зафиксированными экспериментально, использование математической статистики и теория вероятностей, обеспечивают возможность научных обобщений, выработку практических рекомендаций.

Объектом научного исследования язляется разделенная ТА дизеля с топливным насосом высокого давления рядного типа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ К ВЫВОДЫ, ВЬГГЕШЗДЕ ИЗ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Текст рукописи диссертационной работы содержит основные результаты диссертационного исследования. При этом во введении обоснован^ тема диссертационной работы, дана общая ее характеристика, сформулирована цель и задачи исследования, приведены положения, которые выносятся на зааиту.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы определения параметров топлквоподасщей аппаратуры 'по.заданны« ее конечном показателям.

Транспортные_дизели должны осуществлять 'экономичную работу в широком диапазоне изменения частоты вращения и модности. При разработке перспективных дизелей к ТА предъявляется ряд требовагаЯ. Это. - необходимость увеличения ее производительности, улучшения качества распиливания топ-лига, увеличения надежности топливных насосов высокого давления СТКЗД) и форсунок, выбора оптимальных характеристик

11ВТ и т.п.

Метод расчета показателей ВТ в дизеле известен как "прямой" мё'тод расчета. В нем по известным значения« конструктивно-регулировочных параметров определяются значения показателей ЗТ. Для подбора ТА по заданным параметрам тояливоподачи (ТП) существуют "обратные" методы расчета. Идея обратного метода расчета была предложена И. 3.Астаховым и' В. С. Лвбинепким. По заданной характеристике ВТ, задавшись • предварительно конструктивными особенностями форсунки на ка.-Едсм этапе расчета, последовательно определяется давление распиливания, путь и скорость движения иглы, давление и • волны давления у форсунки, скорость топлива в выходном сечении трубопровода. "Обратный" метод позволяет по заданным показателям ТП определить необходимые параметры 'ТА.

Имеющиеся алгоритмы ' расчета ТА имеют ограниченную применимость для решения обратной задачи поиска ' конструктивных соотношений по заданным характеристикам ВТ. Уточнение систем дифференциальных уравнений, описывавших процесс ТП, вызвало необходимость применения ЭВМ при расчетах.. Математическое описание процесса ТП затрудняет обратное , преобразование по методу конечных разностей з явном виде относительно параметров ТА. Для ' решения "обратной" задачи топлизоподачк с помоет) ЭЗМ применение этого метода недостаточно эффективно. .

В качестве объекта проектирования принята ТА разделенного типа с рядным ТНЗД и беситафтоБой форсункой. Применяемая' математическая модель для такой . аппаратуры . .должна давать результаты, легко сопоставимые с результатами . экспериментальных исследований рассматриваемых оо'ъектов, , достаточно устойчивые при небольиих изменениях • входных.

параметров. ' Приемлимыми являются математические модели, основанные на ГД методе'расчета. ,

Необходим метод конструирования ТА, допускавший обоснованный выбор ее основньг.: конструктивно.-регулировочных параметров, отличавщкйся относительной универсальность*» при решении различных задач, реализованный в расчетном П?К для использования в системах автоматизированного проектирования.

Во второй главе приведен анализ существующих способов получения значений показателей,_ характеризующих работу топливоподаодей аппаратуру. . • . .

К показателям ТП отнесены цикловая подача топлива, q^', продолжительность БТ АрВПр,^ давление топлива под конусом иглы форсунки P^ и т. д." Дифференциальный закон ВТ рассмот--рен в виде -совокупности девяти ординат, расположенных на правых границах участков, полученных, делением общей продолжительности ВТ на десять частей.

К параметрам ТА отнесены скорость вращения кулачкового валика, площадь плунжера, объем полостиплунжера и .т.д. Имеется .' около.- 40- конструктивно-регулировочных параметров топливной аппаратуры.

Основное.содержание "прямой" задачи ТА - определение ' значений показателей ТП _п<5 заданным, исходным значениям, параметров. Переход от входных конструктивных, регулировоч-. ных и режимных параметров к выходным показателям ТА может быть осуществлен путем проведения экспериментальных исследований, организации расчетных экспериментов.

. Расчетные исследования могут базироваться на различных методах: критериальных,'статических, гидродинамических. На теории неустановившегося Движения идеальной упругой жидкости основан метод If.В.'Астахова, пригодный для расчета ТА, рабо-

тагетх на маловязких топливах. Более точными является решения, предложенные Т. Ф. Кузнецовым, в которых" вязкость тепли-за учитывается амплитудным множителем. Большой Еклад в совершенствование этих методов внесен В. Я.Фоминым. В диссертационной работе для расчетных экспериментов применены два варианта ГД метода расчета - алгоритмы МАНИ и Щ5ТГА.

Экспериментальное исследование ГА дизелей затруднено из-за высокой стоимости разработки технологи':, изготовления, доводки и последующ« испытаний опытных образцов. Больсая часть работ по изучение влияния входных 'пзраметроэ на конечные показатели ВТ основана на результатах расчетных исследований. Представляет интерес учет комплексного влияния параметров на показатели ВТ, которкй мокко обобщить и использовать для, других ТА.

3 ряде работ рассматриваются зависимости показателей ВТ от значений комплексов парам-зтроз, казкзаемкх критериями подобия. Количественные зависимости мехду критериями обычно устанавливают ка основании обработки опытных данных з виде степенна зависимостей. Подобные зависимости позволяет распространять полученные данные на целый класс ТА.'

Планируемый эксперимент язляется расчетным. Его "особенностью в является наличие значительного количества исходных параметров, характеризуй!!!»: ТА". Количество таких факторов мог.ет достигать 40. Это исклсчает полный факторный эксперимент, т. е. перебор всех возможных значений параметров.

Бзаимосзязь мегсду параметрами и показателями предполагается з виде УМЮ1?. Это исключает способ учета эффектов взаимовлияния ме.тлу параметрами .с помоаыз ■ классического дрссного факторного эксперимента. -Метод обработки результа- • тов расчетного эксперимента накладывает на способ выбора.

зкачёккЯ ¡.'сходных параметров сусоств?кное' требование их случайности.. Для ряда экспериментальных исследований такой случайный характер выбора параметров может обеспечиваться автоматически. При организация расчетного эксперимента его необходимо специально предусмотреть.

Предложено интервал изменения каждого параметра разделить на определенное количество уровней С равное количеству расчетов в эксперименте). Для увеличения эффекта случайности 1.ри выборе исходных параметров ТА весь 'объем' расчетного эксперимента разделен на несколько серий. При переходе от серки к серии следует изменять случайным образом последова-вательноС-Гь параметров. Распределение значений параметра по уровням может быть разномерным или неравномерным.

В третьей главе рассмотрен мяогофакторный корреляционный анализ как способ описания пространства параметров и показателей топльвоподачи.

Для учета • нелинейных корреляционных связей между исходными переменными и показателем используют уравнения множественной регрессии линейного вида

У = а, + а, Г, (X) + агГСХг) * ... + а^СХ^ / 1 х Характер функций Г СХ Э зависит от вида взаимосвязи, между параметрами и показателями. • Субъективный подбор этих функций •затрудняет алгоритмизацию при использовании уравнений регрессии для задач оптимизации. <,

В работе Алексеева Г. А. изложены основы линейной множественной нормализованной корреляции, которые позволяют . ■ 'оценивать' вклад каждого рассматриваемого параметра X ,Х , XJ в УМНЛР между нормализованными переменными ио(Хо> - АС1и су ♦ АогигСХа) 4;. . + Ао1Ц С^) / 2 ✓ Нормализованные переменные представляют собой монотонные

••• ' • сук:;-:::; or но:-:..;.:: :>: ::v-.- :.::U = U.CX ), j -

J J J

-, . ,1. CI - ч::сло параметров).

