Методы улучшения характеристик систем турбонаддува высокофорсированных дизелей магистральных тепловозов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Шепелев, Вячеслав Александрович

• Шепелев, Вячеслав Александрович
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шепелев, Вячеслав Александрович

Оглавление.

Обозначения.

Введение

Обзор литературных источников.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК КДВС С РАЗЛИЧНЫМИ СИСТЕМАМИ ТУРБОНАДДУВА.

1.1. Обоснование выбора квазистатической математической модели КДВС.

1.2. Структура универсальной модели расчета характеристик КДВС и ее реализация на ПЭВМ.

1.3. Основные уравнения, определяющие выходные параметры турбокомпрессора

1.4. Модуль м расчет характеристик турбины"

1.4.1. Условия связи последовательно работающих турбин.

1.5. Модуль "расчет характеристик компрессора".

1.6. Модуль "расчет охладителя наддувочного воздуха".

1.7. Модуль мрасчет рабочего процесса дизеля".

1.8. Особенности алгоритмов библиотеки ПК

Дизель+Турбокомпрессор" ".

1.8.1. Функция Diesel.•.

1.8.2. Функция Turbine.

1.8.3. Функция Compressor.

1.8.4. Функция Turbocharger.

1.8.5. Функция Cahargeaircooler.

1.8 .А. Функции Diesel Turbocharger (*)

1.9. Обеспечение достоверности модели идентификацией по опытным данньг'./> . 7 9 Л

1.9.1. Идентификация модулей "расчет характеристик турбины и компрессора".*.

1.9.2. Идентификация модуля "расчет рабочего процесса двигателя

1.9.3. Идентификация модуля "расчет охладителя наддувочного воздуха".

1.9.4. Идентификация модуля "расчет характеристик КДВС" . 86 1.10. Оценка экологических показателей двигателя в математической модели.

Выводы.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОФОРСИРОВАННЫХ ТЕПЛОВОЗНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ ДВС.

2.1. использование компьютерного моделирования при исследовании КДВС.

2.2. Исследование системы турбонаддува со свободным турбокомпрессором.'.

2.2.1. Схемы исследуемых систем турбонаддува.

2.3. Методика расчета рабочего процесса двигателя при ограничении максимального давления сгорания.

2.4. Методика определения параметров компрессора и турбины на расчетный режим работы двигателя.

2.5. Согласование давления наддува и степени сжатия при форсировании двигателя.

2.6. Исследование влияния охлаждения наддувочного воздуха на показатели работы двигателя.

2.6.1. Влияние охлаждения наддувочного воздуха на показатели рабочего процесса и уровень тепловой напряженности

2.6.2. Оптимизация температуры наддувочного воздуха

2.6.3. Исследование влияния характеристик охладителя наддувочного воздуха на показатели рабочего процесса высокофорсированного дизеля

Выводы.

2.1. Исследование влияния схем и различных настроек турбокомпрессора на показатели КДВС.

2.2. Области оптимальных давлений наддува КДВС.

2.3. Исследование влияния регулирования турбонаддува перепуском воздуха или газа на показатели КДВС.

2.3.1. Перепуск воздуха из компрессора на вход в турбину

2.3.2. Выпуск воздуха и газа для ограничения максимального давления сгорания.

2.3.3. Возможности улучшения среднеэксплуатационной топливной экономичности за счет регулирования турбонаддува перепуском воздуха или газа.

Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ТУРБОНАДДУВА С ПОДВОДОМ ЭНЕРГИИ К РОТОРУ ТУРБОКОМПРЕССОРА ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ИЛИ ОТВОДОМ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ ТУРБИНЫ К ГЕНЕРАТОРУ

3.1. Особенности математической модели двигателя с турбокомпрессором, оборудованным мотор-генератором.

3.2. Устройство системы турбонаддува с высокооборотным электрическим мотор-генератором.

3.2.1. Схема системы турбонаддува с мотор-генератором.

3.2.2. Схема микропроцессорной системы автоматического регулирования давления наддува.,.

3 . 3. Влияние -мощности мотор-генератора 'на параметры двигателя и турбокомпрессора

3.4 . Методика определения оптимальной мощности электрического мотор-генератора.

3.4.1. Определение оптимальной мощности электрического мотора ТК для тепловозного двигателя 12ЧН26/

3.4.2. Влияние мощности электрического мотора ТК на сред неэксплуатационную топливную экономичность КДВС.

3.4.3. Влияние мощности электрического мотора тк на время переходного процесса КДВС.

3.4.4. Влияние мощности электрического мотора тк на возможности расширения диапазона работы КДВС

3.5. Возможности улучшения среднеэксплуатационной топливной экономичности КДВС с системой турбонаддува с электрическим моторгенератором

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы улучшения характеристик систем турбонаддува высокофорсированных дизелей магистральных тепловозов»

В нашей стране перевозки народнохозяйственных грузов и населения в основном осуществляет железнодорожный транспорт, развитие которого идет в направлении максимального удовлетворения требований потребителей, что обеспечивается ускорением доставки грузов и пассажиров, роста скорости движения локомотивов при непрерывном их совершенствовании - повышении технико-экономических показателей. Поэтому создание высокофорсированных тепловозных дизелей, отвечающих современным требованиям по топливной экономичности, надежности и экологическим показателям является актуальной задачей.

Для успешного решения этой важной задачи требуется проведение теоретических и экспериментальных исследований по ряду важнейших направлений, среди которых на одном из главных мест для тепловозных дизелей стоит проблема повышения топливной экономичности при их форсировании. Необходимость решения этой проблемы объясняется тем, что затраты на топливо для, дизелей магистральных тепловозов I составляют более 40% ;всех эксплуатационных расходов. Наряду с работами по ; повышению среднего эффективного I давления все большее значение для транспортных двигателей приобретают разработки1 и исследования по улучшению характеристик систем гурбонаддува в широком спектре эксплуатационных режимоЕ; и при переходных процессах

Для высокофорсирова ние вышеперечисленных шных тепловозных двигателеи решевопросов в значительной степени ; i связано с совершенствованием существующих ц разработкой новых систем турбонаддуфа. i

С повышением форсирования тепловозных дизелей обостряется проблема достижения высокой топливной экономичности в области средних и малых нагрузок двигателя при установившихся режимах работы, а также в переходных процессах из-за неудовлетворительной работы системы турбонаддува со свободным турбокомпрессором.

Падение давления наддува на частичных нагрузках двигателя обусловлено тем, что с уменьшением оборотов коленчатого вала двигателя и его мощности происходит уменьшение расхода газа через турбину, что снижает скорость вращения ротора турбокомпрессора, и давление наддувочного воздуха опускается ниже оптимального. Это обстоятельство ограничивает повышение мощности двигателя и его приспособляемость, ухудшает эксплуатационную топливную экономичность, растягивает время переходного процесса, приводит к увеличению дымности и вредных выбросов с отработавшими газами.

Обеспечение системой турбонаддува необходимым количеством воздуха для полного сгорания топлива в широком спектре эксплуатационных режимов двигателя определяется не только конструктивными параметрами двигателя и агрегатов турбонаддува, но и тем, насколько рациональной являются выбранная схема системы турбонаддува и способы регулирования ее агрегатов. Существующие методы расчета и выбора конструктивных параметров системы дизелей на сегодня достаточно хорошо разработаны. Однако этого нельзя сказать, о применяемых способах и методиках выб'ора н4стадии проектирования схем систем турбонаддува дизелей магистральных тепловозов.

В связи с этим целью настоящей работы являлось исследование возможностей улучшения среднеэксплуатацион-ной топливной экономичности магистральных тепловозных дизелей с различным уровнем форсирования за счет выбора рациональной схемы турбонаддува, способов регулирования и совершенствования агрегатов турбонаддува.

Выполненные исследования позволили получить теоретические и экспериментальные результаты, которые в ранее опубликованных работах по теории КДВС не встречались.

В соответствии с содержанием работы к защите представлены: математическая модель расчета характеристик КДВС с различными системами турбонаддува и созданный на ее основе программный комплекс "Дизель+Турбокомпрессор"; методика идентификации расчетных параметров 4-х тактного КДВС по опытным данным; результаты анализа влияния температуры воздуха после охладителя наддувочного воздуха на уровень тепловой напряженности, топливную экономичность для КДВС с разными средними эффективными давлениями; результаты анализа влияния настройки турбокомпрессора на различные номинальные давления наддува, регулирования турбонаддува перепуском части воздуха/газа на изменение среднеэксплуатационного удельного расхода топлива КДВС; схема перспективной системы турбонаддува с высокооборотным электрическим мотор-генератором и микропроцессорной системой управления с программно-поисковой адаптацией; методика расчета по выбору рациональных параметров КДВС с системой турбонаддува, включающей турбокомпрессор, оборудованный электрическим мотор-генератором; результаты исследований влияния подвода дополнительной мощности к ротору турбокомпрессора от высокооборотного электрического мотор-генератора и отвода избыточной мощности турбины к генератору мотор-генератора на изменение параметров двигателя, турбокомпрессора, » положение гидравлической характеристики двигателя на характеристике компрессора (при различных температурах окружающего воздуха), а также на изменение времени переходных процессов и расширение диапазона работы КДВС с разным уровнем среднего эффективного давления.

Автор глубоко признателен главным конструкторам ОАО ХК "Коломенский завод", доктору технических наук Никитину Е.А., кандидату технических наук Рыжову В. А., начальнику отдела исследований и доводки дизелей Трихлебу А.А., и коллективам отделов турбонаддува и исследований и доводки дизелей за помощь при проведении данной исследовательской работы. Автор благодарит специалистов ОАО "СКВТ" г. Пенза - главных конструкторов Потанина В.А. и Гнездилова С.М., .первого . заместителя главного конструктора Жукова М.С. за предоставленную информацию и консультации по вопросам связанным с системой турбонаддува с высокооборотным электрическим ' мотор-генератором.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Железнодорожный транспорт осуществляет большую часть перевозок грузов и населения в нашей стране. Его развитие идет в направлении максимального удовлетворения требований потребителей, что обеспечивается ускорением доставки грузов и пассажиров. Интенсификация работы железнодорожного транспорта, снижение трудовых и материальных затрат на перевозки требует создания новых более мощных, экономичных и надежных локомотивов.

Анализ ситуации на рынке железнодорожных перевозок показывает, что в наиболее развитых странах наблюдается рост объемов грузовых и пассажирских перевозок железнодорожным транспортом. Это объясняется подъемом экономики, ее глобализацией и всевозрастающим спросом на услуги железнодорожного транспорта, его дешевизной и эффективностью по сравнению с грузовыми автомобильными перевозками с точки зрения расхода на тягу [15, 16, 36, 40, 45].

