vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2021-80-1-20-29vestnikvniizht-495Research ArticleДругоеMiscellaneousМетод регулировки топливной аппаратуры тепловозного дизеля по характеристике тепловыделения в условиях эксплуатацииMethod of adjusting fuel equipment of a diesel locomotive by heat release feature under operating conditionsКоньковА. Ю.Kon’kovA. Yu.

Коньков Алексей Юрьевич, д-р техн. наук, доцент, кафедра «Траспорт железных дорог»

Хабаровск, 680021

Aleksey Yu. Kon’kov, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department “Railway Transport”

Khabarovsk, 680021

akonkov1964@gmail.comТруновА. И.TrunovA. I.

Трунов Антон Игоревич, преподаватель, кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

Хабаровск, 680042

Anton I. Trunov, Lecturer, Department “Internal Combustion Engines”

Khabarovsk, 680042

ГурьяноваА. Д.Gur’yanovaA. D.

Гурьянова Алёна Дмитриевна, студентка, специальность «Подвижной состав железных дорог»

Хабаровск, 680021

Alyona Dmitrievna Gur’yanova, Student, “Rolling Stock of Railways” Specialty,

Khabarovsk, 680021

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО «ДВГУПС»)РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Far Eastern State University of Railways” (FGBOU VO “DVGUPS”)Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тихоокеанский государственный университет» (ФГБОУ ВО «ТОГУ»)РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Pacific State University” (FGBOU VO “TOGU”)Russian Federation2021110420218012029Copyright © Коньков А.Ю., Трунов А.И., Гурьянова А.Д., 20212021Коньков А.Ю., Трунов А.И., Гурьянова А.Д.Kon’kov A.Y., Trunov A.I., Gur’yanova A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/495

Дизельные двигатели снабжают механической энергией почти половину локомотивов российских железных дорог. Для обеспечения паспортных характеристик тепловозного дизеля в течение всего периода эксплуатации требуется периодическая настройка топливоподающей аппаратуры. При ее настройке необходимо обеспечить баланс мощности между цилиндрами дизеля, при этом не превышать заградительные параметры по максимальному давлению сгорания и температуре отработавших газов. Это достигается за счет идентичности цикловых подач топлива по цилиндрам дизеля и близкого соответствия углов опережения подачи топлива между разными цилиндрами. Существующие методы настройки топливоподающей аппаратуры не позволяют выполнить регулировку с требуемой точностью или слишком сложны и трудоемки при реализации. В настоящей статье предложен теоретически обоснованный и экспериментально проверенный метод настройки цикловой подачи и угла опережения подачи топлива по результатам измерения давления в цилиндре через штатный индикаторный канал в условиях эксплуатации. Для вычисления характеристик активного тепловыделения, по которым определяются относительные параметры, характеризующие состояние топливоподающей аппаратуры, использована индикаторная диаграмма. Расчетное исследование показало, что предлагаемые параметры эквивалентны относительной цикловой подаче топлива и относительному углу опережения подачи топлива. Экспериментальная проверка, выполненная на одноцилиндровом отсеке двигателя ОЧ18/22 с гидромеханической топливной аппаратурой, показала возможность настройки топливоподающей аппаратуры предлагаемым методом с удовлетворительной точностью.

Diesel engines supply mechanical power to almost half of the locomotives of the Russian railways. To ensure the passport characteristics of a diesel locomotive during the entire period of operation, periodic adjustment of the fuel supply equipment is required. When adjusting it, it is necessary to ensure the balance of power between the diesel cylinders while not exceeding the protective parameters for the maximum combustion pressure and the temperature of the exhaust gases. This is achieved due to the identity of the cyclic fuel supply through the diesel cylinders and the close correspondence of the fuel supply advance angles between different cylinders. Existing methods of tuning the fuel supply equipment don’t allow performing the adjustment with the required accuracy or are too complicated and laborious to implement. This article proposes theoretically substantiated and experimentally tested method for adjusting the cyclic supply and the fuel supply advance angle based on the results of measuring the pressure in the cylinder through a standard indicator channel under operating conditions. The indicator diagram is used to calculate the characteristics of active heat release, which are used to determine the relative parameters featuring the state of the fuel supply equipment. The performed computational study showed that the proposed parameters are equivalent to the relative cyclic fuel supply and the relative advance angle of the fuel supply. An experimental check, carried out on a single-cylinder compartment of OCH18/22 engine with hydromechanical fuel equipment, showed the possibility of adjusting the fuel supply equipment by the proposed method with satisfactory accuracy.

