авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Метод оценки влияния параметров силовой установки и передаточных чисел трансмиссии на топливную экономичность грузовых автомобилей с дизелем

-- [ Страница 1 ] --

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Центральный ордена Трудового Красного Знамени

научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»

На правах рукописи

Шкель Андрей Сергеевич

Метод оценки влияния параметров силовой установки и передаточных чисел трансмиссии на топливную экономичность грузовых автомобилей с дизелем

Специальность 05.05.03 «Колесные и гусеничные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре «Специальные автомобили и бортовые
информационно-управляющие системы» Московского государственного
университета приборостроения и информатики.

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор Московкин В.В.

Официальные оппоненты — заслуженный деятель науки РФ, доктор

технических наук, профессор

Ерохов В.И.,

— кандидат технических наук, Сайкин А.М.

Ведущая организация — ОАО «Автомобильный завод «Урал» г. Миасс.

Защита диссертации состоится « 14 » января 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 217.014.01 при Государственном научном центре Российской Федерации Федеральном государственном унитарном предприятии Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ» по адресу: 125438 г. Москва, ул. Автомоторная дом 2; электронная почта: admin@nami.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан « 16 » ноября 2009 г.

телефон для справок (495)456-40-40

Ученый секретарь

диссертационного

Совета

к.т.н. с.н.с. А.Г. Зубакин

http://www.nami.ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В современной экономике все большее значение приобретают автоперевозки. Вследствие чего парк грузовых автомобилей постоянно увеличивается, увеличивается и доля потребляемого ими топлива.

Характерными особенностями данного вида транспорта являются большие пробеги и длительный срок эксплуатации автомобилей.

В связи с этим ошибки в выборе стратегии развития модельного ряда не удается исправить в течение длительного времени, либо это требует огромных капиталовложений.

Поэтому разработка метода, позволяющего на этапе проектирования оценить взаимосвязь основных конструктивных параметров силовой установки, передаточных чисел трансмиссии и топливной экономичности автомобиля, не только будет способствовать сбережению энергоресурсов в процессе эксплуатации, но и позволит избежать огромных затрат, связанных с переналадкой производства.

Цель исследования



Совершенствование метода оценки параметров силовой установки и передаточных чисел трансмиссии грузовых автомобилей по критерию топливной экономичности.

Задачи исследования

Разработка метода поэлементного анализа, позволяющего качественно и количественно оценить влияние параметров двигателя и передаточных чисел трансмиссии на скоростные свойства и топливную экономичность грузовых автомобилей с дизелем.

Создать математическую модель для расчетных исследований, позволяющую на стадии проектирования рассчитать новый агрегат автомобиля, воспользовавшись ограниченным набором параметров.

Создать методику для определения на стадии проектирования у автопоездов полной массой 25-45 тонн основных параметров двигателя: мощности, рабочего объема, числа цилиндров и их геометрических параметров.

Провести комплекс экспериментальных и расчетных исследований для доказательства эффективности предложенного метода и математической модели.

Объект и предмет исследования

Объект исследования – грузовые автомобили полной массой 25-45 тонн. Предмет исследования – параметры силовой установки и передаточные числа трансмиссии, влияющие на топливную экономичность и скоростные свойства автомобилей.

Методы исследования

Экспериментальные и расчетные. В качестве прикладных средств данных методов использованы программы: МВК (программный пакет для комплексных исследований автомобиля), Microcal Orign, Microsoft Excel (для построения графических зависимостей). Численные решения и их графическое представление получены с помощью ЭВМ.

Научная новизна

Установлены количественные, качественные и аналитические связи между составляющими топливного баланса автомобиля и мощностью его двигателя, изменяющейся под воздействием ряда факторов, среди них:

– улучшение рабочего процесса (создание оптимальных топливовоздушных смесей и их качественное сгорание; использование новых конфигураций камер сгорания и впускных и выпускных систем; применение повышенной энергии впрыска; увеличение числа клапанов и т.п.);

– рациональное использование полученного тепла (увеличение длинноходности двигателей и т.п.);

– снижение механических потерь и потерь на привод вспомогательного оборудования;

– увеличение частоты вращения коленчатого вала;

– увеличение рабочего объема двигателя (числа цилиндров или размера каждого цилиндра);

– применение механического и турбонаддува.

Выявлены приоритетные направления работ, обеспечивающие повышение топливной экономичности грузового автомобиля.

Предложен критерий для экспресс-оценки двигателя – максимальное индикаторное давление в цилиндрах двигателя pi max, по величине которого можно ориентировочно судить о потенциальных возможностях двигателя с точки зрения топливной экономичности автомобиля.

Разработана методика по выбору параметров двигателей для автопоездов полной массой 25-45 тонн.

Скорректирована одна из составляющих математической модели МВК – «инженерный метод», который позволяет на стадии проектирования рассчитать новый агрегат автомобиля, воспользовавшись ограниченным набором параметров: мощность двигателя, рабочий объем, число цилиндров, максимальная и минимальная частота вращения коленчатого вала на внешней скоростной характеристике, частота вращения, при которой желательно иметь максимальный крутящий момент, и его значение.