Наибольшее применение в качестве средства тяги на тепловозах получили дизели, характеризующиеся высоким эффективным к.п.д., приемлемой надежностью, удовлетворительными массой и габаритными размерами, высокой степенью автоматизации управления и т.д.

Проведенные российскими учеными исследования [68, 85, 87, 88] показали, что использование более мощных тепловозов при снижении их секционности позволяет кроме повышения пропускной и провозной способности железных дорог сократить численность персонала локомотивных, поездных бригад, и связанные с этим суммарные расходы.

Главным направлением в развитии тепловозных дизелей является повышение их степени форсирования, которое достигается в основном увеличением среднего эффективного давления рте. Повышение мощности двигателей за счет увеличения объема цилиндра ограничивается весогабаритными показателями, а рост скорости вращения коленчатого вала -надежностью двигателя. Поэтому форсирование современных дизелей достигается путем сжигания большего количества топлива при одновременном повышении плотности и количества воздушного заряда за счет применения систем наддува [75].

Наибольшее распространение в качестве наддувочного агрегата получил турбокомпрессор (ТК), с газовой связью между двигателем и турбиной, что объясняется простотой конструкции, высоким к.п.д. [75, 86]. При этом воздух сжимается в центробежном компрессоре, а выпускные газы срабатываются в осевой или радиально-осевой турбине.

В зависимости от выпускной системы двигателя получили распространение два типа систем турбонаддува изобарный и импульсный. Преимущества каждой их этих систем при разном уровне давления наддува, а значит и форсирования двигателя рассмотрены в работах [52, 75] , Там же показано, что с повышением уровня форсирования изобарная система наддува предпочтительней импульсной. С другой стороны в ряде работ [74, 88, 8 9] указывается на рациональность применения систем импульсного турбонаддува с учетом значительного времени работы тепловозных двигателей на неноминальных режимах, где уровень давлений* .наддува импульсной системы выше, чем изобарной.

Определенные преимущества каждой из двух систем были реализованы в системе наддува с использованием преобразователей импульсов [83], однако последние не нашли широкого применения в связи с их сложностью и малой надежностью.

Общей тенденцией развития систем наддува современных высокофорсированных дизелей является применение изобарной системы турбонаддува с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха после компрессора. Это объясняется следующими причинами:

- простотой конструкции системы газовыпуска;

- меньшей чувствительностью к изменению к.п.д. ТК;

- меньшей требовательностью к настройке фаз газораспределения и оптимизации длин и диаметров выпускных коллекторов;

- большей надежностью КДВС в- процессе эксплуатации.

Отечественные и зарубежные фирмы, специализирующиеся в области дизелестроения постоянно ведут работы направленные на совершенствование конструкций своих дизелей и достижения новых результатов по их технико-экономическим показателям. I

Ведущее двигателестроительное предприятие России на рынке тепловозных дизелей - ОАО ХК "Коломенский завод" I создал ряд двигателей ЧН2 6/26, ведет работу по высокофорсированному двигателю нового поколения 12ЧН26/26 (д/г i

1-2 6ДГФ) с рте = 2.235 кпа, при ртах = 170 МПа [107]. Этот новый двигатель предусмотрен для установки на новые грузовые и пассажирские тепловозы, в последнем случае

часть мощности дизеля j будет расходоваться на электриче ! ское отопление пассажирских вагонов. Форсированные двигатели 12ЧН26/26 мощностью 2650 кВт (д/г 1-26ДГМ) и 2250 кВт (д/г 1-26ДГМ-[01) поставляются для замены дизелем

16ЧН26/26 на тепловозах серии 132, эксплуатирующиеся в j

Германии. На дизель-генераторе 1-26ДГМ используется регуi i лирование турбонаддува перепусками воздуха из компрессора на вход в турбину ,'и выпуск воздуха в атмосферу. На дизель-генераторе 1-26ДГМ получены высокие показатели по I выбросам с отработавшими газами (N0X = 11.2 г/кВт-ч) и I топливной экономичности (Ье = 193 г/кВт-ч по ISO 3046/1 в диапазоне 70.90% от полной мощности) . На всех форсированных дизелях типа ЧН2 6/2 6 используется изобарная система турбонаддува.

Среди ведущих зарубежных фирм, специализирующихся в области .двигателестроения для тепловозов можно отметить такие как General Motors EMD (двигатель GM16V265H ЧН26.5/30 с изобарной регулируемой системой турбонаддува [115, 120] при рте = 21.3 Бар), Caterpillar (двигатели серии 3600 ЧН28/30 при ргае = 20 Бар [108, 112]), Deutz MWM (двигатели ЧН25/32 с рте = 21.8 Бар [111, 113] с изобарной системой турбонаддува) , Cummins Engine Company (новые дизели QSK19 для локомотивов со скоростями свыше 200 км/ч [114]), GEC Alsthom Ruston Diesels (дизели серий RK215 и RK270 ЧН27/30.5 [116, 132], Mirrless Blackstone (дизели типа МВ275Т с рте = 21 Бар [1Q8, 109, 110,]), S.E.M.T. Pielstick (дизели ЧН25.5/27 с рте = 21.3 Бар [108]) и др.

Общей тенденцией раз/ .{тия. высокофорсированных среднеоборотных дизелей является повышение максимального давления сгорания Ртах/ отношения S/D, а также все большее внедрение микропроцессорной техники (фирмы GM EMD, GE, S.E.M.T. Pielstick, Deutz MWM, MAN B&W, Cummins и др.), с последующим переходом к интеллектуальной системе управления двигателем, обеспечивающей гибкость его обслуживания, управления и диагностики [124, 127 и др.].

Наиболее значимыми требованиями, предъявляемыми к тепловозным дизелям, являются [88, 89]:

- Высокая надежность и длительный срок службы. Важность этого требования определяется тем, что -15% затрат при эксплуатации тепловозов вызваны всеми видами ремонта дизелей.

- Экономичность работы в широком диапазоне мощностей и частот вращения коленчатого вала (минимальный расход топлива и масла). Это объясняется тем, что около 4 0.50% всех эксплуатационных затрат тепловозных депо составляют затраты на топливо и масло.

- Снижение удельной массы дизеля, общей массы вспомогательных устройств и удовлетворение требований по габаритам. Допустимая удельная масса дизеля для магистральных тепловозов мощностью 2940.44 00 кВт ограничена 4 кг/кВт-ч. Поэтому использование высокофорсированных по удельной мощности дизелей позволяет снизить удельную массу и габаритные размеры (например, модернизация 16-ти цилиндровых дизелей на 12-ти цилиндровые такой же мощности).

- Соответствующая приспособляемость и приемистость. Для современных тепловозных дизелей необходима скорость набора мощности не менее 80 кВт/с, а для создаваемых перспективных тепловозов, согласно данным ВНИИЖТа, это значение должно быть не менее 100 кВт/с. Для получения большего коэффициента приспособляемости требуется повышение тепловозной характеристики на неноминальных режимах.

- Соответствие экологическим требованиям по вредным выбросам с отработавшими газами (ОГ) и уровню шума. Снижение вредных выбросов с ОГ стало одним из важных требований после принятия ГОСТ Р. 5124 9-99 "Выбросы вредных веществ с отработавшими газами". Нормы настоящего ГОСТ соответствуют современных европейским нормам для тепловозных дизелей.

Удовлетворение вышеперечисленным требованиям к тепловозным дизелям в значительной степени связано с совершенствованием систем наддува. Поэтому отечественные и зарубежные производители двигателей и турбокомпрессоров ведут постоянные работы по совершенствованию систем и агрегатов наддува.

Известная фирма ABB Turbo Systems Ltd. представила два новых поколения своих турбокомпрессоров [126]: малые TPS с радиальным колесом турбины и большие TPL с радиальной и осевой турбиной. Эти ТК перекрывают диапазон мощностей двигателей от 500 до 3200 кВт. Достигнутый уровень степени повышения давления в одной ступени для серии TPL 7tk = 5.2 при к.п.д. турбокомпрессора 70%. По сравнению с предыдущим поколением турбокомпрессоров серии VTR, новые ТК имеют больший на 2.8% к. п. д. турбокомпрессора при более пологой Зависимости r}TK = f (лк) и на 80% меньшее количество деталей. Первые модели новых турбокомпрессоров устанавливаются на двигатели МаК М32 и Wartsila 32/38. Ь^сокий к.п.д. турбокомпрессоров был достигнут благодаря оптимизации колеса компрессора, применения загнутых назад ' шаток, конструкции турбины с неохлаждас/ 'дм корпусом, использовании высококачественных материалов и высокой технологии изготовления. Дальнейшее развитие систем наддува при повышении мощности дизелей фирма связывает со следующими мероприятиями [105, 138]: установкой второй ступени турбокомпрессора с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха и использование цикла Миллера; использованием силовой турбины (СТ).

Фирма MAN B&W применяет на двигателях турбокомпрессоры собственной разработки серий NR/S, NA/S и NA/9 [121]. Высокие степени повышения давления в компрессоре до тгк = 4.5 достигнуты за счет повышения окружных скоростей до 500 м/с. Интересно отметить, что фирма использует турбокомпрессоры, как с радиальной, так и с осевой турбиной для двигателей в диапазоне мощностей от 2200 до 5000 кВт, при этом эффективность использования двух конструкций примерно одинакова. Геометрия колеса компрессора и турбины были оптимизированы с целью повышения пк до 4.5 и обеспечения высокого к.п.д. турбокомпрессора в широком рабочем диапазоне. На турбокомпрессорах с осевой турбиной серии NA/S был увеличен диаметр колеса компрессора на 5% и использована конструкция неохлаждаемого корпуса турбины. Главными особенностями новых турбокомпрессоров являются применение небольших и легких роторов, что обеспечило их малую инерционность.

Фирма GEC Alsthom Diesels [116, 127] при создании своих высокофорсированных дизелей совершенствует систему наддува по пути повышения к.п.д. компрессора, применяя реактивные колеса (при як = 4 для КДВС с рше = 20 Бар) .

В дальнейшем с ростом среднего эффективного давления предполагает использовать двухступенчатую систему наддува. В связи с тем, что тепловозные двигатели работают в широком диапазоне мощностей и оборотах коленчатого вала, фирма предполагает использовать турбины и компрессоры с изменяемой геометрией как инструмент, обеспечивающий альтернативное решение связанных с этим проблем.

Фирма KRUPP МаК [117] проводит работы направленные в частности на оптимизацию системы турбонаддува, особенно с ростом среднего эффективного давления. В будущем увеличение применяемой электроники для управления и контроля системы топливоподачи и наддувочного воздуха (давления, температуры, использовании регулирования турбокомпрессора с помощью перепускных клапанов).