Ve.v больсе отличаете:? кзвзк* сзаза (J = U (X ) or лря-

J j j ^

лики;':. те;; гольфе освоит выравнивания г.ояарних корролл-uhohh:;:-: связен CXt ,7.,/j ~ результате нормализации геромоппых. Для определен:«* ¿■ункц.и" С кривы:-:) распределения юрояткэстеЛ исходные данные каоладенип или экспериментов долгзы пред-стгвлявв случайную выборку.

Лредло:-екнь::: Г. А. Алексееве:; метод |.ь'ргып!ьгпгя и ::ор; гл::в^н;::: :лнего;в::тсв::-:х :-:орр?лян:;с!:нь": свя^е:: ::p::!.<:::e:¡ в л::;с-;-р:гц::скнэ;: pacora получек:;.: íb'.'-í". Он са:сгв'ввсге.т :-:е двух •гу.-;;-.и:;с:-:';л:-ны;: лв^сбрвзоввння:-: копир?':::1::: i

исходных параметре-? У., , У.......X, и рассматриваемого покаоэ-

гояя У.г Первое прс-сбраоовсыг.'.-э состсит в замене " гонкрев-

покдоат^лл вен 1---0 Сл , л .....л ,., j ~ С, 1, 2.....1)

; :;b::b::"cc::::>/:: веве^ввеегя:::: ? , ?.....

Ji J2 J.'

.....1.

г.: л ) - с.с

/ о /

0.:

ось Тлл,..

::с:::ре

- --

ее ввег:оясе-:-::ня их в в с

:в совгвевсвву::?:::.':: v:: ггл--:енп.г-.: 'ввтнег

л •. . :' ; eu 'j _„...,и,.., .; .---о, ?,...,и.

' j " j ' ......'

р взврсввясв::.:

■ч. , 0 и,1"КРл>

Рис. 1 Схема преобразования параметра' или показателя XJ в ранговую Р^ к нормализованную переменные.

Для какдого ГД расчета, проведенного согласно плану эксперимента, получены значения показателей ВТ. В совокупности со значениями начальных параметров они представляют собой исходную информацию для обработки приняппы методами. Объем »сходней информации оценивается сукьарнам числом пара-мэтров и показателей Ь я числом проведенных ГД расчетов N.

' Обработка информации идет последовательно дл^. каздого показателя. После получения коэффициентов УМНЛР показатель заменяется другим, и процесс циклически повторяется.

Для каждой пары исходных параметров определяется коэффициент нормализованной корреляции. Вычисленные коэффициенты нормализованной парной корреляции г^ определяют симметричную матрицу коэффициентов корреляции. Этой матрице из коэффициентов нормализованной парной корреляции соответствует система линейных нормальных уравнений.

Ре^ая 'систему относительно а1 определяем неизвестные

коэффициенты регрессия, аходяцие в УМНл?. Полученное ШЛ? вырагено относительно нормализованных переменных

Для £.'КЛ? определяется полный коэффициент корреляции:

5! = Гив, + Г1.Л + ••• ^ * •■■ + 7 4 7

Он оценивает адекватность ЖШР. Чем ближе к единице его значение, тем б л иге к функционально:! приближается корреляционная взаимосвязь мехду параметрам:: и показателями. УМЯЛ? можно использовать для качественной оценки показателей при ?о>0,6 и для достаточно точной сценки - при ?-о>0,3.

При анализе УККЯР требуются доли-вклада какдого параметра в конкретное уравнение.. Чем вьие значимость параметра,, тем выше должна быть его доля вклада в ШЫР. Предельны;.: эффективным значением доли вклада является удвоенная относительная средняя квадратичная-ошибка квадрата полного коэффициента корреляции. _ ..''/*

Условием эффективности конкретного параметра является превышение'его доли зк.тада .над удвоенной относительной средней квадратичной ошибкой. - ' '

УЬ!НЛ? в левой части содержит нормализованный аналог, показателя и,, з правой части - нормализованные аналоги параметров и . 3 конкретных УКНЛ? для нормализованных переменных применены обозначения, аналогичные обозначениям конкретных переменных, с добавлением- сверху знака "тильда".

\ = + »Л + ••• -'«л /5/

. Подобные линейные по форме уравнения, сраженные через

нереализованные аналоги, могут быть использсзаны'з различны:!

цс-лях: для выделения з явном знде • параметроз_, входящих в - * - . -правую часть;- для составления и решения системы линейных

уравнений; для проведения оптимизации градиентными методами;-

для решения задач линейного программирования. При практиче-'

оком использовании УШЯ? необходимо осуществлять переход от вероятностных нормализованных аналогов к конкретным переменным и наоборот. Проще.всего осуществить это графически по линии связи между конкретным параметром (или показателем) и его аналогом. Однако точность графического перехода не всегда достаточна. Реализован алгоритм перехода между конкретным:! и аналоговыми переменными в виде подпрограммы для ЭВМ.

На качество апроксимации УМНЛР влияет два фактора. 1. Случайный характер выбора точек из рассматриваемого много-' мерного пространства параметров, который обеспечивается применяемым планом расчетного эксперимента. 2. Монотонность взаимосвязей между исходными параметрам;! и показателями, которая характерна для большинства практических задач.

. Четвертая глава посвящена применению уравнений регрессии для определения'показателей топливоподачи • по заданий параметрам.

С помощью методов теории подобия можно получить устойчивые зависимости ыеаду исходными параметрами и конечными показателями ТА. Характерным является наличие большого количества критериев подобия. Критериальные зависимости обычно представлявт в степенном виде. Поэтому большое количество критериев подобия усложняет вид зависимостей.

Одним из направлений развития критериальных методов является уменьшение их количества в степенных зависимостях путем -укрупнения. Исследовалась возможность объективного уменьшения количества критериев подобия путем замены двух исходных критериев произведением их степеней. Такая постановка вопроса возможна и в некоторых случаях.эффективна.' .

Уменьшение количества критериев указанным способом ' приводит к услоЕненио ,$орш самих критериев. При г.рахти-

ческом использовании зависимостей может возникнуть дополнительная задача - при заданных значениях безразмерных комплексов реализовать их в исходных параметрах.

Лля использования критериев подобия в задаче синтеза ТА необходимы: простая форма записи критериев подобия для облегчения перехода от безразмерных критериев , к исходным параметрам системы;_минимальное число определяющих критериев подобия для упрощения критериальных зависимостей; простая форма критериальных зависимостей, обеспечивающая представление в явном гиде каждого из факторов, входящих в" нее. Самой простои формой зависимостей между критериями, удовлетворяющей третьему требованию, является линейная'форма.

В таблице 1 приведены эффективные' опеределяюцие критерии численного -примера'4.1 и интервалы их возмс-ных изменений. В качестве оснээных едш-иц- измерения приняты: длина Ь0=1 см, угол р0=Др= 1 рад, давление ?0=1 Ша, 'скорость С0=1 см/с. Численные -значения критериев и соогветстэуюэдх изменяемых параметров в данном случае совпадают. "

Таблица 1.

Кр:'.тери;{ подобия, используемые в уравнении регрессии, изменяемые параметры и доли'вклада критериев.

Кштерий • подобия Изменяемый параметр . критерия пределы изменения параметра доля вклада з уравнение регрессии

!п плодадь плунжера Гп, с\?" 0,.436 ... 0,835 30,5 %

^г. к.п *а угол геометрического конца подачи рГ-К.п, рад 0,51 \\. 0,63 . 30,5 У.