дизельтопливоподающая аппаратураугол опережения подачи топливацикловая подача топливадиагностика технического состояниявнутрицилиндровое давлениетепловыделениеdieselfuel supply equipmentfuel supply advance anglecyclic fuel supplydiagnostics of technical conditionintracylinder pressureheat releaseReferencesИнститут исследования проблем железнодорожного транспорта [Электронный ресурс]. URL: http://iizd.ru/o-sostoyaniilokomotivnogo-parka-oao-rossijskie-zheleznye-dorogi/ (дата обращения: 19.12.2020 г.).Institut issledovaniya problem zheleznodorozhnogo transporta [Institute for the Study of Railway Transport Problems]. URL: http://iizd.ru/o-sostoyanii-lokomotivnogo-parka-oao-rossijskiezheleznye-dorogi/ (retrieved on 19.12.2020) (in Russ.).Диагностирование дизелей / Е. А. Никитин [и др.]. М.: Машиностроение, 1987. 224 с.Nikitin E. A., Stanislavskiy L. V., Ulanovskiy E. A., Dzentsina O. P., Alekseev V. G., Shchetinin V. G., Samoylov S. N. Diagnostirovanie dizeley [Diagnostics of diesel engines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1987, 224 p.Лобанов И. И. Повышение эксплуатационной эффективности тепловозных дизелей применением средств оперативной диагностики: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.22.07. М., 2017. 23 с.Lobanov I. I. Povyshenie ekspluatatsionnoy effektivnosti teplovoznykh dizeley primeneniem sredstv operativnoy diagnostiki. Avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk [Improving the operational efficiency of diesel locomotives using the means of operational diagnostics. Cand. tech. sci. diss. synopsis]. Moscow, 2017, 23 p.Коньков А. Ю., Лашко В. А. Диагностирование дизеля на основе идентификации рабочих процессов. Владивосток: Дальнаука, 2014. 364 с.Kon'kov A. Yu., Lashko V. A. Diagnostirovanie dizelya na osnove identifikatsii rabochikh protsessov [Diagnostics of a diesel engine based on identification of working processes]. Vladivostok, Dal'nauka Publ., 2014, 364 p.Hountalas D. T., Kouremenos D. A., Sideri s M. A. Diagnostic Method for Heavy-Duty Diesel Engines Used in Stationary Applications // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2004. No. 126 (4). Р. 886. DOI: 10.1115/1.1787500.Hountalas D. T., Kouremenos D. A., Sideris M. A. Diagnostic Method for Heavy-Duty Diesel Engines Used in Stationary Applications. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2004, no. 126 (4), p. 886. DOI: 10.1115/1.1787500.L amari s V. T., Hountalas D. T. A general purpose diagnostic technique for marine diesel engines – Application on the main propulsion and auxiliary diesel units of a marine vessel // Energy Conversion and Management. 2010. Vol. 51. No. 4. P. 740–753. DOI: 10.1016/j.enconman.2009.10.031.Lamaris V. T., Hountalas D. T. A general purpose diagnostic technique for marine diesel engines – Application on the main propulsion and auxiliary diesel units of a marine vessel. Energy Conversion and Management, 2010, Vol. 51, no. 4, pp. 740–753. DOI: 10.1016/j.enconman.2009.10.031.Lin T., Tan A., Mathew J. Condition monitoring and diagnosis of injector faults in a diesel engine using in-cylinder pressure and acoustic emission techniques // Proceedings of the 14th Asia Pacific Vibration Conference — Dynamics for Sustainable Engineering / Department of Civil and Structural Engineering, The Hong Kong Polytechnic University. [S. l.], 2011. Vol. 1. P. 454–463.Lin T., Tan A., Mathew J. Condition monitoring and diagnosis of injector faults in a diesel engine using in-cylinder pressure and acoustic emission techniques. Proceedings of the 14th Asia Pacific Vibration Conference — Dynamics for Sustainable Engineering, Department of Civil and Structural Engineering, The Hong Kong Polytechnic University. [S. l.], 2011, Vol. 1, pp. 454–463.