Фирма Mitsubishi Heavy Industries - Turbo дальнейшее совершенствование наддува с ростом мощности двигателей связывает с повышением к.п.д. турбокомпрессоров за счет применения неохлаждаемых корпусов турбины, использовании реактивных колес компрессоров при высоких степенях давления до 7tk = 3.7 и выше, повышении надежности за счет использования высокопрочных алюминиевых сплавов для колес компрессоров и внешней системы смазки для подшипников турбокомпрессора [123]. При высоких средних эффективных давлениях предусматривается применение двухступенчатой системы турбонаддува и перепускных клапанов [98]. Фирма EGT Turbochargers-Napier проводит работы, направленные на улучшение экологических показателей двигателей без ухудшения топливной экономичности с совершенствованием турбокомпрессоров при повышении давления наддува [146]. За последние 20 лет к.п.д. компрессоров фирмы повысился в среднем на 10%, что было достигнуто в частности за счет применения реактивных колес. На турбокомпрессоре серии 557 достигнута степень повышения давления 4.5, при этом максимум к.п.д. компрессора приходится на относительно низкие кк, что по заявлению фирмы дает наилучшую оптимизацию при работе в области средних и малых нагрузок двигателя [131]. Дальнейшее совершенствование связано с повышением механического к.п.д. турбокомпрессора за счет применения легких керамических подшипников с малыми потерями. Также одним из возможных направлений в развитии своих турбокомпрессоров является использование турбин с изменяемой геометрией, популярными некоторое время назад и позволяющие улучшить характеристики двигателя. Другим направлением может служить использование технологий для подачи дополнительного воздуха с целью разгона ротора с малых нагрузок двигателя до полной мощности.

Фирма Holset (ФРГ) [108] выпускает турбокомпрессоры типа М50/60 для двигателей мощностью 1500.5000 кВт. При степени повышения давления тск = 4.0, к.п.д. ТК достигает 65.68%. Высокая эффективность достигнута благодаря неохлаждаемому корпусу турбины и применению реактивного колеса компрессора.

Французская фирма Hispano-Suiza [108, 110] производит новый тип турбокомпрессора HS4800-5800 для тепловозных и судовых дизелей с диапазоном мощностей от 1100 до 8825 кВт. Достигнут к.п.д. турбокомпрессора на режиме полной мощности 73% при степени повышения давления 4.5 -для алюминиевых колес компрессора и 5.0 - для титановых колес. Высокая .эффективность ТК достигается за счет совершенствования колеса компрессора с загнутыми против вращения лопатками и использованием неохлаждаемого корпуса турбины.

Фирма Scania Industrial [101] ведет работы по улучшению топливной экономичности и снижению токсичности с отработавшими газами за счет оптимизации процесса сгорания и систем турбонаддува. При этом своей целью считает создание оптимизированного турбокомпрессора в широком диапазоне оборотов коленчатого вала двигателя. Одним из возможных решений этой проблемы - применение турбокомпрессора с переменной геометрией турбины, преимущества которого, как отмечает фирма, особенно ощутимы'на высоких и малых нагрузках. Однако в диапазоне наиболее используемых средних нагрузок двигателя этот эффект несколько уменьшается. Несмотря на это, такой турбокомпрессор может быть интересен в будущем как потенциал к снижению дымности в переходных процессах, которые становятся все более значимыми для современного транспортного двигателя.

Выполненные исследования [23] по влиянию степени форсирования и системы наддува в общем энергетическом балансе комбинированного двигателя внутреннего сгорания (КДВС) показали возрастание роли системы наддува с повышением среднего эффективного давления. Поэтому с повышением степени форсирования дизеля возрастают требования к системе воздухоснабжения [43, 105, 145}.

Исследования [88, 89] показали, что "увеличение к.п.д. дизелей и снижение удельного расхода топлива тепловоза, как при расчетном режиме, так и при частичных нагрузках и холостом ходу является важным условием новышения эффективности мощных локомотивов". Поэтому дальнейшее совершенствование показателей высокофорсированных дизелей связано в значительной степени с улучшениями системы воздухоснабжения и рабочего процесса двигателя.

На Рис. 1 показана зависимость, полученная на основе обработки результатов испытаний по ряду тепловозных дизелей типа Д4 9, выпускаемых ведущим дизелестроительным предприятием России ОАО ХК "Коломенский завод", демонстрирующая изменение степени повышения давления в компрессоре от величины среднего эффективного давления. Точками на этом графике отмечены экспериментальные данные по конкретным типам дизелей Д4 9, соответствующие их номинальной мощности. 4

5 X О)

И <в 4 в: 5

X ф

I « о с л X О) с

0J в о

3.6

3.4

3.2 з -

2.8

2.6

2.4

1.2

2.4

Рис. 1. Зависимость степени повышения давления в компрессоре от среднего эффективного давления для тепловозных дизелей типа Д4 9 (ЧН26/26)

Анализ приведенного графика показывает отставание прироста степени повышения давления от повышения среднего эффективного давления, что связано с ограничением по максимальному давлению сгорания ртах

Зависимость степени повышения давления в компрессоре для двигателей Д49t |соответствующая графику (см. Рис. 1), от среднего эффективного давления может быть оценена по следующей формуле: | т^ = 4.01 • Pme0-314 - 1.736

Так если на тепловозных дизелях 12ЧН2 6/2 6 с уровнем форсирования 1.9 МПа (1-2 6ДГМ) степень повышения давления составляла -3.17, то при дальнейшем форсировании двигателя до 2.235 МПа величина составит 3.45.3.5 - (д/г нового поколения 1-26ДГФ).

В работах [23, 8 6] показано, что минимальный уровень к.п.д. турбокомпрессора, обеспечивающий удовлетворительные показатели рабочего процесса КДВС, повышается с ростом степени повышения давления так, что при лк > 3 к.п.д. ТК должен быть не ниже 58%.

Экспериментальные и расчетные исследования [23, 43, 50, 63, 83, 105, 118 и др.] показали, что, чем выше степень форсирования двигателя по среднему эффективному давлению, тем труднее согласовать СТН со свободным ТК с поршневой частью двигателя. "Особенно это проявляется у^ четырехтактных дизелей с общим выпускным коллектором" • [89], т.е. для изобарк й системы турбонаддува, где с понижением частоты вращения коленчатого вала резко падает давление наддува и коэффициент избытка воздуха а. Этот коэффициент является одним из наиболее важных параметров, характеризующих качество рабочего процесса двигателя, и, следовательно, его индикаторные и эффективные параметры, а также показатели токсичности с отработавшими газами (ОГ) [19, 51, 65, 66, 67].

Снижение а на неноминальных режимах сопровождается ростом температурной напряженности деталей двигателя и ограничивает возможности расширения диапазона его работы, что особенно важно для тепловозных двигателей [50]. С учетом того, что дизели магистральных тепловозов значительную часть - времени работают в области средних и малых нагрузок, а затраты на топливо составляют более 40% от всех эксплуатационных расходов, проблема повышения эксплуатационной топливной экономичности тепловозов была и будет оставаться первостепенной.

Высокая инерционность ротора свободного турбокомпрессора приводит к увеличению времени переходных процессов, занимающих от 5 до 20% от всего времени работы магистральных тепловозов, повышению дымности и расхода топлива [64, 67, 83, 88, 89]. Выполненные исследования [67, 89] показали, что "нельзя добиться радикального улучшения качества переходных процессов только увязкой топливоподачи с давлением наддува без нормализации воздухоснабжения."

Изменение внешних условий, профиля пути следования поезда при эксплуатации магистральных тепловозов, вес поезда и прочие факторы также оказывают существенное влияние на изменение параметров системы турбонаддува и через них влияют на показатели КДВС [67, 85, 89]. Поэтому на современных форсированных дизелях нашли применение способы регулирования агрегатов двигателя и системы турбонаддува, позволяющие поддерживать параметры двигателя на требуемом уровне. Вместе с тем на отечественных тепловозных дизелях регулирование турбонаддува еще не нашло достаточно широкого применения. На эксплуатирующихся в настоящее время тепловозах наблюдается повышенный расход топлива, увеличенная дымность и токсичность выбросов с отработавшими газами [50, 64] не отвечающие современным требованиям.

Поэтому изыскание путей повышения коэффициента избытка воздуха до оптимальной величины и улучшения эксплуатационной топливной экономичности с учетом требований по токсичности с отработавшими газами при форсировании тепловозных дизелей за счет выбора рациональной схемы турбонаддува, совершенствования их агрегатов и способов их регулирования является актуальной задачей.

Кроме системы турбонаддува со свободным турбокомпрессором на высокофорсированных дизелях нашли применение следующие системы турбонаддува:

- двухступенчатая с промежуточным охлаждением воздуха;

- регистровая;

- с силовой турбиной;

- "Гипербар". исследования, посвященные созданию двухступенчатой системы турбонаддува, рассмотрены в .многочисленных работах [23, 58, 81, 91, 130 и др.].

Расчетные к экспериментальные исследования, выполнен-ные в работе [23] показали, что применение двухступенчатой системы турбонаддува с промежуточным охлаждением 1

Грздуха целесообразно для двигателей при як > 3.5. При этом наиболее рациональной схемой, как по сочетанию конструктивных параметров, так и по устой/' '[востй" работы компрессора в широком диапазоне режимов яг "чется схема, в которой компрессор низкого давления соединен с турбиной низкого давления, а компрессор высокого давления с соответствующей турбиной". В этой работе также определен диапазон оптимальных отношение степеней повышения давления ступеней, обеспечивающий улучшение параметров КДВС на режимах тепловозной характеристики дизель-генератора 1-20ДГ. Сравнение одноступенчатой системы турбонаддува с двухступенчатой показало, что для последней изменение пк и а "по режимам тепловозной характеристике более пологое, что обеспечивает меньшее изменение удельного расхода топлива". Вместе с тем в этой работе отмечается, что, несмотря на определенные преимущества двухступенчатой системы турбонаддува возрастают весогабаритные показатели охладителей наддувочного воздуха.

Обзор отечественных и зарубежных источников показывает, что двухступенчатая система турбонаддува в последнее время не находит широкого применения на высокофорсированных дизелях с уровнем рте до -2.5 МПа. Это связано с прогрессом в области турбонаддува (созданы новые ТК с высокими як и к.п.д.) и недостатками двухступенчатой системы, главными из которых являются повышенная стоимость (до 20.30% от цены двигателя) и худшие весогабаритные показатели [130].