м по д Р с0 угловая скорость кулачкового вала ш, рад/с 47,2 ... 172,2 17,6 К

Ро^о жесткость пружины нагнета-' . тельного клапана 6К, рад/с-: 0.14 ... • 1,54..,; ' 4,7 % .

радиальный зазор в распылителе Ди, мкм ь ... 3,5 5,8 Я

10 масса нагнетательного кла-пзна Мк, г 0,35 ,.. 1ё,35 4,6 У.

площадь канала в нагнетатель ном топливопроводе см^ 0,0138 .. 6,0538 3,0 У.

1т ьо длина топливопровода 1т, см 32 :.. 62 3,3 %

цикловая по.".ача мм^/цикл 10,5, .280

В численном примере 4.1 рассмотрено комплексное влияние параметров, входящих в 26 определяющих критериев подобия, на типовую подачу чц, • характеризующую процесс ТП в целом. Для упрощения не исследовалось влияние скорости плун-кера в характерных точках по углу поворота кулачкового вала и принят характер движения плунжера ГНВД дизеля Д-236.

После обработки результатов расчетов получено УШЛР для неопределяющего критерия Кн=<1цЛ1д. Анализ долей вклада показал, что из 2В переменных эффективны лишь 8. В УШЛР входят нормализованные аналоги параметров и показателей, обозначаемые знаком 'тильда С ~ ):

3^=0,458 ?п+ 0,415 Рг#к-П+ 0,233 а + 0,125 + ОД 10 Д, -- 0,106 \ - 0,075-Гт + 0,050 Ц, / 6 /

где Чц,.Гп, Рг.к. Е. «. Нк, Гт и Гт - нормализованные

переменные, введенные вместо критериев подобия таблицы 1.

Так ках остальные параметры в критериях равны единицам измерения, то чц численно равно Гп -» Т^, рг.к,п-»

Л.к.п.^о и т-д-' ' -

Применение критериев подобия усложняет использование УМНЛР. Целесообразно вместо критериев подобия в уравнениях регрессии непосредственно рассматривать показатели впрыски-

0,436

47

0,510

1.4

0,0138

32

вания топливной аппаратуры и ее консгруктавно-регулкровстще параметры.

г(0 V ^.к.п- 5с- УЛ- ?т- Гт

1.6 1.2 0,8 0,4 0

-0,4 -0,8 -1.2 -1.6

■ 1.1 тц — л ^___

и-- у/

-

к' v ис'

/ *

0,515 -1—

72

0,596

-1_

97

0,676 0,755

4122

147"

0,533

0,565

0.-594

0,1322 Рг. к.п^о

4.2

7.0

9.8 ; 12.6 А/^сЧ.

0,00005 0,00011 0,00017 "0,00023 0,00029 Л^о

1-—+--I 1 ... I

0,00035 0,00275 0,00515 0,007Е5 0,00995 Р0Ь^0|

0.0218

0,0298

0,0378 0,0458 Гт/Ьо

44

56

68

80 ЧЛ»

Рис. 2. Графики, перехода ст нормализованных переменных, к критериям подобия. г. ; : • . ' '

I Доля вклада параметра в уравнение регрессия зависит от набора рассматриваемых параметров, ин"-рвалов их изменения,

и конкретного показателя ТА. В численном примере 4- 2 исходная информация была получена путем расчетов процессов ВТ на ЭВМ по методике МАДИ- Число рассматриваемых параметров составило 34. Проведено 154 расчета в пяти сериях. Исходная информация носит вполне случайный-'характер и. достаточна для описания расматриваемого многофакторного пространства. Методика обработки расчетных результатов предусматривает составление УШЯР, выраженных через аналоги показателей и параметров, построение графических зависимостей между этими аналогами и конкретными переменными.

Получены коэффициенты УМН® для цикловой подачи продолжительности ВТ Ар, остаточного давления Рост и максимального давления ВТ Р^ гах. При анализе УМНЛР можно исклв- -чить параметры, доли, вклада которых значительно меньше предельного эффективного значения, равного удвоенной средней квадратичной ошибке каждого параметра. Окончательное сокращенное УМНЛР' -для Чд приобретает следующий вид -

- % - 0,041 Пкв*'0,405 ?п + 0,017 ?н0' + 0,249 Ь^ + 0,049 Рк0 +-0,040 Тт + 0,048 Ц+ 0,502 р~кп- -0,108 с£т+ + 0,033 Р~с - 0,036 Соэ/З - 0,1-54 ^ - 0,054 ?к- 0,206 Нр -+ 0,053 ^ + 0,196 Гн. . ' ; . //7/

К слабо влияющим параметрам - в. отношении ■ цикловой подачи можно отнести Уках, ' 1ф, ^ ^ V В

отношении других показателей - ?ост, Ьр, р^ - .получаются другие сочетания малоэффективных параметров. Анализ влияния параметров;на конкретный показатель сводится к сортировке параметров поэначешпо доли вклада параметра. Часть полученного списка можно исключить из дальнейшего рассмотрения. Последующая ся5работка оставшейся частЯ информации приводит к • получен«» нового набора долей вклада и коэффициентов УМШ1Р.

Возможна оценка показателей ВГ то улроц&нным УШЛР "ри использовании номографических методов.

А ш* и

Р, ЛПс 1 »|!;(М) Р, ЫПа

а, , " а,

<Т | «0 ЦЯиоо 1

«1 I 'Г" !

л, си ( 2а М а*

к Л 3 ! о1 V ' -.V ^

иъ

ЦПа.

Рис. 3. Нэмогрдыка для ¿.'гтасления остаточного давления ч Рост в трубопроводе топливной систем!.

На рис.3 приведена номограмма для ,упроденного УМНЛР, позволявшая определить остаточлоэ давление в топливопроводе.;

В пятой главе рассмотрено применение уравнений регрессии для оценки и выбора параметров топливоподавдих систем. .

Предложены три возможные градиентные схему оптикизгцин ВГ в дизеля?:.- достижение максима щшговой подачи при . наличии линейных двухсторонних ограничений ординат дифференциального закона подача; достижение минимума целевой фуихщгл

в виде суммы модулей отклонений ординат дифференциального закона подачи при. наличии жесткого ограничения цикловой подачи; поиск области допустимых решений.

В численном примере 5Л для девяти ординат закона подачи, суммарной цикловой подачи и продолжительности ВТ составлена система из одиннадцати уравнений. Для того, чтобы простейшим.образом решить "обратную" задачу, необходимо преобразовать оту систему линейных алгебраических уравнений относительно одиннадцати достаточно эффективных параметров со значительными коэффициентами регрессии.

На основании анализа отнесены к эффективным параметрам следукдае; пкв, Гв>> Ьпшх, Ц, Р^, ргкп, Со5(3, Дп,

Ьр, х"и. Численные, значёния этих параметров подлеаат определений. Остальные из параметров . должны быть предварительно заданы. Для обеспечения требуемых значений показателей Чц, Ар, 02, ... ,0д необходимо решить систему линейных уравнений относительно неизвестных пкв, ?п, Ид-^. £н, Р^д,

. Ргкд' ^кп- V V '

' Составлены одиннадцать УМШ1Р, подобные выражение /8/.

0-гн+ • • 0-Рф0+ + 0,41Б-ргкп+ 0,095.^кп+ 0,080-Со5/? -' 0,148-^ - 0,218-Ьр + .0,090-?и. /8/

При решении з^да^й синтеза в данной постановке величины, находятаеся в левой -частя уравнений, могут быть легко определены. При заданных показателях ' Ар, ...Од по графическим зависимостям определяются их вероятностные аналоги. Величины и т. д. представляет собой алгебраические суша произведений аналогов предварительно заданных параметров на соответствуете коэффициенты регрессии.