Коньков А. Ю., Конькова И. Д. Новый способ контроля начала подачи и сгорания топлива в тепловозных дизелях // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2019. Т. 78. № 4. С. 233–240. DOI: 10.21780/2223-9731-2019-78-4-233-240.Kon'kov A. Yu., Kon'kova I. D. Novyy sposob kontrolya nachala podachi i sgoraniya topliva v teplovoznykh dizelyakh [New method for control of fuel injection initiation and fuel combustion in diesel locomotive engines]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2019, Vol. 78, no 4, pp. 233–240. DOI: 10.21780/2223-9731-2019-78-4-233-240.Sharkey A. J., Chandroth G. O., Sharkey N. E. A MultiNet System for the Fault Diagnosis of a Diesel Engine // Neural Computing & Applications. 2000. No. 9. P. 152–160. DOI: 10.1007/s005210070026.Sharkey A. J., Chandroth G.O., Sharkey N.E. A Multi-Net System for the Fault Diagnosis of a Diesel Engine. Neural Computing & Applications, 2000, no. 9, pp. 152–160. DOI: 10.1007/s005210070026.Leonhardt S., Muller N., Isermann R. Methods for engine supervision and control based on cylinder pressure information // IEEE/ ASME Transactions on Mechatronics. 1999. No. 4 (3). P. 235–245. DOI: 10.1109/3516.789682.Leonhardt S., Muller N., Isermann R. Methods for engine supervision and control based on cylinder pressure information. IEEE/ ASME Transactions on Mechatronics, 1999, no. 4 (3), pp. 235–245. DOI: 10.1109/3516.789682.Leonhardt S., Ludwig C., Schwarz R. Real-time supervision for diesel engine injection // Control Engineering Practice. 1995. Vol. 3. No. 7. P. 1003–1010. DOI: 10.1016/0967-0661(95)00084-8.Leonhardt S., Ludwig C., Schwarz R. Real-time supervision for diesel engine injection. Control Engineering Practice, 1995, Vol. 3, no. 7. pp. 1003–1010. DOI: 10.1016/0967-0661(95)00084-8.Witkowski K. Diagnosis of injection system marine diesel engine with the use of the heat release characteristics [Электронный ресурс] // Combustion Engines. 2015. Vol. 54. No. 3. P. 392–398. URL: https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.baztech-a0f077b0b2f5-4a72-9a8c-c0a50b488662# (дата обращения: 19.12.2020 г.).Witkowski K. Diagnosis of injection system marine diesel engine with the use of the heat release characteristics. Combustion Engines, 2015, Vol. 54, no. 3, pp. 392–398. URL: https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.baztech-a0f077b0-b2f5-4a729a8c-c0a50b488662# (retrieved on 19.12.2020).Witkowski K. Research the Possibility of Obtaining Diagnostic Information about the Ships Engine Fuel Injection System Condition based on the Analysis of Characteristics of Heat Release // Journal of KONES. 2019. Vol. 26. No. 3. P. 249–256. DOI: 10.2478/kones-2019-0080.Witkowski K. Research the Possibility of Obtaining Diagnostic Information about the Ships Engine Fuel Injection System Condition based on the Analysis of Characteristics of Heat Release. Journal of KONES, 2019, Vol. 26, no. 3, pp. 249–256. DOI: 10.2478/kones-2019-0080.Gao J., Wu Y., Shen T. Experimental comparisons of hypothesis test and moving average based combustion phase controllers // ISA Transactions. 