Исследованиями [137] установлено, что применение двухступенчатой системы турбонаддува рационально только "при высоком форсировании (например, на 50%) по сравнению с одноступенчатой системой без существенного повышения механических и термических нагрузок на детали дизеля, когда удельный эффективный расход топлива и температура не имеют первостепенного значения".

Обзор продукции двигателестроительных компаний [108] показывает, что схема турбонаддува с двумя работающими ТК и охладителями- наддувочного воздуха (каждый на свой ряд цилиндров) находит все большее применение на высокофорсированных среднеоборотных дизелях с мощностями от 2000 до 6000 кВт (фирмы GM EMD, Alsthom Ruston Diesels, Rolls-Royce, Ulstein Bergen, Wartsila, и др.), что объясняется хорошими динамическими качествами двигателя и относительной простотой конструкции такой схемы турбонаддува .

Развитием этой схемы является регистровая система турбонаддува, с отключаемыми турбокомпрессорами. Впервые такая система турбонаддува была разработана Д.А. Деховичем и А.И. Меденом на ОАО ХК "Коломенский завод" [1] для мощного судового дизеля.

Фирма S.E.M.T. Pielstick применила регистровую (последовательную) систему турбонаддува с двумя идентйч-ными ТК на двигателях серии РА6 280 STC (12ЧН28/29) с номинальной мощностью 3888 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1050 мин"1, предназначенный для установки на тепловозах и кораблях военно-морского флота. Номинальное давление наддува турбокомпрессора составило 3.4 Бар. Удельный эффективный расход топлива на номинальной мощности замерен на уровне 198 г/кВт.ч. В такой системе турбонаддува до 50% номинальной мощности двигателя работает один ТК, затем по мере возрастания нагрузки включа-ется второй турбокомпрессор. Кроме того, во избежание помпажа в области низких оборотов коленчатого вала открывается перепускной клапан, обеспечивающий перепуск воздуха из компрессора на вход в турбину. Испытания регистровой системы наддува на двигателе 12РА6 с изобарной системой показало ее преимущества по сравнению со штатной импульсной системой и свободным ТК в области частичных нагрузок дизеля. Кроме того, из-за более высокого коэффициента избытка воздуха с регистровой системой наддува был значительно уменьшен уровень дымности (не более 1 ед. индекса Bosh) и снижена температура выпускных газов (на 30.100 К) .

В работе [106] указывается, что за счет использования последовательной системы турбонаддува с двумя ТК были улучшены тяговые характеристики высокофорсированного среднеоборотного дизеля 16РС2.5 фирмы S.E.M.T. Pielstick. Система турбонаддува обеспечила работоспособность дизеля в широком диапазоне температур окружающего воздуха от 325 до 24 4 К, максимальную экономичность при частоте вращения коленчатого вала 50.55% от номинальной, а также снижение дымности и температурной напряженности деталей двигателя в широком диапазоне нагрузок за счет повышения коэффициента избытка воздуха.

На ряде дизелей фирмы MTU (ФРГ) серии 396 применяется регистровая система двухступенчатого турбонаддува при як = 3.8, причем регулирование наддува осуществляется цифровой ЭВМ [129], за счет чего достигается уменьшение расхода топлива до 5% и снижение выбросов NOx с ОГ.

Последовательная система турбонаддува также используется с турбокомпрессорами Японской фирмы IHI Turbo [108].

Однако регистровой системе наддува свойственен и ряд недостатков:

- усложнение конструкции, связанное как с использованием нескольких ТК, так и устройствами для их переключения;

- невысокая надежность работы переключаемых заслонок;

- возрастание стоимости системы и работ по обслуживанию.

Возможности использования избыточной энергии выпускных газов в силовых турбинах была показана в работах К. Циннера и ХПИ [91]. Исследование улучшения параметров двигателей за счет применения системы турбонаддува с силовой турбиной и ее влияние на показатели КДВС рассмотрены в работах [28, 23, 38, 50, 63, 90 и др.].

В работах Д.А. Деховича [3, 27, 23] показано, что для дизелей высокофорсированных теплорозных дизелей наиболее рациональной схемой является схема, в которой СТ расположена по ходу газа за свободным турбокомпрессором. В работе [136] на основе проведенного анализа показано, что для судовых двигателей мощностью более 4 000 кВт наиболее рациональной схемой является параллельное соединение СТ и свободного ТК по подводу газа.

Расчетные и экспериментальные исследования [3, 23, 59, 90] показали, что система турбонаддува с' силовой турбиной, расположенной последовательно за ТК позволяет повысить эффективность использования энергии выпускных газов на режиме номинальной мощности, а также улучшить параметры на дробных, нагрузках. Экспериментальные исследования, проведенные ОАО ХК "Коломенский завод" на' дизель-генераторе 2В-9ДГ (16ЧН26/26) показали, что применение силовой турбины позволяет улучшить топливную экономичность на режиме номинальной мощности на 4 г/кВт.ч и на режимах частичных нагрузок на 5.8 г/кВт.ч. Время г переходного процесса с холостого хода др номинальна. мощности сокращается на 35.4 0% по сравнению со штатной системой турбонаддува от свободного ТК [27].

Несмотря на преимущества, система турбонаддува с силовой турбиной имеет ряд недостатков, сдерживающих ее широкое применение:

- сложность конструкции (требуется механическая передача, гидромуфта, устройство перепуска для отстранения от помпажа компрессора и регулятор наддува);

- повышение температурных напряжений в области высоких нагрузок двигателя (в связи с отсутствием продувки при выборе оптимального отношения (pint/Рт) ном) /

- высокая стоимость (связанная главным образом со стоимостью механической передачи, особенно возрастающая при параллельном соединении СТ и ТК).

Силовые турбины выпускают многие фирмы, среди которых можно отметить такие известные как MAN B&W (серии PT/PTG), ABB Turbo Systems и др. В то же время по последним данным [105], фирма ABB Turbo Systems ранее выпускавшая силовые турбины, теперь их не предлагает, так как высока стоимость механической передачи, а цена топлива все еще низка, чтобы окупить необходимые вложения.

Стремление ! улучшить рабочие характеристики) i . ! транспортного КДВС привели к разработке французской фирi ! мой Hyperbar Diesel системы турбонаддува типа "Гипербар'

60]. Применение этой системы позволяет повысить среднее; i ; эффективное давлегние на среднеоборотных двигателях до'

1 1 I

40 Бар. Фирма SSCM применила подобную систему на двигаН

1 ; ! ■ ' i теле магистрального тепловоза вместр двигателя 12VM(pCj фирмы SACM), испытания которого проходили при участии

I 1

SNCF. ' I : I

Проведенные! стендовые и первоначальные испытания показали, что система турбонаддува "Гипербар" для двигателей средней размерности позволяет [60, 99]: i

I I < !

- существенно повысить удельную мощность при значительном снижении массы (в 3 раза) и габаритов установки в 1.2 6 раз)j что увеличило грузоподъемность и скорость I поезда; j i

- работать в I широком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха;

- быстро воспринимать изменение нагрузки и частоты вращения по сравнению со штатной системой; турбонаддува.

Однако системе турбонаддува "Гипербар" присущи недостатки, среди которых [60, 91]:

- повышенный расход топлива (ухудшение до 10%);

- возросшая сложность конструкции (требуется большее количество трубопроводов, дополнительная камера сгорания и управляющие клапаны);

- повышение температуры крышки цилиндров между седлами клапанов на 50.70 К;

- недостаточная надежность, необходимая для широкого применения на железнодорожном транспорте;

- повышенный уровень шума.

Кроме фирм SS.CM и SACM, систему наддува "Гипербар" для повышения удельной мощности судовых и тепловозных дизелей применяют -^Фирмы S.E.M.T. Pielstick, MTU. Исследование системы наддува "Гипербар" занимались в ЦНИДИ на двигателях 6ЧН21/2!1 и 6ЧН15/18 [79].

Однако отмеченные недостатки предопределили ограниченное применение системы турбонаддува' "Гипербар" на транспортных и, в частности, на тепловозных дизелях.

Обзор источников касающихся применению различных систем турбонаддува показал, что общей тенденцией двига-телестроительных компаний все еще остается использование систем турбонаддува со свободным турбокомпрессором, а в последнее время все большее применение находят схемы с двумя ТК и охладителями наддувочного воздуха, каждый, на свой ряд цилиндров.

Обзор отечественной и зарубежной технической литературы в области исследований и создания и доводки высокофорсированных комбинированных двигателей внутреннего сгорания показывает тенденцию широкого использования компьютерного моделирования, применения CAE (Computer Aided Engineering)/CAD (Computer Aided Design) - систем, что существенно снижает затраты, повышает гибкость, обеспечивает высокое качество производства, сокращения сроков доводки и улучшения показателей КДВС. Поэтому наряду с экспериментом все современные исследования проводятся с активным использованием средств вычислительной техники и компьютерного моделирования. При этом в качестве объекта исследования выступает математическая модель, описывающая процессы, происходящие в агрегатах и системах КДВС.

Существенный вклад в теоретические основы расчета рабочего процесса КДВС внесли работы ученых А.С. Орлина, Д.Н. Вырубова, И. И. Вибе, Н.М. Глаголева, М.Г. Круглова, Д.А. Портнова, А.Э. Симеона, Н.Н. Иванченко, С.И. Погодина, С. М. Васильева-Южина, Е.Е. Коссова и др.

В настоящее время разработаны различные методы, позволяющие моделировать рабочий процесс КДВС. В зависимости от целей и задач исследования используются как достаточно сложные математические модели [43, 69], так и упрощенные [11, 41 и др.], разнообразна и методология использования моделей.

Проблеме улучшения топливной экономичности КДВС, решаемой с использованием вычислительной техники, посвящены многочисленные работы [8, 11, 12, 23, 38, 41, 50, 63, 64, 65, 66 и др.]. Решением данной проблемы для транспортного КДВС является получение такого сочетания его параметров, которое обеспечивало бы наилучшие технико-экономические показатели в широком спектре эксплуатационных режимов. На сегодня имеется ряд работ, в которых показано, что улучшение топливной экономичности транспортных дизелей можно достичь методами математического моделирования, определяя их оптимальные конструктивные и регулировочные параметры [5, 23, 44, 49, 74, 95, 102 и др.].