В результате решения системы уравнений типа "/8/ бу-

дут получены вероятностные залоги искомых параметров ТА:

"кв< W' V V W ?Гкп- öos^ V V Л'

По графическим зависимостям определены соответствующие

С'

значения вероятностных аналогов. Подставим значения С^ и вероятностных аналогов заданных показателей qu, h<p, Q^ и т.д. в систему и решим ее. Решение системы пкв= - 0,113; fn= = - 0,207; h^ = - 0,046; Ц = - 0,302; Р^ - 0,092; ;rKn=. = 0,133; £fKJt = 0,SOI; Cos/3 = 0,527; Aj = 0,207; hp = 0,326;

= 0,608 соответствует конкретным значениям искомых параметров ТА: пкв=840 об/мин; fn=0,571 см2; Ьпшх=0,946 см;' tH =28,4 С0; P^q =15 МПа; i>rKn =33,34°; (Лкп =0,0277 см2;

Cos/3 =0,833;- ^ =0,00094 см; h =0,3356 см; Ги =0,3637 см2. • *

При ГД расчете процесса ТП по-описанной ранее методике с этими параметрами получены следующие значения конечных, показателей: = 93 мм3/цикл; Др = 9,6°; Q^ = 5,0 ш3/град; ■ Og-= 9,7 км3/град; Qg = 11,5 мм3/град; Q^ = 13,6 мм3/град; Qg = 11,7 мм3/град; Qg = 11,1 мм3/град; Oy = 13,3 мм3/град; Qg = 11,5 №.(3/град; Qg = 7,3 км3/град.

Отклонение полученных показателей от заранее заданных составляет соответственно: 7,0; 7,9; Й',0; 1,0; -4,2; 1,5; 0,9; 10,5; 3,9; 0,9; 1,4 '/,. Погрешности реализации заданных показателей определяются достоверностью используемых УШЛР'.

В численном прн."-ро у. ?-по заданны^ начальным параметрам и требуемым ординатам закона подачи можно определить значения параметров ТА, наиболее близко обеспечивающие эти ординаты дифференциального закона при : стабильной " цикловой, подаче. Линейное относительно параметров уравнение для целевой функции может быть минимизировано известны;,га методами. Статистическая информация для УМНЛР получена на основании ГД расчетоз процессов ТП цо алгоритму, разработанному в ÛHiîTi

Всего произведено 4 серии расчетов по 32 расчета в каждой.

В каждом ГД расчете со стабильной подачей 0ц=100 мм^/цикл рассмотрение подлежали ординаты закона подачи О1, • • • >'0д 11 продолжительность ВГ Арвпр в град. Целевая функция определялась как сумма модулей разностей расчетных значений ординат и заданных их значений Д05и1Т)= £ |.

Осуществлялся подбор пяти вариантов ТА. Значения исходных параметров приняты одинаковыми, близким;! к центрам соответствующих интервалов изменения. Для каждого из 128 -т расчетов определено значение целевой функции А05ии и продолжительность ВТ ДрВПр- Для этих двух показателей получены два УМНЛР относительно нормализованных аналогов рассматриваемых уравнений по каждому варианту.

Методика оптимизации предполагает минимизацию вероятностного аналога целевой, функции и сохранение неизменным

Дифференциальный закон подачи топлива

Вариснт § 5

ЗАДЖНЬ'Я зжон

полученный закон

01 С)2 <33 «4 05 06 07 ОЕ 09

' <3! - ОРДИНАЛУ ЗАКОНА ПОДАЧИ

Рис.4. Заданная и подученная характеристики ВТ в виде последовательности ординат закона подачн для варианта # 5.

значения вероятностного ана^га второго показателя - продолжительности ВТ. В результате проведения оптимизации.определяется 32 значения исходных параметров в вероятностной форме для каждого из пяти вариантов. Производится переход от вероятностной к конкретной форме параметров. После определения значений параметров в конкретной фэрмо произведены проверочные ГД расчеты с полученными значениями.

Средняя по пяти проведенным в качестве численного примера вариантам расчетов погрешность подбора ординат закона подачи составляет 16.21!*:. Чем ближе к центру4 интервалов приняты заранее заданные значения параметров и показателей, тем выше точность подбора значений целевой функции. Рекомендуется использовать 40.... 50% в центральной части интервала.

Кроме градиентного метода для определения параметров ТА систем рассмотрены методы линейного, программирования. Реализован так называемый •'интуитивный" подход к задаче линейного программирования.

Предположим, что в качестве изменяемых величин принято 32 параметра ТА. А для каждого- из десяти показателей ВТ составлено уравнение регрессии. Тогда i = 32 и- j=10. Если число уравнений равно-числу переменных параметров Ci=j), то можно просто решить такую систему линейных уравнений, например, методом Гаусса. Полученное решение должно обеспечить заданных j значений показателей ВТ.

Равенство i = j не гарантирует успешной реализации произвольно заданного набора значений показателей ВТ Сна-пример, совокупность девяти ординат характеристики ВТ и остаточное давление в топливопроводе). Это возможно лишь при условии ограничения значений полученнюпгналогов параметров Для информации из 128 расчетов это значение' составляет 2,5.

Если |Х^|>2.5, то невозможно осуществить точный переход от полученных аналогов к конкретным параметрам. Возможны при этом упрощения. Например, если |Х1|>2.5, то принимаем |Х1|=2.5. Если влияние конкретного параметра невелико, то замена допустима и не вносит значительных погрешностей.

Уменьшение модулей получаемых аналогов пареметров обеспечивается при приближении заданных значений показателей к центрам их интервалов изменения. Вокруг комплекса значений показателей, определяющих центры интервалов их изменения существует зона гарантированной реализации произвольных наборов значений показателей.

Случай равенства 1=д является частным. В общем случае и простое решение линейной системы уравнений непри-- емлимо. Необходимо исключить из рассмотрения х^' параметров С например, задать их значения постоянными 0. В .конкретной реализованной программе. проводился анализ значимости параметров, их доли вклада в УМНЛР-. Силыговлияющие параметры имеет смысл включать в систему линейных уравнений для - решения. Кроме того, некоторые параметры ?А должны принимать . фиксированные значения (например, диаметр плунжера су.

р результате анализа все параметры разделяются на три группы: фиксированные параметры, сильно влияющие изменяемые параметры и слабо влияющие изменяемые параметры. Во вторую группу в простейшем случае включаем сильно влияющих параметров. Если число фиксированных параметров к, го количество слабо влияющих параметров- будет . Система ¡1 линейных уравнений включает все сильно - влияющие' параметры и

г- - - . . * . * ■ - " 1

один из, слабо влияющих. Решаем систему уравнений и анализируем полученное решение на предмет ограничения по модулю. По значениям параметров определяем значение целевой функции.

Г

Второй вариант системы линейных уравнений будет получен путем замены первого слабо элиясщего параметра на второй. После решения системы получено новое значение целевой функции. При переборе одного слабо влияющего параметра в итоге будет получего значений целевой

функции. То решение, которое удовлетворяет условии минимальности или максимальности будет искомым.