Практическая ценность

Снижение сроков и стоимости работ, направленных на повышение топливной экономичности грузовых автомобилей и автопоездов с дизелем.

Основные положения, представляемые к защите

Аналитические связи между параметрами двигателя, от которых зависит мощность и топливной экономичностью автомобиля.

Критерий экспресс-оценки двигателя, позволяющий оценить топливную экономичность автомобиля на стадии его проектирования.

Оценка адекватности разработанной математической модели на основе собственных и независимых экспериментов.

Методика по выбору параметров двигателей для автопоездов полной массой 25-45 тонн.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований были использованы для докладов на научно-практических конференциях МГАПИ, 3-м Международном автомобильном научном форуме (МАНФ) 2005 г.

Основные этапы и положения данной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Специальные автомобили и бортовые информационно-управляющие системы» МГАПИ (ноябрь 2003 г., декабрь 2004 г., ноябрь 2005 г., январь 2007 г.), кафедры «Автомобили» им. Е.А. Чудакова МГТУ «МАМИ» (апрель 2008 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано восемь работ, в том числе одна работа в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, приложений и списка использованных источников. Диссертация изложена на 109 страницах основного машинописного текста, содержит 22 рисунков, 8 таблиц и список источников из 119 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, определены объекты исследования и цель диссертации.

В первой главе проведен анализ существующих методов для исследования и расчета скоростных свойств и топливной экономичности грузовых автомобилей. Рассмотрены характерные особенности экспериментальных и расчетных методов. Проведен анализ современных расчетных методов. Установлено, что расчетные методы на практике используются в основном только для простейших режимов движения. Как правило, расчетные зависимости не учитывают преимущественные режимы движения автомобиля: неустановившееся движение при частичном использовании мощности двигателя, торможение двигателем и моторным тормозом, движение на уклонах и подъемах и т.п. Кроме того, ни один из расчетных методов не учитывает механические потери двигателя как равноправную составляющую топливного баланса автомобиля.

Оперативность и относительная дешевизна расчетных исследований, по сравнению с экспериментальными, являются основанием для разработки и использования более точных расчетных методов.

Во второй главе определены основные зависимости силового и топливного баланса метода поэлементного расчета и анализа грузовых автомобилей.

Составлены силовой, тепловой и топливный балансы автомобиля, которые лежат в основе расчетных исследований.

При сгорании топлива в цилиндрах двигателя возникает давление газов – pi, которое при воздействии на поршни создает индикаторный крутящий момент – Mi, величина которого прямо пропорциональна среднему давлению газов в цилиндрах двигателя и его рабочему объему – iVh. Индикаторный момент расходуется на преодоление всех видов потерь, имеющихся в автомобиле: механических потерь в двигателе – Рм (трение поршней о стенки цилиндров, привод насосов и системы газораспределения и т.п.), потерь на привод вспомогательного оборудования – Р (вентилятор, компрессор, генератор и т.п.), потерь в трансмиссии – Pтр, сопротивления качению шин – Pf и аэродинамического сопротивления – Pw. Оставшаяся часть Мi есть запас тяги – Рт, который может быть затрачен на преодоление подъемов – P и сил инерции – Pj. Перечисленные величины, приведенные к колесам автомобиля, формируют его силовой баланс. Силовой баланс автомобиля, его компоненты, а также полученные на его основе формулы имеют вид:

, (1)

где:

– среднее индикаторное давление в цилиндрах двигателя;

и – число цилиндров и рабочий объем одного цилиндра;

и – передаточное число трансмиссии и радиус качения колес;

– сумма сил сопротивления движению автомобиля, приведенных к его колесам.

Механические потери в двигателе и потери на привод вспомогательного оборудования

(2)

Параметры pe, , , и в отличие от pi являются условными величинами, приведенными к рабочему объему двигателя, поскольку не представляют собой давления в прямом смысле этого слова. Однако они широко используются на практике из-за удобства расчетов характеристик двигателей, их анализа и сопоставления с аналогами.

Приведена аналитическая структура потерь в трансмиссии, сопротивления качению шин, аэродинамического сопротивления, силы инерции, скатывающей силы.

Рассмотрены тягово-динамические характеристики, такие как: запас тяги на горизонтальной дороге, максимальный преодолеваемый подъем, максимальное ускорение.





Для определения путевого расхода топлива в расчетном методе реализованы следующие положения. На основе применения индикаторных показателей механические сопротивления в двигателе сделаны равноправной составляющей силового баланса автомобиля, введены в расчетные формулы рабочий объем двигателя и новый параметр gis. В результате для определения путевого расхода топлива стала использоваться следующая формула.

Путевой расход топлива

, (3)

где:

– текущее значение удельного индикаторного расхода топлива .

Входящий в приведенную формулу новый параметр gis – удельный индикаторный расход топлива (отражается индексом i) , используется вместо ge. Из (3) видно, что расход топлива прямо пропорционален gis и сумме всех видов механических потерь. Следовательно, численное значение gis определяет степень совершенства двигателя как преобразователя заключенной в топливе энергии в механическую работу.