2016. No. 65. P. 504–515. DOI: 10.1016/j.isatra.2016.09.003.Gao J., Wu Y., Shen T. Experimental comparisons of hypothesis test and moving average based combustion phase controllers. ISA Transactions, 2016, no. 65, pp. 504–515. DOI: 10.1016/j.isatra.2016.09.003.Schiefer D., Maennel R., Nardoni W. Advantages of Diesel Engine Control Using In-Cylinder Pressure Information for Closed Loop Control // SAE Technical Papers. 2003. No. 1. DOI: 10.4271/200301-0364.Schiefer D., Maennel R., Nardoni W. Advantages of Diesel Engine Control Using In-Cylinder Pressure Information for Closed Loop Control. SAE Technical Papers, 2003, no. 1. DOI: 10.4271/200301-0364.Willems F., Doosje E., Engels F. Cylinder Pressure-Based Control in Heavy-Duty EGR Diesel Engines Using a Virtual Heat Release and Emission Sensor // SAE Technical Papers. 2010. No. 1. DOI: 10.4271/2010-01-0564.Willems F., Doosje E., Engels F. Cylinder Pressure-Based Control in Heavy-Duty EGR Diesel Engines Using a Virtual Heat Release and Emission Sensor. SAE Technical Papers, 2010, no. 1. DOI: 10.4271/2010-01-0564.Corti E., Moro D., Solieri L. Real-Time Evaluation of IMEP and ROHR-related Parameters // SAE Technical Papers. 2007. No. 24. DOI: 10.4271/2007-24-0068.Corti E., Moro D., Solieri L. Real-Time Evaluation of IMEP and ROHR-related Parameters. SAE Technical Papers, 2007, no. 24. DOI: 10.4271/2007-24-0068.Ritscher B. Dual-fuel engine with cylinder pressure based control // MTZ industrial. 2013. No. 3. P. 14–23. DOI: 10.1007/s40353013-0094-5.Ritscher B. Dual-fuel engine with cylinder pressure based control. MTZ industrial, 2013, no. 3, pp. 14–23. DOI: 10.1007/s40353-013-0094-5.Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий процесс быстроходного поршневого двигателя / Б. С. Стечкин [и др.]. М.: АН СССР, 1960. 199 с.Stechkin B. S., Genkin K. I. Zolotarevskiy V. S., Skorodinskiy I. V. Indikatornaya diagramma, dinamika teplovydeleniya i rabochiy protsess bystrokhodnogo porshnevogo dvigatelya [Indicator diagram, dynamics of heat release and working process of a high-speed piston engine]. Moscow, AN SSSR Publ., 1960, 199 p.Heat Release Analysis of Engine Pressure Data / J. A. Gatowski [et al.] // SAE Transactions. 1984. Vol. 93. No. 5. P. 961–977.Gatowski J. A., Balles E. N., Chun K. M., Nelson F. E., Ekchian J. A., Heywood J. B. Heat Release Analysis of Engine Pressure Data. SAE Transactions, 1984, Vol. 93, no. 5, pp. 961–977.Gu F., Jacob P. J., Ball A. D. Non-parametric models in the monitoring of engine performance and condition. Part 2: Non-intrusive estimation of diesel engine cylinder pressure and its use in fault detection // Journal of Automobile Engineering. 1999. No. 2 (213). P. 135–143.Gu F., Jacob P., Ball A. Non-parametric models in the monitoring of engine performance and condition. Part 2: Non-intrusive estimation of diesel engine cylinder pressure and its use in fault detection. Journal of Automobile Engineering, 1999, no. 2 (213), pp. 135–143.Johansson T., Stenlaas O. Heat Release Based Virtual Combustion Sensor Signal Bias Sensitivity // SAE Technical Papers. 2017. No. 1. DOI: 10.4271/2017-01-0789.Johansson T., Stenlaas O. Heat Release Based Virtual Combustion Sensor Signal Bias Sensitivity. SAE Technical Papers, 2017, no. 1. DOI: 10.4271/2017-01-0789.Васин П. А. Для диагностики тепловоза — комплекс «Магистраль» // Локомотив. 2001. № 7. С. 27–31.Vasin P. A. Dlya diagnostiki teplovoza — kompleks “Magistral'” [For diagnostics of a diesel locomotive — the “Magistral” complex]. Lokomotiv, 2001, no. 7, pp. 27–31.Evaluation of a New Diagnostic Technique to Detect and Account for Load Variation during Cylinder Pressure Measurement of Large-Scale Four-Stroke Diesel Engines / D. Hountalas [et al.] // SAE Technical Papers. 