Model of exhaust system of a traction diesel engine with pulse supercharging on transient modes

• Autorzy: Babel M. , Kossov E.

Identyfikatory

DOI

10.19206/CE-2017-106

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A mathematical model of joint operation of a piston engine with pulse turbine drive, compressor as well as air supply of a diesel locomotive is presented in the article. This model in an integral part of the complex engine-generator power unit of a diesel locomotive in steady states and transient conditions, developed by the authors. The periodic process in the exhaust manifold is represented as two specific characteristic ranges which encompass the process of forced exhaust and the scavenging process. The scavenging calculation is carried out jointly with the processes taking place in the inlet manifold of the engine, including inlet devices of the locomotive. The process of forced exhaust is calculated separately from the inlet processes and doesn`t require usage of empirical coefficients of impulsiveness. Both processes are represented as systems of nonlinear algebraic equations describe in the quasi-steady flow of working fluid in the elements of the inlet and exhaust tracts. The gas-dynamic calculation of the turbine in the transition process is conducted while taking into account changes in flow angles on the rotor blades. As a result of numerical calculation of the a8S22W diesel operational indices in transient modes, a satisfactory compliance of the calculated and the experimental results was obtained.

Słowa kluczowe

EN

diesel engine; locomotive; mathematical model; pulse supercharging; exhaust system; transient process

PL

silnik spalinowy; lokomotywa; model matematyczny; układ odprowadzania spalin; procesy przejściowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 56, nr 1
• Strony: 38--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., wykr.

Twórcy

autor

Babel M.

• Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Rail Vehicles, Cracow University of Technology

autor

Kossov E.