Численное значение gi определяет количество топлива, необходимое для получения 1 Дж механической работы, и имеет размерность [г/Нм]. Однако gi из-за малой величины не удобен для практических расчетов, поэтому единицу работы выбрали в 100 000 раз большую. 100 000 является коэффициентом пропорциональности между метрами, стоящими в знаменателе размерности [г/Нм], и величиной, которая используется при оценке топливной экономичности автомобиля – 100 км. Скорректированному таким образом параметру присвоили индекс – s (по пути). В результате gis определяет затраты топлива в граммах, необходимые для получения механической работы в 100 000 Дж (в 36 раз меньше, чем ge). Это эквивалентно работе, которая затрачивается на преодоление силы в 1 Н на пути 100 км. gis имеет размерность , а его численное значение вычисляется по формуле:

.

В третьей главе проведен анализ тепловых и топливных балансов грузовых автомобилей, на основе которого показано влияние механических потерь на их топливную экономичность.

Проведен анализ влияния параметров двигателя на долю механических потерь в топливном балансе грузовых автомобилей.

Выбран параметр для экспресс-оценки перспективности двигателя с точки зрения топливной экономичности автомобиля.

Проведем поэлементный сопоставительный анализ двух автомобилей, имеющих примерно одинаковый расход топлива, но различную мощность двигателей. В качестве основного объекта мы выбрали ЗИЛ-4331 (полная масса 12 тонн). Чтобы подобрать ему пару для сопоставления, из банка данных МВК выбрали все грузовые автомобили с дизельными двигателями и рассортировали их по расходу топлива при скорости 60 км/ч (см. таблицу 1). Из таблицы видно, что расход топлива у нашего автомобиля составляет 18,3 л/100 км и по этому параметру из 330 грузовых автомобилей он занимает 97-е место. В таблице 1 представлены еще два параметра, оказывающих влияние на расход топлива: gis – удельный индикаторный расход топлива (по этому параметру мы на 21-м месте) и величина механических сопротивлений в двигателе (265-е место). Почти все соседи нашего автомобиля – это 40-тонные автопоезда. Для сопоставления мы выбрали MAN, так как он среди представленных объектов имеет наибольшую мощность двигателя – 460 л.с.

Таблица 1.

Для подробного анализа объектов в таблице 1 приведены топливные балансы наших автомобилей при скорости 60 км/ч.

Рисунок 1. Топливный баланс автомобилей при движении на горизонтальной дороге со скоростью 60 км /ч.

Анализ показывает, что главной причиной неудовлетворительной топливной экономичности автомобиля ЗИЛ является сопротивление двигателя: оно в 2 раза больше аэродинамического сопротивления и в 1,5 раза – сопротивления качению шин.

Проведем исследование влияния основных параметров двигателя на топливную экономичность грузовых автомобилей.

Известно несколько основных способов увеличения эффективной мощности двигателя: за счет угловой скорости коленчатого вала, улучшения рабочего процесса двигателя, снижения механических потерь и потерь на привод вспомогательного оборудования, увеличения подачи топлива в единицу времени. Результат в последнем способе достигается за счет увеличения рабочего объема двигателя (числа цилиндров или размера каждого цилиндра) и применения наддува.

Проиллюстрируем качественную взаимосвязь между мощностью двигателя и расходом топлива. При этом на данном этапе для простоты рассуждений соблюдаются два условия:

1. Изменение одного из параметров, определяющих величину эффективной мощности, не влияет на другие.

2. Потребляемая эффективная мощность при всех изменениях параметров должна оставаться неизменной.

Известно, что максимальная эффективная мощность двигателя и расход топлива автомобиля определяются с помощью следующих формул:

(4)

(5)

На основе данных формул можно определить только, как влияет на топливную экономичность автомобиля увеличение мощности за счет увеличения угловой скорости коленчатого вала двигателя. Анализ (4) и (5) показывает, что при соблюдении двух выдвинутых условий увеличение мощности двигателя не должно влиять на топливную экономичность. Данные выводы подтверждаются многими фактами: например, в современных каталогах встречаются автомобили, у которых отличаются только максимальные частоты вращения двигателя и, соответственно, его максимальная мощность. Расходы топлива у этих автомобилей в городском и скоростном циклах, как правило, одинаковые. Их топливная экономичность при движении по загородному шоссе с ограничением скорости, например, 90 км/ч, также будет одинакова.

Таким образом, мы установили, что при увеличении мощности за счет увеличения угловой скорости коленчатого вала двигателя топливная экономичность автомобиля остается неизменной. Определить качественное влияние других факторов на топливную экономичность автомобиля на основе эффективных показателей не представляется возможным. Анализ показывает, что остальные факторы влияют на эффективный крутящий момент, который можно представить в виде:

, (6)

где:

– среднее индикаторное давление в цилиндрах двигателя;

и – число цилиндров и рабочий объем одного цилиндра;

pm – давление механических потерь и вспомогательного оборудования.

Сначала запишем уравнение, устанавливающее взаимосвязь на основе теплового баланса автомобиля между величиной pi и расходом топлива:

, (7)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.