ВНаестой главе описана разработка программного обеспечения для комплексного решения задач оптимизации топливопо-дачи в дизелях. -

Процесс уточнения алгоритмов ГД расчета привел к резкому увеличению продолжительности ТД расчетов. Один цикл ГД расчета по методике ШИТА на ЭВМ ЕС-1033 имел продолжительность около 5 мин. Если осуществлять подбор остаточного давления и угла геометрического конца подачи, то зродолжительность расчета может составить в среднем 2.. .2.5 часа. На продолжительность расчета существенно влияет мето-шка и алгоритм задачи. Если сравнить расчет аналогичного збъекта по двум программам. (ШИТА и .МАЛИ), то' продолжительность счета окажется по втором случае в два раза меньше.

ГД расчет является наиболее продолжительной частью ¡сех видов расчетов при оптимизации параметров ТА. Обработка >езультатов расчетов и непосредственно оптимизация .занимают :есравнимо меньше времени по сравнении с ГД расчетом.

Для персональных компьютеров, обозначаемых 1ВМ РС-АТ и овместимых с ними, имеется программное обеспечение, поддгривастее алгоритмический язык высокого уровня ■"Фортран-77". ыстродействие зависит от применяемого алгоритмического язы-а, от номера используемой версии программного обеспечения, г спцка, примененных при компилировании и редактировании.

Хорошие показатели быстродействия имеет программное обеспечение "Микрософт-Фортран" с оптимизирующими по скорости опциями. Оно использовано для составления ПРК по оптимизации ТА дизелей. Применять его рекомендуется на персональных компьютерах IBM РС-АТ с сопроцессором.

Решение задач расчета -ТА дизелей включает в себя ГД расчет по определенному плану, обработку результатов расчетов с цел!_р получения уравнений регрессии и непосредственно решение "обратно?." задачи. Структура ПРК вполне соответствует последовательности этих этапов и включает в себя соответствующие части программы - подпрограммы.

Программа ГД расчета принята в качестве составной части разрабатываемого ПРК. Для решения задач оптимизации в ПРК принят к реализации градиентно-статистический метод. Для его' осуществления. предполагается ) наличие регрессионных линейных зависимостей между показателями С целевой функцией) и параметрами систем ТП. В состав разрабатываемой- программы должна входить подпрограмма обработки результатов ГД расчетов с получением регрессионных зависимостей. Непосредственно оптимизация и получение.параметров ТА осувествляется в оптимизационной программе.

ПРК выполнен как .законченное программное изделие и моает использоваться для оптимизации показателей ТП как автономно, так и в составе других программных комплексов. Внедрение подобных.комплексов предполагается обеспечить путем применения на предприятиях, осуществляющих проектирование, разработку и производство ТА. '

Проведено сравнение, результатов . расчетного подбора параметров опытного образца топливной системы и результатов его стендовых испытаний. В качестве объекта' исследований

принята ТА, состоящая из ЧЩр. рядного секционного типа и .бесатифтсвой форсунки. Эта аппаратура предназначена для установки на одноцилиндровом двигателе НИКТИД С г. Владимир')

о

размерности ЧН-13/14.

Осциллографированне давления ВТ проводилось по методике НПО "ЩИТА" на безмоторном стенде "Мэторпал". При этом применена типовая измерительная я регистрирующая аппаратура. 3 результате испытаний получены осциллограмма давления ВТ. На рис. 5...8 приведены осциллограммы вариантов, выбранных для сравнения с расчетным методом оптимизации. По ним определены ординаты экспериментальных законоз подачи.

На основании результатов экспериментальных исследова-н:-:;1 произведен выбор рациональной комплектации системы ТП. Принятые параметры экспериментальной ТА: dn = 11 мм; McfQ = 0.23 мм2; Р^ = 23 МПа; dy = 2 мм; Пкв = 1000 юш"1.

Полученные з результате стендовых испытаний показатели; 1. с[ц = 100 км3; Рф= 69 МПа; Дрв'= 7.6°.

"г. Сц = ISO км3; 104 МПа; А^ = д.8°.

Для проведения численной оптишяацик параметров рассматриваемой ТА выбрани изиеняеиые параметры ТА и. назначены интервалы их изменения. С Численный пример б-О. Статиста-• ческая информация для УТИНЛР в данном случае получена на основании ГД расчотоз процессов ВТ по ' алгоритму, разработанному в ЦЕНТА. Всего произведено 8 серий расчетов по 13 расчетов в каздой. В первых четырех . сериях расчетов осуществлен подбор цикловой подачи чц = 100 мм3, во вторых -подбор чц - 150 мм3.

В каждом ГД расчете со стабильной подачей Оц= 100 или 150 мм-3/цикл рассмотрению подлежали ординаты закона подачи а1- °2.....°9 и продолжительность ВТ Др в град. Целевая

рЙо-ЫПа

120 100 80 60 40 20 О

-- эксперимент 0 - расчет

Л

А Л

- - V

> i V

Рфо-

Ша

120 100 80 60 40 20 О

-- эксперимент 0 - расчет

1

А

\

V

I ) VI

. 0 6 12 18 я,

град

Рис.5. Осциллограмма давления БП>НСК15ВаНИК P¿0 1фй pcfc = =0.185 ьм2 и qa=ÍOO мм'/цикл.

Р0о- ' ЬШа

120 100

"80 БО 40 20 О

-- эксперимент 0 - - расчет

v

0 1

1 9

1

i I 1 i

О 6 12 18 р.

гр ал

Рис.6. Осциллограмма давления впрыскивания при M0fc = =0. 230 им* и qu=ÍOO kmVio-'kл.

р6о-

Ша

; 120

100 80 6040 20 О

-- экспеокме-т 0 - расчет

ч ,

1/

з'

! П

1 .

\

i

О

6 12 18 о, град

Рис.7. Осциллограмма давления впрыскивания Р^ при ^cfc =

=0. 183 м.\Г и q =Í50 мм3/цикл.

О 6 12-18 р, град

Рис. 8. Осциллограмма давления впрыскивания Р^ при pcfc =. =0.230 мм* и qu=í50 мм3/цикл.

функция - сумма модулей разностей: полученных расчетом значении ординат и заданных их значений АСХ-и;п=Е I ■

Для сравнения с выводами :":_"> сгондозым испытаниям осуществлялся подбор двух варианте" ""а для цикловой г.одачи

о '5

ац=100 гаг и двух вариантов дляа1Д-150 юг*. Значения исходных параметров приняты одинаковыми, бпг.иыши к центрам соответствующих интервалов изменения. Из осциллограмм, приведенных на^ис. 5,.. 8 получены ординаты графиков давления ВТ. Ординаты давления пересчитаны в ординаты закона подачи.

Для каэдого из 72-ми расчотоз определено значение целевой функции ¿0зип и продолжительность ВТ ДрВПр- Для этих двух показателей получены два УШЛР относительно нормализованных аналогоз рассматриваемых уравнений по кагдему варианту', В результате проведения оптимизации определено 18 значений параметров для четырех вариантов. Полученные значения параметров рассматриваемого типа ТА в основном соответствуют интервалам изменения, принятым для стендовых испытаний. Произведены ГД расчеты с полученными значениям:. Среднее отклонение расчетных значений ординат от экспериментальных значений по чоп'ром вариантам составляет 24'Л.