Известные работы, связанные с решением оптимизационных задач рабочего процесса двигателей нацелены на минимизацию расхода топлива. Из них значительную часть составляют те, в которых в качестве критерия берется удельный эффективный расход топлива на режиме номинальной мощности двигателя [20, 38 и др.]. В то же время для транспортных дизелей характерна работа в широком диапазоне режимов. Наиболее используемые режимы - частичные нагрузки. В связи с этим в некоторых работах, посвященньгх оптимизации, параметров КДВС наряду с режимом номинальной мощности производился учет неноминальных режимов. Например, в работах [49, 65 и др.] полученные данные в результате оптимизации режима .номинальной мощности предлагается уточнять по режиму наибольшего крутящего момента. < < ч ■ '

Согласно [4] для улучшения топливной экономичности транспортных КДВС предлагается проводить многорежимную оптимизацию с заданными коэффициентами загруженности двигателя на каждом из расчетных режимов.

Оптимизация параметров КДВС с использованием критерия среднеэксплуатационного расхода топлива Ьет/ учитывающего различные режимы и относительное время работы двигателя, применена в работах [23, 74 и др.].

На основе проведенного анализа в работе [105] указывается, что только за счет оптимизации в целом системы наддува и рабочего процесса для каждого двигателя и его назначения в будущем возможно получение высоких технико-экономических показателей.

На основе метода малых отклонений [65] в работе [73] проведен анализ различных способов регулирования системы воздухоснабжения КДВС, включающей свободный ТК. Анализ проводился с использованием уравнения расхода газа через турбину и уравнения баланса мощностей турбины и компрессора, в результате которого были получены "коэффициенты влияния" различных способов регулирования воздухоснабжения. Как отмечают авторы, физический смысл полученных коэффициентов отражает эффективность различных способов регулирования ТК, при изменении частоты вращения коленчатого вала и условии pint = const. Главными выводами этого анализа являются сравнения эффективности различных способов регулирования турбокомпрессора при повышении давления наддува, т.е. степени форсирования двигателя. Эти способы по степени влияния располагаются в следующем порядке:

- перепуск газа;

- дополнительная камера сгорания (при як > -1.8);

- подвод дополнительной энергии к ротору ТК и перепуск воздуха (при-Як > ~2.8).

В то же время регулирование площади сечения соплового аппарата турбины, степени охлаждения наддувочного воздуха, перепуск воздуха из компрессора на вход турбины и изменение фазы в,пуска показали неизменность их коэффициентов влияния с повышением я*. Поэтому последние способы регулирования наиболее эффективны для двигателей средней и низкой степени форсирования. Однако как отмечают сами авторы, "регулирование воздухоснабжения будет оказывать влияние на параметры рабочего процесса двигателя. 3 связи с этим при окончательном выборе целесообразного способа регулирования необходимым условием должно быть получение таких параметров рабочего процесса, которые обеспечивали бы требуемую надежность двигателя и . топливно-экономические показатели". Это может быть установлено на основе сравнительных расчетов характеристик двигателей без регулирования и с регулированием воздухоснабжения.

Фирмой МаК совместно с ABB Turbo Systems разработана и запатентована новая система наддува для улучшения характеристик среднеоборотных форсированных дизелей, так называемая Variable Multi- "Pulse (VMP) - система турбонаддува [ 118 > 119]. Эта система сочетает преимущества импульсной системы турбонаддува и системы постоянного давления, обеспечивает оптимальное давление наддува на всех режимах работы двигателя. Конструктивно система содержит осевую турбину, оптимизированную как на режим полной ' мощности, так и на режимы частичных нагрузок, управляемое конвертерное устройство, двойной подводящий корпус и двойной сопловой аппарат, а также систему управления. Специальный конвертерный модуль является "сердцем" данной системы турбонаддува, его выходные патрубки с изменяемым поперечным сечением преобразуют энергию давления выпускных газов в кинетическую энергию. Экспериментальные исследования, проведенные на двигателях 8М4 53С, показали преимущества новой системы турбонаддува:

- расширение диапазона работы двигателя и повышение крутящего момента на низких оборотах коленчатого вала;

- повышение топливной экономичности во всем диапазоне рабочих режимов по сравнению со штатной импульсной системой турбонаддува на 5.15 г/кВт.ч;

- сокращение времени переходных процессов;

- возможность работы в широком диапазоне изменения параметров окружающего воздуха без стравливания воздуха или газа в атмосферу;

- снижение температуры выпускных газов на частичных нагрузках и в переходных процессах;

- снижение дымности во всем диапазоне работы двигателя; г пониженные напряжения деталей турбины по сравнению со штатной импульсной системой турбонаддува;

- снижение температурных напряжений деталей, соприкасающихся с отработавшими газами (выпускные клапана);

- уменьшение токсичности с отработавшими газами особенно на режимах частичных нагрузок (СО, N0X) .

Фирмой МаК совместно с Holset Engineering Deutschland также была разработана так называемая Variable Radial Turbine (VRT) - система турбонаддува, с возможностью применения на двигателях мощностью от 500 до 3000 кВт

148]. Конструктивно система выполнена в виде сдвоенного соплового аппарата в корпусе турбины (один настроен на режимы близкие к полной мощности, другой - на режимы малых нагрузок двигателя), переключаемого на режиме 75% от полной мощности двигателя. Проведенные эксперименты показали преимущества VRT-системы по сравнению с системой турбонаддува от свободного турбокомпрессора, полученные параметры в целом аналогичны системе VMP. Двигатели с такими системами наддува предполагается использовать как в качестве судовых, так и тепловозных. Однако, несмотря на видимые преимущества описанных выше VMP и VRT - систем турбонаддува, последние отличаются высокой стоимостью I модернизации существующих двигателей. Кроме того, как отмечает фирма-разработчик, такие системы требуют высокого уровня технического обслуживания и дополнительный объем связанных с этим работ.

Вопросам, связанным с лопаточным регулированием турбокомпрессора посвящены мнбгочисленные работы [3, 6, 21, 23, 86, 133, 135 и др.]. Несмотря на это, регулирование турбокомпрессора за счет изменения площади соплового аппарата турбины и диффузора компрессора не нашло широкого распространения на тепловозных дизелях вследствие ряда причин, основные из которых - высокая . сложность конструкции и невысокая надежность.

Исследованиям влияния перепусков воздуха и газа -на показатели тепловозных дизелей типа 16ЧН26/26 и рассмотрение возможностей улучшения эксплуатационной экономичности посвящены работы [26, 24]. В работе *[63] на основе математического моделирования и экспериментальных данных показано "влияние уровня и характера измену ия к.п.д. агрегатов наддува на параметры КДВС при перепуске части сжатого в компрессоре воздуха на вход в турбину. Расчетно-экспериментальными методами показаны возможности улучшения характеристик тепловозных дизелей 16ЧН2 6/26 по снижению на 1.4% расхода топлива на частичных нагрузках".

Регулирование турбонаддува посредством перепусков воздуха или газа достаточно широко применяется зарубежными фирмами при одновременной настройке ТК на большие давления наддува с его повышением на частичных нагрузках и ограничением в области высоких нагрузок за счет выпуска воздуха или газа. Такое регулирование, например, использует фирма ABB Turbo Systems [138] и многие другие компании по производству дизелей и турбокомпрессоров.

В нашей стране на высокофорсированных дизелях ОАО ХК "Коломенский завод" также нашли применение способы;регулирования турбокомпрессоров за счет перепусков [24]. Например, на тепловозных дизелях типа 12ЧН26/26 мощностью 2 650 кВт используется регулятор наддува, обеспечивающий в области средних нагрузок перепуск воздуха из компрессора на вход в турбину, а на режимах близких к полной мощности i выпуск воздуха в атмосферу. Последний способствует ! , I ограничению давления наддува, а значит и максимальнЬго давления сгорания, но недостатком его является ухудшение топливной экономичности пропорционально величине перепускаемого воздуха. Выпуск газа более целесообразен с точки зрения лучшей топливной экономичности, так как в работах

23, 63] показано, что при выпуске воздуха происходит почти в два раза большее повышение, удельного эффективного расхода топлиэа, чем при выпуске газа. I

В многочисленных патентах также предлагаются различные решения регулирования турбонаддува посредством перепусков. Например, в [142] описывается КДВС и система

I < наддува, регулируемая посредством выпуска газа перед i турбиной в зависимости от атмосферных условий. Управление i осуществляет (микропроцессорная систем управления, также

I ; представлена j схема и алгоритм управления. Управление производительна основе обработки информации с датчиков: оборотов коленчатого вала пдв, давления наддувочного воздуха после охладителя pint, параметров окружающего воздуха на всасывании в компрессоре pair и Tair- Предложенная схема КДВС обеспечивает поддержание заданного давления наддувочного на режимах близких к полной мощности воздуха в широком диапазоне изменений параметров окружающего воздуха.

Однако, как показала практика применения регуляторов наддува с перепускными клапанами, недостатком последних является невысокая надежность работы (особенно для клапанов с выпуском газа перед турбиной), и в связи с этим возможность попадания компрессора в помпаж, повышение механических нагрузок деталей двигателя и турбокомпрессора сверх допустимых пределов на режимах регулирования ТК.

Определенный интерес проявляется к регулированию турбонаддува за счет подвода дополнительной энергии к ротору ТК, о чем' свидетельствуют появившиеся публикации и усиление патентной активности в зарубежных странах по этой тематике [ 142, 143, 14 4 - и др.]. *

Дополнительная энергия к ротору, турбокомпрессора может быть подведена как от коленчатого вала через меха

ИКХ'ЛЧСЛАЖ f v Аътогтм J ническую передачу и муфту, так и от электрического мотора. Последний случай может найти большее применение в связи с разработкой новых высокооборотных электродвигателей и устройств для их управления, а также очевидным преимуществами электронного регулирования, независимого от скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Согласно данным фирмы Allied Signal Turbo Systems [14 4] для улучшения работы двигателей на переходных режимах новые турбокомпрессоры Garrett D EAT (Electric Assist Turbocharger) оборудованы встроенным высокооборотным мотор-генератором. Последний имеет электронное управление и установлен между колесом компрессора и турбины.

В режиме мотора осуществляется электронное управление турбонаддувом увеличением числа оборотов ротора турбокомпрессора. В режиме генератора производится уменьшение оборотов ротора, а вырабатываемая электроэнергия используется для увеличения мощности двигателя или во вспомогательных устройствах. Как отмечает фирма, другим преимуществом турбокомпрессора с высокооборотным мотор-генератором является уменьшение расхода топлива и улучшение характеристик вследствие оптимальной работы турбокомпрессора без использования системы перепуска отработавших газов.

Согласно [64] на четырехтактных тепловозных дизелях турбокомпрессоры с подводом дополнительной энергии к ротору до настоящего времени не устанавливались. Однако уже ведутся научно-исследовательские.работы, направленные на возможности использования такого регулирования ТК для тепловозных дизелей (ОАО "СКБТ" г. Пенза, ВНИИЖТ, ВНИТИ).