2012. No. 1. DOI: 10.4271/2012-01-1342.Hountalas D., Antonopoulos A., Zovanos G., Papagiannakis R. Evaluation of a New Diagnostic Technique to Detect and Account for Load Variation during Cylinder Pressure Measurement of LargeScale Four-Stroke Diesel Engines. SAE Technical Papers, 2012, no. 1. DOI: 10.4271/2012-01-1342.Коньков А. Ю., Маркелов А. А. Прибор для измерения индикаторной диаграммы тепловозных дизельных двигателей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. № 11. С. 58–61.Kon'kov A. Yu., Markelov A. A. Pribor dlya izmereniya indikatornoy diagrammy teplovoznykh dizel'nykh dvigateley [Device for measuring the indicator diagram of diesel locomotive engines]. Instruments and Systems: Monitoring, Control and Diagnostics, 2006, no. 11, pp. 58–61.Коньков А. Ю., Лашко В. А. Диагностирование технического состояния тепловозного дизеля по индикаторной диаграмме на основе теории идентификации // Двигателестроение. 2009. № 3. С. 19–23.Kon'kov A. Yu., Lashko V. A. Diagnostirovanie tekhnicheskogo sostoyaniya teplovoznogo dizelya po indikatornoy diagramme na osnove teorii identifikatsii [Diagnostics of the technical condition of a diesel locomotive using an indicator diagram based on the theory of identification]. Dvigatelestroyeniye [Engines construction], 2009, no. 3, pp. 19–23.Hountalas D., Anestis A. Effect of pressure transducer position on measured cylinder pressure diagram of high speed diesel engines // Energy Conversion and Management. 1998. Vol. 39. No. 7. P. 589–607. DOI: 10.1016/S0196-8904(97)10009-7.Hountalas D., Anestis A. Effect of pressure transducer position on measured cylinder pressure diagram of high speed diesel engines. Energy Conversion and Management, 1998, Vol. 39, no. 7, pp. 589–607. DOI: 10.1016/S0196-8904(97)10009-7.Трунов А. И., Коньков А. Ю., Горелик Г. Б. Исследование влияния индикаторного канала на точность измерения давления в цилиндре ДВС // Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции «Двигатель-2018». М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. C. 18–27.Trunov A. I., Kon'kov A. Yu., Gorelik G. B. Issledovanie vliyaniya indikatornogo kanala na tochnost' izmereniya davleniya v tsilindre DVS [Study of the influence of the indicator channel on the accuracy of measuring the pressure in the cylinder of the internal combustion engine]. Sbornik nauchnykh trudov Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii “Dvigatel'-2018” [Coll. of scientific papers of the International Scientific and Technical Conference “Dvigatel’-2018”]. Moscow, MGTU im. N. E. Baumana Publ., 2018, pp. 18–27.Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК [Электронный ресурс]. URL: https://diesel-rk.bmstu.ru (дата обращения: 19.12.2020 г.).Programmnyy kompleks DIZEL'-RK [Software complex DIESEL-RK]. URL: https://diesel-rk.bmstu.ru (retrieved on 19.12.2020) (in Russ.).Лашко В. А., Коньков А. Ю. Расчетный метод коррекции действительного положения ВМТ при индицировании ДВС // Двигателестроение. 2007. № 3 (229). С. 34–38.Lashko V. A., Kon'kov A. Yu. Raschetnyy metod korrektsii deystvitel'nogo polozheniya VMT pri inditsirovanii DVS [Calculated method for correcting the actual TDC position when indicating the internal combustion engine]. Dvigatelestroyeniye [Engines construction], 2007, no. 3 (229), pp. 34–38.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.