Предложено г.-.-. подбор оптимального профиля

'кулачкового зала • - ;.-• .готезкл исходной информации для УМНЛР и совмостнть чтот процесс о ГД расчетом ТА. Тогда предлокзшшо рано? П-Ц.гр будут состазлопы для уг.о 'оптимизированных профплсЛ кулачковых ?алсз. - :

3 ряде работ Грунауэрп А Л. отмэчается необходимость учета зависимости силн давления топлива от закона движения плун.т.эра. Если такой учет отсутствует, то получаемый закон дэигокня длуиусра но будет оптимальны?.!. Поэтому оптимизацию закона движения плункера следует осуществлять при фнксиро-

sc-rcrjv посг.с.-.оьагеяь-льл: приближений при уточкокни силн длвделпл тспллг г Тллал летодплл • представляет собой ?£ расчет процесса ТП, дслолкенклй суклллонллъкс:* оптимизацией прсслля кулачкового вала TH3I. ore . применить s

осте;: слемо парак^тричёсксй опти?'и:»ац:::: ТА длаелл на этапе подгото ь:-л: исходно;: информации для УМНТ?. Тогда j^i-UI? покаоатс-л.:: ТП будут составлен« для yz: ептлмлзпрованклл профиле:: луллчксып: валзз.

Состолпе;: П?К z.~s реализации чнелелллл примеров оптимизации параметров ТП с учетом программы.:* разработок Григорьева А. Я. начальные значен;*.? параметров и заданное значения ординат огнен« подач;: требуется определить значения пграхотрез ТА. наиболее близко обеопе-члваюлле значения ординат д;:-л;'рслд::одълагё л-лола при стабильней цикловой педаче в : •:; г. :: .::. C.-—Z0 ..70 л^/лллл с лагол 2. о :.:М"/цллд.

Плсллл'-лля длл 1-1. !-1Т- :-' члелеллол примере 6-£ получена путь;.: превлдгллл ГД расчетов, процессов ТП с епти-'гизацпе:': прерллл кулачкового.галл^л. л баллом ГД расчете со ста-Слльлол додач-л. 0Т- рассмотрен:;:-"1 подлегал;: ордлллть: закона подачи С-, С-ч, .... сп л лродел^-лтельлссть ЗТ ь гргд.

Полевал гулки:;- елрлдслллаоь ' кал ср:чла ?,-одудел раЕчсотел 1:олучелнлл ро-етсм олачеллл ордллал ;: олллнллл лл значении. Длл лакдело по. 7Е-л расчетов спр^л-лело лпзчелло целевой

показателе:-: получе-л два »{На? относительно лерлоллзолалллл аналогов, расо>;дтрлгаел;п: уравнеллл по лалдолу варианту. ,

Следует ст:.-ьт;:т= - лг:сслул ад-г=К;с.тн:ооть педучлнллл УМНл?. лоло- ллосл:.е зла-л.ллл ?.- по ес-;лелл: с лредолаз-

■энными ранее численными примерами, определяйте:-: вияоч^нл'.".: ь Д расчет этапа оптимизации профиля кулачкового валика, а ахге автоматического по?,бора угла геометрического игчяла сдачи. Прозводятся минимизация веро:;т::еот:яого акаяога цсле-сй функции и сохранение неизменным значения вероятностного налога второго показателя - продол г: :т~пы:ости ЗТ.

После определения значений .пр ":.•:•? гроз з конкретно:! орле производятся проверочны© ГД р^счэгл с. полученкьтл качениями. Точность подбора парамвгроз ТА по, заданным рдйнатам закона подачи з значительной степени зависит от ребуемых значений показателей и от начальных значений араметров ТА. Средняя по девяти проведенным в качестве деленного примера вариантам расчетов погрешность подбора эрдинат закона подачи составляет 15.87%.

К ТА дизелей предъявляется требование обеспечения .юокой топливной экономичности. Необходимо обеспечить шлучшую топливную экономичность конкретного двигателя с !ре деленными конструктивно-регулировочными и режимными- па-метрами. При этом имеют место ограничения на максимальную ?личину давления сгорания и скорость его нарастания, гучшигь топливную экономичность целесообразно путем дооти-■ния минимального эффективного удельного расхода топлива.

Учет топливной экономичности при оптимизации парамет-в ТА можно осуществить путей прямого введения удельного фективного расхода топлива в число рассматриваемых^ показа-лей. Для этого ГД .расчет с подбором профиля кулачка полняется расчетом процессов испарения и тепловыделения в линдре дизеля по методике Н. Ф. Разлейцева, а также растем рабочего процесса дизеля и определением его показа-ией по методике Н. М. Глаголева.

В ряде работ рассмотрена возможность построения индикаторной диаграммы по выражений /8/ при известном характере скорости тепловыделения

сР , - " -Ок-Эц к;Р . Р _бк__к •- 1 <4,

ар ар ~ у с!р к - Г"' а¡р V ср

/ 9 /

Здесь Р - давление в цилиндре; <р - угол поворота коленчатого вала; х - относительная характеристика тепловыделения: V - объем наг. поршнем; к - показатель адиабаты . сжатия; 0 - потеря энергии вследствие теплоотдачи от газов к стенкам. Построение индикаторной диаграммы' выполняется путем численного интегрирования выражения /8/ с определением в конце каадого шага интегрирования Ьр величины давления в цилиндре. Здесь применена относительная характеристика тепловыделения. Для аналитических расчетов предложено несколько полуэг,¡лирических зависимостей характеристик тепловыделения: уравнения К. К. Вибе,. Б.П.Пугачева, В. Ц. Гончара, методика 3.3. Маца и др. Для расчета процессов испарения топлива, сгорания и тепловыделения применена методика определения характеристики тепловыделения, предложенная в работах К. Ф. Разлейцева. Последовательно проводится расчет констант испарения, в зависимости от угла поворота расчет доли испарившегося топлива, тепловыделения на участке начальной ьспыики топлива, на участке горения к догорания.

Рассмотренный алгоритм дополнил ГД"расчет процесса БТ с функциональной оптимизацией профиля кулачкового вала ТНБД. Расчет применен з общей схеме параметрической оптимизации ТА дизеля на этапе подготовки ' исходной информации для УМКЛР вместо использованных ранее методик. УМНЛР составлены для оптимизированных профилей кулачковых валов по показателям ТП и показателю экономичности двигателя ' в целом. Подготовлен

Л?К для реализации численньпг^примероз оптимизации параметрсз ГП с учетом разработок Григорьева А.Л.

Дифференциальный закон топлквог.одачи задан девятью ординатами на границах десяти частей интерзала ЭТ. Эти значимые срй'.катн обозначены 02.....Огу В численном примере

3-3 для рассмотрения приняты комплексы исходных параметров, юторые обеспечивают цикловые подачи 0;! = 50.. . /О мм /цикл :ри стабильном от никла .к циклу остаточнсм давлении.

По начальным значениям параметров л заданным ординатам закона подачи необходимо определить значения параметрсз ТА, збеспечиваювде требуемые ординаты дифференциального закона той • стабильной цикловой подача с мишмальньтм •, цельным аффективным расходом топлива. . *

Информация для У№ЛР получена пууем проведения ГД расчетов процессоз ТП, дополненных оптимизацией профиля ку-гачкового валика и расчетом рабочих процессов и показателей >аботы дизеля. В каждом ГД расчете со стабильной подачей 0ц >ассмогрению подлегали ординаты закона подачи С^, ...,

!д и эффективный удельный расход топлива де в' г/кВтч." [елевая функция на перзом этапе оптимизации определялась как умма модулей разностей полученных'расчетом значений ординат заданных их значений. Неизменяемая функция - да. На втором тапе оптимизации кикншгеируемой целевой функцией становился дельный расход д&, а неизменяемой функцией - Д0зит.

В' численном примере осуществлялся подбор девяти вари-нтов ТА для 0Ц= 50 ... 70 мм3/цинл с шагом'2.5 мм3/ цикл, ля каждого из 72-х расчетов определено значение целевой ункции Д0зцт и удельный эффективный'расход топлива де. Для тих двух показателей на обоих этапах оптимизации получено о два УШЛР относительно нормализованных аналогов рассмат-

риваеыых уравнений по каадому варианту. УШЛР выражены через нормализованные параметры и показатели.