В работе [41] на основе расчетных исследований, проведенных применительно к тепловозному двигателю маневрового назначения 8ЧН26/26 с различной степенью форсирования по pme, показаны преимущества схемы турбонаддува с подводом дополнительной мощности к ротору ТК от высокооборотного электродвигателя по сравнению со схемой наддува от свободного турбокомпрессора. Получены данные, демонстрирующие рациональность схемы наддува с подводом дополнительной энергии к ротору ТК от электродвигателя по сравнению с подводом дополнительной энергии к ротору ТК от коленчатого вала через повышающий редуктор и муфту свободного хода. В этой работе также проведена оценка влияния величины крутящего момента электродвигателя на параметры переходного процесса дизеля типа 8ЧН2 6/2 6. Однако в сформулированных требованиях к электродвигателю, мощность последнего, по заявлению автора, должна составлять около 5% от номинальной мощности дизеля. Такое высокое процентное отношение в определенной мере приемлемо для тепловозных дизелей маневрового назначения, где требования приемистости двигателя имеют приоритетное значение. Однако для высокофорсированных дизелей магистральных тепловозов такие величины мощностей электродвигателя будут ограничиваться как весогабаритным показателям, так и его стоимостью. Особенностью проведенных исследований является то, что характеристики агрегатов турбонаддува задавались по эмпирическим зависимостям, что ограничивает область применения модели определенными типами ТК, и вносит погрешности в результаты исследований при изменении конструктивных параметров агрегатов наддува. В работе также не показано изменение положения гидравлической характеристики двигателя на характеристике компрессора при подводе дополнительной мощности к ротору ТК. Кроме того, в данном исследовании с использованием математического моделирования были приняты допущения о постоянстве тепловой эффективности охладителя наддувочного воздуха по режимам работы КДВС, что не соответствует действительности.

Рассмотрены не все вопросы, касающихся улучшения характеристик системы турбонаддува дизелей магистральных тепловозов. Недостаточно исследованы возможности повышения среднеэксплуатационной топливной экономичности за счет разной настройки системы турбонаддува и применения различных схем, в том числе схемы с электрическим мотор-генератором. Для последней схемы не полностью исследовано влияния подвода дополнительной мощности к ротору ТК на изменение показателей двигателя и турбокомпрессора, недостаточно освещен вопрос выбора рациональной мощности электрического мотор-генератора с учетом стационарных и переходных режимов работы магистральных тепловозных дизелей с различным уровнем форсирования по среднему эффективному давлению, а также нечетко определен диапазон работы электрического мотор-генератора в режиме мотора и генератора.

В результате проведенного обзора литературных источников сформулированы следующие задачи исследования: 1. Проведение стендовых испытаний высокофорсированных тепловозных двигателей (с разными рте) , разработка методики, алгоритмов и программ для моделирования характеристик КДВС с различными схемами турбонаддува и использованием результатов экспериментов.

2. На основе расчетно-экспериментальных исследований проведение оценки возможностей повышения среднеэксплуа-тационной топливной экономичности, приемистости и расширения диапазона работы дизелей магистральных тепловозов с учетом экологических показателей для различных схем турбонаддува при разном уровне форсирования по рте за счет различной настройки турбокомпрессора, изменения характеристик охладителя наддувочного воздуха, регулирования СТН со свободным ТК посредством перепусков воздуха или газа и подвода (отвода) мощности к ротору ТК от высокооборотного электрического мотор-генератора.

3. Обобщение и использование результатов полученных в настоящей работе и разработка перспективной схемы турбонаддува высокофорсированного КДВС магистрального тепловоза с целью повышения' эксплуатационной надежности и экономичности, а также уменьшения выбросов с г отработавшими газами.

В процессе создания рядов двигателей ЧН2 6/26 и ЧН30/38 на ОАО ХК "Коломенский завод" под руководством д.т.н. Никитина Е.А. и Деховича Д.А. были созданы ряды турбоагрегатов, по своим параметрам соответствующие передовым показателям ведущих фирм. Создана школа проектирования и исследования этих "агрегатов. Настоящая работа продолжает проводимые исследования в направлении улучшения характеристик1 турбоагрегатов тепловозных дизелей. С

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Шепелев, Вячеслав Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена научно-техническая задача улучшения характеристик системы турбонаддува магистральных тепловозных дизелей. Решение этой задачи имеет важное народно-хозяйственное значение, так как создаются условия по форсированию двигателей по рте до 2.3 МПа с высокими технико-экономическими показателями: надежностью, минимальным среднеэксплуатационным расходом топлива, приемистостью более 110 кВт/с, удовлетворяющими ГОСТ Р 5124 9-99 выбросам с отработавшими газами при адаптации системы турбонаддува к изменяющимся условиям эксплуатации. В основу решения проблемы положены современные научные методы, основанные на широком использовании методов математического моделирования и стендовых испытаний.

В диссертации получены следующие результаты:

1.Разработана математическая модель и алгоритмы расчета характеристик 4-х тактного КДВС с различными СТН и уточненным' расчетом ОНВ. На основе разработанной ММ и ее алгоритмов создан ПК "Дизель+Турбокомпрессор". Универсальность использования ММ применительно ко всем расчетным модулям достигается особенностью ее реализации на ПЭВМ (сочетанием динамической библиотеки DLL, написанной на языке программирования С++ и системы Mathcad) , что обеспечивает гибкость ее использования применительно к широкому кругу задач исследования КДВС.

2.Разработана методика, создан алгоритм и расчетная программа, позволяющая на основе экспериментальных данных КДВС аналитически определять расчетные параметры, используемые в модели расчета рабочего процесса дизеля, тем самым, обеспечивая настройку ММ для конкретного типа КДВС.

3. Получены результаты влияния температуры наддувочного воздуха на показатели КДВС, определена оптимальная температура Tintopt по ' режимам ТХ КДВС 12ЧН26/26, обеспечивающая снижение температурной напряженности и повышения эксплуатационной топливной экономичности.

4 . Расчетные и экспериментальные исследования, проведенные для высокофорсированного тепловозного двигателя 12ЧН26/26 мощностью 2650 ,кВт, показали, что установка модернизированного ОНВ2 (Еонв « 0.93) при условии сохранения габаритов ОНВ, позволяет снизить температурную напряженность, среднеэксплуатационный расход топлива двигателя на -0.8 г/кВт-ч распределение нагрузок ВНИИЖТ), уменьшить вредные k выбросы с ОГ. Установлено, что высокофорсированные КДВС ЧН26/26 с Рте > 1.6 МПа должны иметь Еонв ^ 0.9.

5.Разработаны методики, алгоритмы и программы для ПК: оптимизации параметров агрегатов системы турбонаддува со свободным ТК, исследования влияния перепусков части воздуха или газа на параметры КДВС, оптимизации давления наддува двигателя и определения резервов повышения топливной экономичности. Проведены исследования по' улучшению характеристик СТН со свободным ТК для КДВС 12ЧН26/26.

6.Разработана схема системы турбонаддува с высокооборотным электрическим МГ и микропроцессорной системой управления - с программно-поисковой адаптацией. На основе математического моделирования применительно к КДВС 12ЧН26/26 исследовано влияние подвода дополнительной мощности к ротору ТК от МГ и ' отвода ее от ТК к МГ на параметры КДВС.

7.На основе сравнительных исследований установлено, что перспективной СТН для высокофорсированных дизелей магистральных тепловозов с уровнем рте = 1.6.2.3 МПа, является СТН ТК+МГ, обеспечивающая повышение технико-экономических показателей КДВС во всем спектре его эксплуатационных режимов. При этом целесообразно использование одного ТК большого размера, а расчетная мощность МГ должна находиться в диапазоне 1.0.1.5% от номинальной мощности КДВС.

8. Срок окупаемости КДВС 12ЧН26/2 6 (РеНом = 2650 кВт) с модернизированным ОНВ2 составляет 4.4 года.

9.Срок окупаемости СТН ТК+МГ (расчетная мощность обратимого высокооборотного электродвигателя Рмг = 30 кВт) для тепловозного КДВС 12ЧН26/26 (Ре ном = 2650 кВт) составляет 2.4 года. ;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шепелев, Вячеслав Александрович, 2001 год

1. А.С. 318321, СССР., 'М. F02b 37/00 Система наддува двигателя внутреннего сгорания/Д.А. Дехович, П.С. Моргулис, В.Г. Перфилов, Э.А. Улановский (СССР) № 1323421/24-6, заявл. 24.04.1969 г.

2. Агрегаты воздухоснабжения комбинированныхдвигателей/Д.А. Дехович, Г.И. Иванов, М.Г. Круглов, П.С. Моргулис, В.Г. Перфилов; под ред. М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1973. - 296 с.

3. Алякринский К.А., Шестернева Н.М., Оптимизация рабочего цикла дизеля на эксплуатационных режимах методом случайного поиска экстремума//

4. Быков В.Ю., Возможности- улучшения топлигюй экономичности высокофорсированного турбопоршневогодизеля в условиях ограничения максимального давления сгорания//Двигателестроение. 1986. - №12. С. 45-46

5. Вахтель В.Ю., Рудерман И.Л., Прогнозирование оптимальных параметров тракторного дизеля//Двигателестроение. 1984 . - N'2. - С. 5-9

6. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М.гМАШГИЗ, 1962. 271 с.

7. Волкомирский И.И. Разгон дизеля с газотурбинным наддувом//НИИИНФОРМТЯЖМАШ. 1973, 4-73-11.1. С. 40-44

8. Володин А.И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. М.:Транспорт, 1985. - 216 с.

9. Володин А.И., Фофанов Г.А. Топливная экономичность силовых установок тепловозов. М.:Транспорт, 1979. -126 с.

10. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация.- М.:Мир, 1985. 509 с.

11. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте.

12. М.:Транспорт, 1990. 135 с.

13. Грузовые железные дороги Северной Америки//Железные дороги мира. 2000. - №4. - С. 5-6

14. Грузовые перевозки Великобритании итоги и перспективы//Железные дороги мира. - 2000. - №6.- С. 5-6

15. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М. : Высшая школа, 1989.- 752 с.

16. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей/Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др. М. .'Машиностроение, 1985.- 456 с.

17. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей/Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др. М. :Машиностроение, 1983.- 372 с.

18. Дельник Л.Б., Ю.Э. Исерлис Оптимизация параметров ДВС на основе симплексного метода//Двигателестроение. 1980. №6. - С. 3-5

19. Ден Г.Н., Проектирование проточной части центробежных компрессоров. Л.:Машиностроение, 1980. - 293 с.