• Joint Stock Company Railway Research Institute, Moscow, Russia

Bibliografia

• [1] BABEL, М. Повышение эффективности работы тепловозных дизелей а8С22 согласованием характе-ристик нагружения с режимами эксплуатации. Dissertation, Moscow, MIIT, 1989. m8.mech.pk.edu.pl/dissertation_babel/DR_Babel_spis_tresci.pdf
• [2] BABEL, M. Zwiększenie efektywności pracy lokomotyw spalinowych SM31 w eksploatacji. TTS Technika Transportu Szynowego. 2012, 1-2, 41-44.
• [3] BABEL, M. Теоретические основы и методология выбора объемов и технологий модернизации тепловозов по критерию стоимости жизненного цикла. Dissertation, Moscow, VNIIZhT, 2014, www.vniizht.ru/fileadmin/site/files/Babel_doktorska_dissertacia.pdf.
• [4] BABEL, M., SZKODA, M. Diesel locomotive efficiency and reliability improvement as a result of power unit load control system modernisation. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability. 2016, 18(1), 38-49.
• [5] BELLIS, V., MARELLI, S., BOZZA, F., CAPOBIANCO, M. 1D simulation and experimental analysis of a turbocharger turbine for automotive engines under steady and unsteady flow conditions. Energy Procedia. 2014, 45, 909-918.
• [6] BERGLUND, S.A. Model of turbocharged engines as dynamic drivetrain members. SAE Technical Paper. 1993, 933050.
• [7] BIANCHI, G.M., FALFARI, S., PAROTTO, M., OSBAT, G. Advanced modelling of common rail injector dynamics and comparison with experiments. SAE Technical Paper. 2003-01-0006.
• [8] ВОЛОДИН, А.И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей. Москва, Транспорт. 1985, 217c.
• [9] CHEN, H., HAKEEM, I., MARTINEZ-BOTAS, R.F. Modelling of a turbocharger turbine under pulsating inlet conditions. Proceedings of the Institutionof Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 1996, 210, 397-408.
• [10] CHIONG, M.S., RAJOO, S., ROMAGNOLI, A., COSTALL, A.W., MARTINEZ-BOTAS, R.F. Integration of meanline and one-dimensional methods for prediction of pulsating performance of a turbocharger turbine. Energy Conversion and Management. 2014, 81, 270-281.
• [11] CHIONG, M.S, PADZILLAH, M.H, RAJOO, S., ROMAGNOLI, A., COSTALL, A.W., MARTINEZBOTAS, R.F. Comparison of experimental, 3D and 1D model for a mixed-flow turbine under pulsating flow conditions. Jurnal Teknologi. 2015, 77, 61-68.
• [12] CHŁOPEK, Z. Modelowanie procesów emisji spalin w warunkach eksploatacji trakcyjnej silników spalinowych. Prace Naukowe Seria „Mechanika”. 1999, z. 173, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.
• [13] CHŁOPEK, Z., PIASECZNY, L. Uwagi o modelowaniu w badaniach naukowych. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability. 2001, 4(11), 47-57.
• [14] DANILECKI, K. Założenia do modelowania turbosprężarki trakcyjnego silnika z pulsacyjnym zasilaniem turbiny. Archiwum Motoryzacji. 2006, 4, 421-436.
• [15] DANILECKI, K. Model systemu turbodoładowania trakcyjnego silnika o zapłonie samoczynnym. Silniki spalinowe. 2007, 3(130), 36-48.
• [16] FERENC, N. Modelowanie numeryczne procesu regulacji okrętowego silnika wysokoprężnego z uwzględnieniem nieliniowości. Zeszyty naukowe Politechniki Śląskiej. 1978, 567.
• [17] GALINDO, J., FAJARDO, P., NAVARRO, R., GARCACUEVAS, L.M. Characterization of a radial turbocharger turbine in pulsating ow by means of CFD and its application to engine modelling. Applied Energy. 2013, 103, 116-127.
• [18] GUZZELLA, L., ONDER, CH. Introduction to modelling and control of internal combustion engine systems. Springer Verlag. 2nd Ed., 2010.
• [19] IKEYA, N., YAMAGUCHI, H., MITSUBORI, K., KONDOH, N. Development of advanced model of turbocharger for automotive engines. SAE Technical Paper. 1992, 1992-02- 920047.
• [20] KESSEL, J.A., SCHMIDT, M., SCHAFFNIT, J. Modeling and real-time simulation of a turbocharger with variable turbine geometry (Vtg). SAE Technical Paper. 1998, 1998-02-980770.
• [21] KOSSOV, E., BABEL, M. Zagadnienia modelowania eksploatacyjnych warunków pracy trakcyjnych silników spalinowych. Silniki Spalinowe. 1988, 2, 27-31, m8.mech.pk.edu.pl/articles/Artykul_SS_1988.pdf.
• [22] KOWALSKI, J. Model procesu spalania w 4-suwowym silniku okrętowym. Mechanik. 2015, 10, 49-58.
• [23] КОССОВ, Е.Е., CУХОПАРОВ, С.И. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель- генераторов. Труды ВНИИЖТ. Интекст. 1999, 184 с.
• [24] MA, H., XU, H., WANG, J. Real-time control oriented HCCI engine cycle-to cycle dynamic modelling. International Journal of Automation and Computing. 2011, 8(3), 317-325.
• [25] MACEK, J., VÁVRA, J., VÍTEK, O. 1-D Model of radial turbocharger turbine calibrated by experiments. SAE Technical Paper. 2002, 2002-01-0377.
• [26] MARECKA-CHŁOPEK, E., CHŁOPEK, Z. Badania porównawcze emisji zanieczyszczeń z silników spalinowych o różnych zastosowaniach. Transport samochodowy. 2009, 9,71-84.
• [27] NIEWIAROWSKI, K. Tłokowe silniki spalinowe. Tom II. WKŁ. 1983. Warszawa.
• [28] PANCHAREVSKI, G., IVANOV, V. Bestimmung der wärmeverluste in diffusor eines turbokompressors. IV Symposium Klimatechnik, Belüftung Wärmeaustausch in Transportwesen – Tagungsmaterialen. Politechnika Szczecińska. 1992.
• [29] RAKOPOULOS, C.D., GIAKOUMIS, E.G. Review of thermodynamic diesel engine simulations under transient operating conditions. 2006, citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.466.5353&rep=rep1 & type=pdf.
• [30] RYCHTER, T., TEODORCZYK, A. Teoria silników tłokowych. WKŁ. 2006, Warszawa.
• [31] RYCHTER, T., TEODORCZYK, A. Modelowanie matematyczne roboczego cyklu silnika tłokowego. PWN. 1990, Warszawa.
• [32] SERRANO, J.R., REYES, E., PAYRI, F. A Model for load transients of turbocharged diesel engines. SAE Technical Paper. 1999, 1999-01-0225.
• [33] SERRANO, J.R., ARNAU, F.J., PIQUERAS, P., ONORATI, A., MONTENEGRO, G. 1D gas dynamic modelling of mass conservation in engine duct systems with thermal contact discontinuities. Mathematical and Computer Modelling. 2009, 49, 1078-1088.
• [34] SIGURDSSON, E., INGVORSEN, K.M., JENSEN, M.V, MAYER, S. Numerical analysis of the scavenge flow and convective heat transfer in large two-stroke marine diesel engines. Applied Energy. 2014, 123, 37-46.
• [35] SOBIESZAŃSKI, M. Modelowanie procesów zasilania w silnikach spalinowych. WKŁ. 2000, Warszawa.
• [36] TUTAK, W. Modelowanie obiegu cieplnego tłokowego silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym. Modelowanie inżynierskie. 2013, 49, 73-78.
• [37] ТИМАНОВСКАЯ, Л.К, СОБОЛЬ, В.Н., ПОГРЕБНЯК, В.В. Моделирование переходных процессов дизеля со свободным турбокомпрессором. Двигатели внутреннего сгорания. Издание ХГУ. 1975, вып. 21, 53-58.
• [38] WATSON, N. Transient performance simulation and analysis of turbocharged diesel engines. SAE Technical Paper. 1981, 810338.
• [39] WENDEKER, M., GODULA, A. Research on variability in control parameters for spark ignition engines in real-life operation. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability. 2002, 16(4), 12-23.
• [40] WISŁOCKI, K. Badanie wpływu upustowej regulacji parametrów doładowania na własności trakcyjne turbodoładowanych silników spalinowych. Dysertacja, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej. 1986.
• [41] ZELLBECK, H., WOSCHNI, G. Rechnerische Untersuchung des dynamischen Betriebsverhaltens aufgeladener Dieselmotor. MTZ. 1983, 3, 81-86.
• [42] ZINNER, K. Aufladung von Verbrennungsmotoren – Наддув двигателей внутреннего сгорания. Перевод с немецкого. Под редакцией Н.Н. Иванченко. Ленинград, Машиностроение. 1978.