Применяемая методика оптимизации предполагает вначале минимизации .'вероятностного аналога целевой функции и сохранение неизмеьным значения удельного эффективного расхода топлива. На втором этапе оптимизации' минимизируется де, а А.0зи;п остается постоянным.. В результате проведения двух этапов оптимизации определяется 18 значений исходных параметров для каждого из девяти вариантов. Далее проведены проверочное ГД расчеты с полученным;! значениями. Средняя погрешность подоора ординат закона подачи составляет 16..01';.

С целью проверки расчетных методик, уточнения влияния отдельных параметров ■ на • показатели работы ТА проведены расчетные исследования ТА тепловозного дизеля 6ЧК3.1.8/33 СПДГ1М) (ЧисленнчЯ пример б-4). Перзкй зтап исследований включал рассмотрение серийно?, базовой ТА, которая подлегала модернизации'. -Второй этап расчетных исследований - анализ влияния параметров ТА на показатели ее ТП. Рассмотрены два варианта оптимизации параметров ТА. Уменьшение продолжи-' . тельности ВТ вызывалось увеличением ^.Ьду и Г0, .уменьшением Ун-и Определены параметры, которые достаточно_ сильно влияет ка ^продолжительность БТ н на давление топлива у форсунки, показана возможность уменьшения продолзпителькости ВТ путем оптимизации параметров ТА.

Ка третьем этапе проводились "расчетные исследования влияния профилей кулачкового^ вала'по продолжительность ВТ. Предложено контролировать .-дополнительно' к максимальному подъему плунжера его максимальную скорость, введена коррек^ ция максимальной скорости в зависимости от значения максимального' подъема плунжера Ьпц.- Путем параметрической оптики-

садил нескольких параметров (максимальный ход и "луцу.ера, объем надплукжернай полости, угол геометрического начала подачи, условный коэффициент сопротивления во впускном тракте форсунки) получена продояхлтельность ВТ 13.72° при максимальном давлении у форсунка РфЧ- 67.9 МПа. Эти результаты в целом сопоставимы с результатами экспериментальных исследований.

5£лью четвертого этапа расчетных исследований явилось достижение адекватных результатов по окончательному расчету и эксперименту. Проведена расчетная реализация профиля кулачкового вала. Заданы и реализованы средняя скорость на горизонтальном участке трапеции и ускорение на спадасаем участке графика скорости. Выполнен ГД расчет ТА с этим профилем. Получена аналогичная эксперименту продолжительность ВТ Лрвпр= 1В.65°. Уровень максимального давления в трубопроводе 72. .. 76 МПа также соответствует экспериментальным данным.

В результате проведенных четырех этапов расчетных исследований получены параметры топливной аппаратуры для тепловозного дизеля 6ЧН-31.9/33 С1ШГ1Ю, обеспечивают? гребуемую продолжительность впрыскивания и необходимый. /ровень давления в "с^ггу-опсогоде. Значения параметров и указателей этой . аппаратуры адекватны результата:.! жспериментальных исследований в пределах их точности.

Использование газового топлива в дизелях имеет свои «обенности по сравнению с двигателями искрового зажигания. 1росте!ш!й вариант адаптации дизеля к газовому топливу жлючаот в себя пояменениэ базовой ТА для подачи заг.альнкк .орций топлива. Для анализа влияния плслади сопловых тверстий Гс и доли цнклсоой подачи '¡с на работу ТА пси

подаче запальных порций проведена серии ГД расчетов процессов ТП. Установлена стабильность на подачах больше 5 % от номинального .значения.. Поэтому приемлимым вариантом для адаптации ТА к режиму газодизеля является уменьшение плоаадн сопловых отверстий распылителя в три раза и регулировка на 5 %-ную подачу.

. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В .диссертационной работе поставлена к решена научно-техническая проблема разработки метода определения конструктивно-регулировочных параметров топливной аппаратуры дизеля по заданный характеристикам впрыскивания.

1. Разработанная впервые методика определения конструктивно-регулировочных параметров модернизируемой и вновь создаваемой топливной аппаратуры, в основу которой положено применение в оптимизационных методах уравнений множественной нормализованной- линейной корреляции, позволяет с достаточной для практики точностью получить необходимые для проектирования конструктивно-регулировочные 'параметры. Это дает возможность существенно сократить 1'реия и средства на проведение экспериментальных доводочных работ.

2.Е диссертационной работе установлено и подтверждено численными гримерами, что взаимосвязи мсгду показателя:« к параметрами .тсплквкой аппаратуры дизеля могут быть выражены уравнениями ыногествснной нормализованной линейно?: регрессии. Для учета нелинейности этих нззкмосвязей. для их выравнивания к нормализации осуществляется за:.:эка пе-ременных

С параметров и показателей) на их вероятностные аналоги. Это > два преобразования исходных переменным: конкретные значения каждой переменной - в их эмпирические вероятности непрс— эксекия и. эмпирические вероятности непревьгленпя - в соот-

ветстзуюш.ие ям кзантили нормального распределения. Примело

некие нормализованных переменных з линейных уравнениях регрессии позволяет значительно увеличить точность описания многомерного пространства показателей и параметров топливо-подачи.

3. Примененный в диссертации .метод обработки исходной информации при получении уравнений регрессии включает з себя определение доли вклада каждого параметра в уравнение множественной нормализованной линейной регрессии. В работе показана возможность и приведены примеры объективного анализа влияния конкретного параметра, обоснованного исключения из рассмотрения слабо влияющих параметров и упрощения уравнений регрессии.

4. Примененная в диссертационной работе линейная мо-. дель для описания многомерного пространства показателей и параметров топливной аппаратуры весьма приемлима для проведения оптимизации ее параметров/ Для оптимизации топливной аппаратуры дизелей обосновано применение градиентного метода в различных вариантах, а также использование методов линейного программирования.

, 5. В работе приведен численный пример решения задачи-синтеза топливной аппаратуры дизеля путем решения системы пинеиных, уравнений регрессии относительно параметоов топливной аппаратуры при заданных показателях. Отклонение полученных ' расчетом- показателей . топливоподачи ' от заранее заданных составляет 0,9. ..10,5 % и определяется только достоверностью уравнений регрессии.

. 6. В диссертации' предложены и реализованы на ЭВМ алгоритмы трех градиентных схем оптимизации топливоподачи в щзелях: максимизация цикловой подачи ч при наличии линей-

ных двухсторонних ограничений ординат дифференциального закона подачи; минимизация целевой функции в виде суммы модулей отклонений ординат дифференциального закона подачи при наличии жесткого ограничения одного из' показателей; поиск области допустимых решений. _

7. Для_реализации заданных характеристик впрыскивания путем оптимизации конструкторско-регулировочных параметров разработан программный комплекс. Его структура включает в себя такие части: подпрограмма гидродинамического расчета, подпрограмма обработки результатов гидродинамических расчетов б получением регрессионных зависимостей, подпрограмма оптимизации. Программный комплекс - это законченное программное изделие.. Ок может использозаться- для оптимизации показателей топливоподачп как автономно,, так и в- составе других комплексов. • °

5. Для учета конструктивных и технологических требований к кулачковому валу топливного насоса высокого давления в работе предложено осуществлять подбор оптимального профиля кулачкового вала на. этапе подготовки исходной информации для' уравнений множественной, нормализованной линейкой регрессии и совмещать этот процесс с гидродинамическим расчетом топливной аппаратуры. Это реализовано на уровне, алгоритма и программы в численном примере. Уравнения регрессии в этом случае составлены для уж-з оптимизированных профилей кулач- . ковых валов. Средняя погрешность ординат закона подач-:! по девяти вариантам расчетов составляет 15,8 'А.