20. Дехович Д.А. Выбор наружного диаметра входа колеса компрессора//Двигателестроение. 1982. - № 4.- С. 22-23

21. Дехович Д.А. Создание и развитие новых систем и агрегатов турбонаддува для высокофорсированных транспортных двигателей, дисс.д. т. н. : 05 .04 .02. Коломна, 1988. 355 с.

22. Дехович Д.А. Улучшение внешней характеристики двигателя 16ЧН26/2 6 путем регулируемого перепуска воздуха из компрессора в турбину//Энергомашиностроение. 1971. - № 6. - С. 37-39 "

23. Дехович Д.А., Башкин, А.В., Потанин В.А., Шепелев В. А. Новое направление в развитии систем турбонаддува высокофорсированных двигателей, Авиационно-космическая, тех-чика: Сб. научн. тр.//У

24. Тепловые двигатели ч энергоустановки. Харьков:

25. Государственный аэрокосмический ун-т "Харьк. авиац. * ин-т", 2000. С. 5-7.

26. Дехович Д.А., Мизернюк Г.Н., Перов К.Ю. Исследование регулирования параметров наддува КДВС методом перепуска части t рабочего тела//Изв.высш.учебн.заведен. М.:Машиностроение. 1988. - № 11.

27. Дехович Д. А., Никитин Е.А. Разработка и исследование систем турбонаддува транспортных двигателей с силовой турбиной//Motor-Sympo. ЧССР. - 1988. - С. 757-763.

28. Дехович Д.А., Никитин Е.А. Улучшение характеристик комбинированного четырехтактного двигателя путем установки силовой турбины//Энергомашиностроение. -1970. № 1. - С. 41-46.

29. Дехович Д.А., Перов К.Ю. Исследование способов улучшения характеристик КДВС за счет перепуска воздуха и газов//Всесоюзная научно-техническая конференция. М.:МВТУ, 1988. - С. 38-39.

30. Дехович Д.А., Перов К.Ю. Математическая модель характеристик КДВС с различными системами турбонаддува//Двигателестроение. 1988. - № 7. - С. 9-12.

31. Дехович Д.А., Поперенко В.П., Сиротенко В.Д., Совершенствование турбокомпрессора 6ТК тепловозного дизель-генератора 1А-9ДГ//Двигателестроение. 1981. - № 2. - С. 28-30

32. Дехович Д.А., Потанин В.А., Пинский Ф.И., Шепелев В. А. Микропроцессорная система управления высокофорсированных двигателей с дополнительным электрическим приводом турбокомпрессора, Тез. докл.

33. XXXI научно-техническая конференция ААИ. М.:МГТУ МАМИ, 2000. - с. 54.

34. Дехович Д.А., Харитонов А.А., Воробьева Н.А., Автоматизация проектирования систем воздухоснабжения КДВС на ЭВМ//Двигателестроение. 1980. - № 11. -С. 29-31

35. Дехович Д.А., Шепелев В.А., Математическая модель оптимизации параметров турбонаддува транспортного двигателя, изд-во КИ МГОУ, Тезисы доклада, Коломна,1999. с. 89.

36. Дехович Д.А., Шепелев В.А., Улучшение топливной экономичности тепловозного дизеля за счет изменения характеристики турбокомпрессора//МГОУ-XXI-Новые технологии. 2000. - № 2. - С. 27-29

37. Железные дороги Франции//Железные дороги мира.2000. № 9. - С. 9-19

38. Жирицкий Г.С. и др. Газовые турбины авиационных двигателей. М.:0боронгиз, 1963. - 608 с.

39. Жмудяк JI.M., Оптимизация рабочих процессов дизелей и нетрадиционных ДВС, дисс.докт.техн. наук: 05 .14 .04, 05.04.02, Барнаул, 1991. 519 с.

40. Жуков М.С., Потанин В.А., Сухарев Н.О., Сухарев О.Н., Совершенствование газотурбинного наддува дизеля маневрового тепловоза//Двигателестроение. 1990. -№ 7. - С. 16-19

41. Задача железных дорог Нидерландов увеличение объема перевозок//Железные дороги мира. - 2000. - № .4.v1. С. 6-8

42. Заручейский А.В. Повышение топливной экономичности силовых установок тепловозов путем совершенствованиясистем воздухоснабжения: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2000.-22с.

43. Иванченко Б.И., Дехович Д.А. и др. Машинно-ориентированные методы расчета комбинированных двигателей. М.:Машиностроение, 1978. - 168 с.

44. Иванченко Н.Н., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув. JI. :Машиностроение, 1983. - 198 с.

45. Иващенко Н.А., Горбунова Н.А. Методика и результаты оптимизации рабочего процесса тепловозного дизеля// Двигателестроение. 1989. - №5. - С. 10-12

46. Инвестиции в развитие железных дорог Мексики// Железные дороги мира. 2000. - № 9. - С. 14-16

47. Инструкция по применению смазочных материалов на локомотивах и мотор-вагонном подвижном составе, МПС ЦТ/4289. М.:Транспорт, 1986. - 45 с.

48. Касандрова О.Н., Лебедева В.В. Обработка результатов исследований. М.:Наука, 1970. - 103 с.

49. Климат СССР. Районирование и статические параметры климатических факторов для технических целей ГОСТ 16350-80. М.:Госкомитет СССР по стандартам, 1980

50. Козлов С.И., Погодин С.И. Некоторые результаты оптимизации параметров рабочего процесса транспортных турбопоршневых двигателей с высоким наддувом// Двигателестроение. 1983. - №2. - С. 10-13

51. Коссов Е.Е, Сухопаров С.И. Оптимизация режимов работы тепловозных- дизель-генераторов. М.:Интекс, 1999. -183 с.

52. Марков В.А., Кислов В.Г., Хватов В.А. Характеристики топливоподачи транспортных дизелей. М.:Изд-вл МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1997. - 160 с.

53. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей. J1.:Судостроение, 1986. - 248 с.

54. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М.:ВНИТИ МПС, 1999. - С. 132-142

55. Методические рекомендации по расчету экономического эффекта внедрения научно-технических достижений и передового опыта на предприятиях железных дорог.

56. М.:ВНИИЖТ МПС, 1995. 24 с.

57. Мизернюк Г.Н., Козлов B.C. Исследование характеристик комбинированного ДВС с регулируемыми агрегатами наддува//В сб. : Двигатели внутреннего сгорания, Харьков.: Изд-во Харьк. ун-та. 1977. - Вып. 26. -С. 87-91

58. Моргулис П.С., Перфилов В.Г. Турбокомпрессоры тепловозных двигателей. М.Машиностроение, 1965. -147 с.

59. Никитин Е.А*., Дехович Д.А. Высокоэффективные турбокомпрессоры ПО "Коломенский завод"// Двигателестроение. 1988. - № 5. - С. 15-17

60. Никитин Е.А., Дехович Д.А. Двухступенчатая система турбонаддува комбинированных ДВС//Энергомашиностроение. 1978. - № 1. - С. 1-3

61. Никитин Е.А., Дехович Д.А., Системы и агрегаты турбонаддува современных -комбинированных двигателей//МГ0.У-ХХ1-Новые технологии. 2000. - № 2. - С. 22-24

62. Новая система турбонаддува для тепловозных дизелей// Железные дороги мира. 1979. - № 8. - С. 15-17с.'

63. Носач В.В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров. М.:МИКАП, 1994. - 382 с.

64. Перов К.Ю. Улучшение экономичности транспортных КДВС введением в систему турбонаддува перепуска воздуха или газа, дисс.канд.техн.наук: 05.04.02, М. 1988. -154 с.

65. Поварков И.Л., Антюхин Г.Г. Совершенствование систем воздухоснабжения тепловозных дизелей. М.:Интекст, 1999. - 190 с.

66. Погодин С.И. Рабочие процессы транспортных турбопоршневых двигателей. М.:Машиностроение, 1978. - 312 с.

67. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия. М.:МАШГИЗ,-1963. - 638 с.67:. Работа дизелей в условиях эксплуатации/Костин А. К., Пугачев Б.П., Кочинев Ю.Ю., Костина А.К.j Л.:Машиностроение, 1989. 284 с.

68. Развитие и совершенствование тепловозной тяги/Н.А. Фуфрянский, А.И. Володин, К.И. Домбровский, Н.А. Дроздов, Е.В. Платонов, Г.В. Попов. М.:Транспорт, 1969. - 304 с. ; j

69. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков: изд-во ХГУ, 1981. -144 с. !

70. Расчеты экономической эффективности новой техники/Под ред. К.М. Великанова. 2-е изд., перераб. и доп. -J1.:Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. - 448 с.i

71. Результаты тягово-теплотехнических (паспортных) j испытаний тепловоза 2ТЭ116//Отчет ВНИИЖТ. М., 1989.

72. Рейсдорф К. Borland C++Builder 3; пер. и редакцияjj Москалевой Т. М.:Бином, 1999. - 736 с. ;73. Романов Г.И., Козлов С.И. Выбор рациональных способов регулирования воздухоснабжения турбопоршневыхдвигателей//Двигателестроение. 1982. - № б. С. 5-7

73. Сахаревич В.Д. Оптимизация конструктивных параметров систем воздухоснабжения дизелей по среднеэксплуатационному расходу топлива, дисс.докт .техн.наук: 05 . 04 . 02, Харьков, 1984. 527 с.

74. Симеон А.Э. Газотурбинный наддув дизелей. М.:Машиностроение, 1964. 247 с.

75. Симеон А.Э., Сахаревич В.Д. Оп лизация систем воздухоснабжения дизелей по сг ^эксплуатационному расходу топлива//Двигателестрое: ,е. 1985. - № 3. -С. 3-5

76. Синенко Н.П., Гринсберг Ф.Г., Половинкин И.Д., Розенблит Г.В., Скаженик A.M. Исследование и доводка тепловозных дизелей. М.:Машиностроение, 1975. 184 с. j '78. • боль Е.Н., Погребняк В.В., Эпштейн А.С.,

77. Тартаковский Э.Д. Головко В.Ф., Тернопол'' В.П.s И.

78. Техническая диагностика и , улучшение v Ьре^идныхпроцессов тепловозных , дизелей//НИИИНФОРМТЯЖМАШ.1973, 4-73-22. 45 с. ' 1

79. Соколов С.С., Борецкий Б.М., Ширяев Г.В. Регулируемая система наддува, обеспечивающая широкую зону рабочих режимов дизеля: Труды ЦНИДИ. Повышение надежности и улучшение технико-экономических показателей тепловозных дизелей. - JI., 1983. - С. 28-41

80. Способ регулирования наддува двигателя внутреннего сгорания//В сб. : Двигатели внутреннего сгорания.

