Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 53007 10.20295/2223-9987-2022-3-103-117 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Method for Equalization of Cylinder Powers of Multi-Cylinder Locomotive Diesel Способ выравнивания мощностей цилиндров многоцилиндрового тепловозного дизеля Грачев Владимир Васильевич Grachev Vladimir Vasil'evich

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Грищенко Александр Васильевич Grischenko Aleksandr Vasil'evich

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Базилевский Федор Юрьевич Bazilevskiy Fedor Yur'evich

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Панченко Максим Николаевич Panchenko Maksim Nikolaevich

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 22 09 2022 22 09 2022 2022 3 103 117 22 09 2022 https://atjournal.ru/en/nauka/article/53007/view

Цель: Уменьшение трудоемкости и повышение точности выравнивания мощностей цилиндров многоцилиндрового тепловозного дизеля за счет применения в качестве диагностического параметра, характеризующего неравномерность мощностей цилиндров, энергии низкочастотной полосы спектра сигнала мгновенной угловой скорости коленчатого вала. Методы: В работе использованы методы математического моделирования мгновенной угловой скорости коленчатого вала дизеля, математического моделирования рабочего процесса дизеля, цифровой обработки сигнала, спектрального анализа, дифференциального исчисления, оптимизации многомерных недифференцируемых функций. Результаты: Предложен и обоснован способ выравнивания мощностей цилиндров многоцилиндрового тепловозного дизеля, основанный на непрерывном контроле спектра сигнала мгновенной угловой скорости коленчатого вала. Энергия низкочастотной полосы спектра сигнала МУС КВ может использоваться в качестве диагностического параметра, характеризующего неравномерность нагрузок цилиндров. Минимизация его значения последовательной коррекцией цикловой подачи и УОПТ обеспечивает уменьшение указанной неравномерности. Практическая значимость: Предлагаемый способ может применяться при регулировке топливной аппаратуры после ремонта дизелей как с электронными системами управления топливоподачей, так и с гидромеханической топливной аппаратурой. Применение данного способа исключает необходимость измерения температуры отработавших газов и давления вспышки в цилиндрах для настройки топливной аппаратуры, что особенно важно для высокооборотных дизелей, в конструкции крышек цилиндров которых не предусмотрены индикаторные краны. В двигателях, оборудованных системами электронного управления топливоподачей, использование энергии низкочастотной полосы спектра сигнала МУС в качестве диагностического параметра позволяет полностью автоматизировать процесс выравнивания нагрузок цилиндров. Результатом применения предлагаемого способа будет сокращение продолжительности и трудоемкости реостатных испытаний тепловозов, а также повышение надежности и экономичности тепловозов за счет равномерного нагружения цилиндров дизеля.

Purpose: Labor intensity reduction and equalization accuracy improvement of cylinder powers of a multi-cylinder diesel locomotive on account of application as a diagnostic parameter, characterizing cylinder power unevenness, — the energy of low-frequency band of spectrum for crankshaft instantaneous angular velocity (CIAV) signal. Methods: Methods of mathematical modeling of diesel crankshaft instantaneous angular velocity, mathematical modeling of diesel engine working process, digital signal processing, spectral analysis, differential calculus and multidimensional non-differentiable function optimization are used in the work. Results: Method for equalization of cylinder powers of a multi-cylinder diesel locomotive that’s based on a continuous monitoring of the spectrum of crankshaft instantaneous angular velocity signal is proposed and justified. Energy of low-frequency band of the signal spectrum of CIAV can be used as a diagnostic parameter, characterizing cylinder load unevenness. The parameter value minimization by means of sequential correction of cyclic fuel supply and fuel advance angle ensures the decrease in the pointed unevenness. Practical importance: The proposed method can be used when adjusting fuel equipment after the repair of a diesel engine as with electronic fuel supply control systems as well as with hydromechanical fuel equipment. The use of the given method excludes the necessity of temperature measurement for exhaust gases and flash pressure measurement in cylinders for fuel equipment adjustment that’s especially important for high-speed diesel engines which cylinder heads’ construction doesn’t provide for indicator cocks. In the engines equipped with electronic fuel control systems, the use of IAV signal spectrum low-frequency band energy as a diagnostic parameter makes it possible to automate fully the equalization process for cylinder load. The result of the proposed method application will be the reduction in the duration and labor intensity of diesel locomotives rheostat tests as well as the rise in diesel locomotives reliability and efficiency at the expense of uniform loading of diesel cylinders.

 Дизель мгновенная угловая скорость кривая внутрицилиндрового давления среднеиндикаторное давление амплитудный спектр энергия спектра цикловая подача топлива максимальное давление цикла Diesel instantaneous angular velocity intra-cylinder pressure curve mean indicator pressure amplitude spectrum spectrum energy fuel cyclic supply cycle maximum pressure