5. Проведеные расчетные исследования топливной_ аппаратуры тепловозного дизеля 5ЧН 31.8/33 С1Щ1Ю позволили сделать вывод, что наиболее значительное сокращение продолжительности впрыскивания топлива при сохранении требуемого

розня давления топлива достигается чутгч увеличения иода луь.:-:ера и его скорости в период активного иода, а такхе кекьтением гидравлического сопротивления фильт. i и подво-яцпх каналов форсунки.

10. Б результате проведения гидродинамических расчетов роцеосов топливоподачи для анализа влияния fQ и доли q^ ка аботу топливной аппаратуры газодизэля при подаче запальных орций установлено, что при номинальной плодадн сопловых тзерстий и 5. ..15 °А- ной подаче уровень давлений топлива у acoca и форсунки недостаточен для качественного 'распы-ивания и смесеобразования. При уменьшении этой площади табильность подачи п урозень давления достаточно зозра-тают. Поэтому, приемлимым вариантов для адаптации топливной ппаратуры к режиму газодизеля является уменьшение площади опловых отверстий в' три раза и регулировка на 5 %-ную одачу.

11. Сравнение результатов расчетных исследований с пытными данными испытаний одноцилиндрового двигателя НИКТВД г. Владимир 5 размерности ЧН-13/14, состоящее в реализации етырех вариантов аппаратуры, аналогичных рассмотренным экс-ериментально, показало их удовлетворительную сходимость для ешения практических задач.

Адекватность опытным данным численных экспериментов по епловозному дизелю ПДГ1М ' подтверждена окончательным идродинамическим расчетом по полученным из оптимизационной хеми параметрам и по принятому трехрадиусному с вогнутым, ■частном профилю кулачкового вала топливного насоса высокого авления. Продолжительность впрыскивания по окончательному -асчету составляет 16.65° кулачкового валика. А для экс-:эрнментальной модернизированной аппаратуры при аналогичной

подаче она составляет 16. 50°. Максимальнее давление у насоса составляет соответственно 72,1 и 75,2 МПа. Скорость плунжера в период активного хода - 182,5 и 184,0 см/с. Т.о. , расчетным путем получена аналогичная эксперименту продолжительность впрыскивания. Уровень максимального давления в Трубопровода также соответствует экспериментальным данным.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. .Морозов. Ю. В. Комплексное влияние параметров топливной системы дизеля на величину цикловой подачи. -Известия высших учебных заведений. -Машиностроение. -1S77, ¿"3.

2. Морозов П. В. О комплексном влиянии параметров топливной системы дизеля на некоторые показатели ее работы -Исследование конструкции, эксплуатации и надежности топли-во-подаювдх систем азтотракторнкх дизелей: Сб. науч. иабот. -Саратов: ССХИ, 1978; -вьа. 116. -с. 178... 183."

3. Морозов Ю.В. Метод определения исходных параметров топливной аппаратуры по ее конечным показателям. -Двигте-. лестроение. -1S32, .

4. 'Морозов Ю.В., Морозова С.А. Номографирование уравнений орегрессии со многими переменными. Гидромелиорация и

гидротехническое строительство. Feen, межвед. каучно-техн.

с

сборник. -Львов: -Высшая школа. -1982, вып.10.

5. Морозов Ю. В. Метод определения исходных параметров топливной аппаратуры' дизеля по ее заданным конечным показателям. -Двигателестроение. -4986, #11.

.6. Морозов Ю. В. Линейные уравнения регрессии показа- ^ телей впрыскивания топлива в дизелях. -Двигателестроение. -1988 ¿2.

7. Петиков И. А. Морозов. D. В. Управление работой топ-

ливоподавщей аппаратуры дизелей с помоаьо методов теории подобия. -М. -Известия вузов. Машиностроение. -1871, Ц.

8. Петинов И. А., Морозов К). В. Применение теории подобия при исследовании динамики нагнетательного клапана топли-воподащей аппаратуры дизелей. -М.: -Известия вузов. Машиностроение. -1972, #5.

9. Файнлейб Б. Н., Морозов Ю. В. Когод оптимизации параметров4'топливной аппаратуры дизелей. -Двигателестроение. -1990, # 7.

10. Пет1нов 1.0., Морозов Ю.В. , Гуркевнч Ю, 0. Про ви-користання метод1в под1бност1 для розрахунку та керування роботов паливоподаючих апаратур дизельних дзигун1в буд1вель-но-мел1оративних машин. - "Актуальн1 проблеми мел1оративного 1 водогосподарського буд1вництва". Вядавниче об'еднання "Вица школа", Льв1в, 1973.

11. Морозов Ю. В., Шушко С.С. Об определении дифференциальной характеристики впрыска топлива в дизелях. "Гидромелиорация и гидротехническое строительство", вып. 8. Респ. меавед. научн.-техн.сборник. Львов, "Вица школа", изд-во при Львов, ун-те, 1980.

12. Морозов Ю.В. Определение параметров топливной аппаратуры по заданным ординатам дифференциального закона подачи - Тез. докл. научно-технического семинара "Диагности-

о ■ ■ ,

ка, повышение эффективности экономичности и долговечности двигателей", Ленинград-Пушкин, 1990. •

13. Марчук Н.М.', Морозов Ю.В. Применение измерительного комплекса К733 для исследования работы тракторного дизеля. - Тез.. докл. научно-технического семинара "Диагностика, повышение эффективности экономичности и долговечности двигателей", Ленинград-Пушкин, 1990.

14. Морозов Ю. 3. Алгор1тм .оптимального проф1лювання кулачкХв палквного насосу дизеля. - Тези.допов1дей науково-техн1чно1. конференцII УПВГ, Р1вне, 1952.

15. Косюр С. Г. Морозов Ю. В. Мегоди вим1рювань показки-к1в паливко! апаратури дизеля. - Тези допов1дей науково-тех-к1чно1 кон$еренц11 УПВГ, Р1вне, 1995.

Koronov Yu.V. ?xüi-ition of the predetermined charactersations of ^'no fuel injection by tho л.сапо ootinization of desicn-regulative parameter:: of fuel

и

equipment.

The dissertation for preserving doctor's degree of technical sciences on speci ality 05. C4.02, heal engines, Ukrainian institute of water иаладегсг.Ъ engineers, Rovno, 1S95.

Calculative definition rr.etods of optimizing values of design-regulative parameters of fuel equipment and results of numeral examples presented'in 17 scientific parens, are submitted for defence. Precision of. indices realization was equal about 15%. Ifetods were realized as programming complexes for ECM and personal computers.

Морозов D.B. Реализация заданных характеристик впрыскивания топлива путем оптимизации конструктивко-регулировоч-ных параметров топливной аппаратуры.

Диссертация на соискание ученой степени степени доктора технических наук по специальности С5.04.02 тепловые двигатели. .Украинский институт инженеров водного хозяйства, Ровно, 1905.

На защиту Еыносе-::и методы, расчетного определения оптимальных значений конструктивно-регулировочных параметров топливной аппаратуры по заданным ее показателям и результаты их реализации в численных примерах, ¿изложенные в 17 научных работах. Точность, реализации показателей составляет около 15 Методы реализованы в виде программных комплексов для ЗБМ и персональных компьютеров.

Клвчов1 слова: множинна нормал!эована регрес1я, град1-снтпо-статистичний, опт!м1зац1я, ординати закону подач!.