81. М.:ЦНИИТЭИтяжмаш, 1984, 18-9-84, С. 2-3

82. Стрелков В.П., Козлов С.И. Двухступенчатые системы воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания// НИИИНФОРМТЯЖМАШ. 1980, 4-80-30. - 47 с.

83. Теория и расчет турбокомпрессоров/ под ред. Селезнева К. П. JI. .-Машиностроение, 1986. - 392 с.

84. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания//А.Э. Симеон, А.3. Хомич, А.А. Куриц. М.:Транспорт, 1987. - 536 с.

85. Тепловозные дизели типа Д49/Е.А. Никитин, В.М. Ширяев, Г.В. Никонов, Д.А. Дехович, Э.А. Улановский, Л.Д. Юз и др. М.:Транспорт, 1982. - 255 с.

86. Тепловозы. Под ред. Н.И. Панова. М. Машиностроение, 1976. - 544 с.

87. Турбокомпрессоры для наддува дизелей/Б.П. Байков, В. Г. Бордуков, П. В. Иванов, Р. С. Дейч.

88. Л.Машиностроение, 1975. 200 с.

89. Фогель X., Вопросы увеличения массы и длины поезда// Железные дороги мира. 2000. - № 9. - С. 31-35

90. Хомич А.З., Топливная эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей. М.:Транспорт, 1987. -271 с.8 9 . Хомич А.3./ Тупицын О.И., Симеон А. Э. Экономия топлива и теплотехническая модернизация тепловозов.- М.:Транспорт, 1975. 264 с.

91. Хуциев А.И. Двигатели внутреннего сгорания с регулируемым процессом сжатия. М:Машиностроение, 1986. - 103 с.

92. Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания; под ред. Н.Н. Иванченко. JI. :Машиностроение, 1978. 264 с.

93. Чичин А.В. Экологический контроль на федеральном железнодорожном транспорте//Экон. желез. дорог. 1999. № 6. - С. 85-90

94. Шепелев А.В., Шепелев В.А. Эффективность применения охладителей наддувочного воздуха при модернизации дизелей типа Д49//Двигателестроение. 1999. - № 4. -С. 35-37

95. Шепелев В.А. Особенности реализации математической модели оптимизации параметров турбонаддува транспортного двигателя в системе Mathcad//Железнодорожный транспорт в современных условиях: Сб. научн. тр. М.:Интекст, 2000.1. С. 155-157

96. Шокотов Н.К. Основы термодинамической оптимизации транспортных дизелей. Харьков: Высшая школа, 1980.- 145 с.

97. Элементы и устройства автоматики/В.С. Подлипенский, Ю.А. Сабинин, JI.Ю. Юрчук; Под ред. Ю.А. Сабинина. -СПб.: Политехника, 1995. -.472 с.

98. Элементы систем автоматизированного проектирования ДВС/Р.М. Петриченко', С.А."Батурин, Ю.Н. Исаков и др.;под ред. Петриченко P.M. JI. .-Машиностроение, 1990. -' 327 с.

99. Akita Н. Simple, light and compact affordable diesel engines, MHI UE Diesel Engine Design Section//Diesel & Gas Turbine Publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993.1. P. 89-91

100. Andre-Talamon T.A. A new hyperbar engine for ship propulsion//SAE Tech. Pap. Ser. 1983, № 830506. -13 pp.

101. Beineke E., Woschni G. Recherische Untersuchung des Betriebsverhallens ein und zweistung aufglandener mittelschnellaufen der Viertaktdieselmotoren//MTZ, 1978., №3. - 93-98

102. Bexell A. Efficiency key word diesels, Scania Industrial and Marine Engines//Diesel & Gas Turbine publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993. P. 105-107

103. Bode E. Grenzen bei der Optimierung der einstufigen Abgasturboaufladung von Viertakt-Dieselmotoren//MTZ, 1987, 48. № 7/8. - 303-307

104. Brady R. N. Modern Diesel Technology, Prentice-Hall Inc. A Simon & Schuster Company, Englewood Cliffs, New Jersey, 1996. 672 p.

105. Bulaty Т., Glanzmann W. Bestimmung der Wiebe-Verbennungsparametr//MTZ, 1984. 45. - 299-303

106. Codan E. Optimizing the turbocharging of large engines in the future//CIMAC, Copenhagen 1998, v.4. -P. 967-984

107. Danyluk P., Gurowski G., Chen S.K. Benefits of sequential turbocharging in improving high torque in low speed operation of medium-speed diesel engines// CIMAC, Copenhagen 1998, v.4. P. 995-1006

108. Developments of Russian Engine Builder, Kolomna Plant JSC, A Worldwide Report on Engine Builder Activity, Including New Models, Technologies & Apps//Diesel & Gas Turbine' Worldwide, December 1999. P. 44-46

109. Diesel & Gas Turbine Catalog 2000.

110. Diesel & Gas Turbine Catalog, Volume 59, 1994.

111. Diesel & Gas Turbine Catalog, Volume 64, 1999.

112. Engine Management Enhancements From Deutz//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1998. P. 54-55

113. EngineTech496, Bravo for Fast Cats, Bazan Motores//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1996. P. 36-38

114. EngineTech496, Enhancements to 632 Engine Series, Deutz MWM//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1996. P. 42

115. EngineTech496, New Engines for All Markets Cummins Engine Company, Columbus//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1996. P. 46-48

116. EngineTech496, New H-Engine A Four-Stroke - From EMD, General motors//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1996. - P. 4 6-48

117. EngineTech496, Progress In Power Generation and Marine, GEC> Ai'^thom Ruston Diesels//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1996. P. 46

118. Hafner R. Shaped by practice and designed by modern methods, KRUPP MaK//Diesel & Gas Turbine Publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993. P. 68-69

119. Heintze W. New turbocharging system enhances load acceptance capability of medium-speed diesels//Diesel & Gas Turbine Worldwide, March 1992. P. 16-20

120. Heintze W. Turbo-charger optimizes part-load operation//The Motor Ship, February 1992. P. 13-15

121. H-Engine Introduced by EMD, Electro-Motive Division General Motors Corporation//Diesel & Gas Turbine Worldwide, December 1998. P. 56-58

122. Hi-Efficiency Turbocharger Range Extended//Diesel & Gas Turbine Worldwide, May 1995. P. 12-14

123. Holer H.U., Lutz Fh.W. Aufladetechnische Konferenz 1988//MTZ, 1988, 49. № 12. - 506-508

124. Imakiire K. Turbocharger development for large diesel engines, MHI Turbo-Machinery Design Section//Diesel & Gas Turbine Publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May .1993. P. 91-93

125. Jones K.E., Dunteman N.R. New technologies enhance customer satisfaction, Electro-Motive Division Of General Motors//Diesel & Gas Turbine publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993. P. 55-57

126. Kohler H.W. NR-Abgasturboloader verbessen Motor-Beschleunigungsverhalten//MTZ, 1991, 52. № 6. -314-316

127. Kungerger К. New generation of ABB turbochargers on test//Diesel & Gas Turbine Worldwide, Dec. 1996. -P. 80-81

128. MacKinnon J.M. Achieving tomorrow's goals with today's developments, GEC ALSTOM Diesels//Diesel & Gas Turbine publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993.1. P. 62-64

129. Mathcad 6 PLUS, Финансовые и инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. М.:Информационно-издательский дом "Филинъ",. 1997. - 712 с.

130. MTU-Baureihe 396 ve,rvollstandigt//HANSA, 1987, 124. № 4. - P. 172-174

131. Muller R. Two-stage turbocharging: the potential and the problems//The Motor Ship. 1978, 58. - № 692. -P. 74-76

132. Mullins P. Napier 557 turbocharger extends EGT rangeupward//Diesel & Gas Turbine Worldwide, May 1995. -P. 30-31

133. Mullins P. Orders Placed for 140 Locomotive Engines//Diesel & Gas Turbine Worldwide, July-August 1998. P. 46-47

134. Ogura M., Shao J. Development of the new type variable nozzle turbocharger//CIMAC, Copenhagen 1998, v.5. P. 1219-1226

135. Rakopoulos C.D., Giakoumis E.G.,. Hountalas D.T. Experimental and simulation analysis of the transient operation of a turbocharger multi-cylinder IDI Diesel Engine//International Journal of energy research, 22, 1998. P. 317-331 ,

136. Streuli Adrian. The promise of the power turbine//Motor Ship, 1984, 65. № 773. - P. 27-30

137. Syassen Onno. Zukunftsauseichten der zweistufigen aufladung fur Zwei und Viertakt-Grosdieselmotoren//MTZ, 1976, 37. № 11. - 467-470

138. Uehlinger H. Marine propulsion and turbochargers, ABB Turbo Systems Ltd.//Diesel & Gas Turbine publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993. P. '!22-24

139. UK Patent Application GB 2335710A, Date of Publication 29.09.1999, Inventors: Wu X., Watanable Т., Hybrid turbocharger with air bearings

140. UK Patent Application GB 2335713A, Date of•Publication 29.09.1999, Inventolrs: Wu X.,j

141. Watanable Т., Air bearings and theijr use in hybridi i !1.charger | j!

142. United States Patent, Patent Number |5678407, Date of I Patent: Oct 21, 1997, Inventors: Hara Sh., Controlsystem for motor-generator turbocharger

143. United States Patent, Patent Numberj5899069, Date of Patent: May 4,; 1999, Inventors: Watanable A.,1.; ;

144. Supercharged internal combustion engine

145. United States Patent, Patent Number 5906098, Date of ! Patent: May 25, 1999, Inventors: Woollenweber W. E.,

146. Halimi E. M., Motor-generator assisted turbocharging systems for use with internal combustion engines and control method therefore i

147. Walker J. Turbo technologies for next generation diesels//Diesel Progress International Edition, Sept. 1999. P. 54-55

148. Wechtmeister G. The effect of exhaust gas turbocharging on the power concentration of modern diesel and gas engines and its relation with MAN B&W exhaust gas turbochargers//CIMAC, Copenhagen 1988, v.4. P. 985-994 :

149. White N.D. Thoroughbred engineering brings continued success, EGT Turbochargers-Napier//Diesel & Gas Turbine publications, Commemorating the 100th anniversary of the Diesel patent, May 1993.1. P. 96-100

150. Woschni G., Anisitis F. Eine Methode zur • Vorausbrechnung der Anderung das Bremverlaufesmittelschnellaufender Dieselmotoren bei geanderfen Betriebsbedingungen//MTZ, 1973, 34, 10. 106-115

151. Zigan D., Heintze W., Kramer U. VRT a new turbocharging system for high torque//CIMAC, Copenhagen 1988, v.5. - P. 1227-1236a