Дизель-генераторы 1-ПДГ4Д, 1-ПДГ4Д-1. Руководство по эксплуатации 1-ПДГ4Д РЭ-1-ЛУ. - Пенза, 2013. - 266 с. Dizel'-generatory 1-PDG4D, 1-PDG4D-1. Rukovodstvo po ekspluatacii 1-PDG4D RE-1-LU. - Penza, 2013. - 266 s. Термокомплект дизельный ТКД50М. - URL: http://neva-diesel.com/mkd-50m-termodizelnyy-komplekt (дата обращения: 18.02.2022). Termokomplekt dizel'nyy TKD50M. - URL: http://neva-diesel.com/mkd-50m-termodizelnyy-komplekt (data obrascheniya: 18.02.2022). Saad A. In-cylinder gas flow characteristics study of CI engine under motoring and pre-ignition firing conditions using a high-speed PIV / A. Saad, S. Hardeep, I. Mitsuhisa et al. // Alexandria Engineering Journal. - 2022. - Vol. 61. - Iss. 8. - Pp. 6441-6455. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1110016821008048 (дата обращения: 12.04.2022). Saad A. In-cylinder gas flow characteristics study of CI engine under motoring and pre-ignition firing conditions using a high-speed PIV / A. Saad, S. Hardeep, I. Mitsuhisa et al. // Alexandria Engineering Journal. - 2022. - Vol. 61. - Iss. 8. - Pp. 6441-6455. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1110016821008048 (data obrascheniya: 12.04.2022). Taixiong Z. Real-time combustion torque estimation and dynamic misfire fault diagnosis in gasoline engine / Z. Taixiong, Z. Yu, L. Yongfu et al. // Mechanical Systems and Signal Processing - 2019. - Vol. 126. - Pp. 521-535. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0888327019301396 (дата обращения: 25.03.2022). Taixiong Z. Real-time combustion torque estimation and dynamic misfire fault diagnosis in gasoline engine / Z. Taixiong, Z. Yu, L. Yongfu et al. // Mechanical Systems and Signal Processing - 2019. - Vol. 126. - Pp. 521-535. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0888327019301396 (data obrascheniya: 25.03.2022). Taglialatela F. Determination of combustion parameters using engine crankshaft speed / F. Taglialatela, M. Lavorgna, E. Mancaruso et al. // Mechanical Systems and Signal Processing - 2013. - Vol. 38. - Iss. 2. - Pp. 628-633. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S088832701300006X (дата обращения: 15.05.2022). Taglialatela F. Determination of combustion parameters using engine crankshaft speed / F. Taglialatela, M. Lavorgna, E. Mancaruso et al. // Mechanical Systems and Signal Processing - 2013. - Vol. 38. - Iss. 2. - Pp. 628-633. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S088832701300006X (data obrascheniya: 15.05.2022). Espadafor F. J. J. Measurement and analysis of instantaneous torque and angular velocity variations of a low speed two stroke diesel engine / Francisco J. Jiménez Espadafor, José A. Becerra Villanueva, Daniel Palomo Guerrero et al. // Mechanical Systems and Signal Processing. - 2014. - Vol. 49. - Iss. 1-2. - Pp. 135-153. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327014001228 (дата обращения: 22.05.2022). Espadafor F. J. J. Measurement and analysis of instantaneous torque and angular velocity variations of a low speed two stroke diesel engine / Francisco J. Jiménez Espadafor, José A. Becerra Villanueva, Daniel Palomo Guerrero et al. // Mechanical Systems and Signal Processing. - 2014. - Vol. 49. - Iss. 1-2. - Pp. 135-153. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327014001228 (data obrascheniya: 22.05.2022). Guerrero D. P. Torsional system dynamics of low speed diesel engines based on instantaneous torque: Application to engine diagnosis / D. P. Guerrero, F. J. Jimenes-Espadafor // Mechanical Systems and Signal Processing. - 2019. - Vol. 116. - Pp. 858-878. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327018303893 (дата обращения: 08.05.2022). Guerrero D. P. Torsional system dynamics of low speed diesel engines based on instantaneous torque: Application to engine diagnosis / D. P. Guerrero, F. J. Jimenes-Espadafor // Mechanical Systems and Signal Processing. - 2019. - Vol. 116. - Pp. 858-878. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327018303893 (data obrascheniya: 08.05.2022). Bulatovic Z. M. Measurement and analysis of angular velocity variations of twelve-cylinder diesel engine crankshaft / Z. M. Bulatovic, M. S. Stavljanin, M. V. Tomic et al. // Mechanical Systems and Signal Processing - 2011. - Vol. 25. - Iss. 8. - Pp. 3043-3061. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327011001749 (дата обращения: 05.04.2022). Bulatovic Z. M. Measurement and analysis of angular velocity variations of twelve-cylinder diesel engine crankshaft / Z. M. Bulatovic, M. S. Stavljanin, M. V. Tomic et al. // Mechanical Systems and Signal Processing - 2011. - Vol. 25. - Iss. 8. - Pp. 3043-3061. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327011001749 (data obrascheniya: 05.04.2022). Аврунин А. Г. Тепловозные и судовые двигатели Д50 / А. Г. Аврунин, В. В. Аринкин, Н. Н. Андреев и др. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1952. - 276 с. Avrunin A. G. Teplovoznye i sudovye dvigateli D50 / A. G. Avrunin, V. V. Arinkin, N. N. Andreev i dr. - M.: Gosudarstvennoe nauchno-tehnicheskoe izdatel'stvo mashinostroitel'noy literatury, 1952. - 276 s. Кулешов А. С. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания / А. С. Кулешов, Л. В. Грехов. - М.: МГТУ, 2000. - 64 с. Kuleshov A. S. Matematicheskoe modelirovanie i komp'yuternaya optimizaciya toplivopodachi i rabochih processov dvigateley vnutrennego sgoraniya / A. S. Kuleshov, L. V. Grehov. - M.: MGTU, 2000. - 64 s. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов / А. Б. Сергиенко. - СПб.: Питер, 2002. - 606 с. Sergienko A. B. Cifrovaya obrabotka signalov / A. B. Sergienko. - SPb.: Piter, 2002. - 606 s. Реклейтис Г. Оптимизация в технике: в 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел. - М.: Мир, 1986. - 346 с. Rekleytis G. Optimizaciya v tehnike: v 2-h knigah. Kn. 1. Per. s angl. / G. Rekleytis, A. Reyvindran, K. Regsdel. - M.: Mir, 1986. - 346 s.