Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Павленко Виктор Алексеевич

УДК 629.016

повышение топливной экономичности автомобилей

Оптимизация параметров СИСТЕМЫ

"ДВИГАТЕЛЬ ТРАНСМИССИЯ »

Специальность 05.22.20 "Эксплуатация и ремонт средств транспорта"

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Харьков 2004

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Харьковском национальном автомобильно-дорожном

университете Министерства образования и науки Украины

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Волков Владимир

Петрович, Харьковский национальный автомобильно-дорожный

университет, профессор кафедры автомобилей.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Строков Александр

Петрович, институт машин и систем Академии наук Украины

генеральный конструктор;

кандидат технических наук, доцент Мастепан Николай Антонович,

автодорожный институт Донецкого национального технического

университета, заведующий кафедрой технической эксплуатации автомобилей

Ведущая организация: Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля

Министерство образования и науки Украины, м. Луганськ

Защита состоится: «14» апреля 2004 в 14 часов на заседании

диссертационного совета Д64.059.02 при Харьковском национальном

автомобильно-дорожном университете по адресу: 61002, г.. Харьков

ул. Петровского, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского национального

автомобильно-дорожного университета по адресу: 61002, г.. Харьков

ул. Петровского, 25.

Автореферат разослан "10" марта 2004

Ученый секретарь

диссертационного совета И.С. Наглюк

Общая характеристика работы

Вступление. В комться автомобильным двигателем;

- указатель загрузки двигателя (прибор бортового типа), что позволяет оптимизировать за расходом топлива и выработанной энергии режимы работы автомобиля и двигателя;

- разработаны номограммы определения рациональных эксплуатационных расходов топлива параметров режима работы системы "двигатель трансмиссия ";

- методика параметрического синтеза оптимальных свойств автомобиля и двигателя, позволяет установить такое соответствие их конструктивного и режимного параметров, по которой обеспечивается минимизация расхода топлива;

- для автомобиля КрАЗ-6510, оборудованного двигателем СМД-31.15, предложен ряд повышенных степеней коробки передач, обеспечивает оптимизацию расхода топлива при заданных по условиям эксплуатации скоростях движения автомобиля.

Личный вклад соискателя.

1. Усовершенствована методика идентификации мощности автомобильного двигателя с газотурбинным наддувом по параметрам рабочего процесса [1, 8].

2. Выполнен синтез структуры и параметров режимомира, что позволяет определять текущие значения мощности автомобильного двигателя [5].

3. Разработана конструкция бортового прибора указателя загрузки автомобильного двигателя [5].

4. Разработана методика параметрической оптимизации режимов работы системы "двигатель трансмиссия »[3, 6, 7].

Апробация результатов диссертации. Диссертация обсуждена на совместном заседании кафедры технологии машиностроения и ремонта машин, кафедры системотехники и диагностики транспортных машин Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Основные результаты исследований были изложены на международной научно-технической конференции "Перспективные направления развития конструкции автомобиля", ХНАДУ., Г. Харьков, 2001 г .; VИИ, VIII, IX научно-технических конференциях "Транспорт, экология устойчивое развитие ", Болгария, г.. Варна, технический университет, 2001, 2002, 2003 гг .; международной научно-практической конференции "Технический прогрес в АПК ", г.. Харьков, ХГТУСХ, 2002 г .; научно-практической конференции "Проблемы надежности машин на этапах проектирования, эксплуатации и ремонта", г.. Харьков, ХГТУСХ, 2002 г .; V, VI научно-технической конференции "Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы", г.. Севастополь, СевНТУ, 2002, 2003 гг .; на международной научно-технической конференции "Автомобильный транспорт в XXI веке", г.. Харьков, ХНАДУ, 2003 г .; на ежегодных научных конференциях преподавателей ХНАДУ., г. Харьков, 2001 2003

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах, в том числе 7 в специальных изданиях перечня ВАК Украины.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. В работе 178 страниц, в том числе: 56 рисунков на 26 страницах, 20 таблиц на 8 страницах, список использованных источников из 105 наименований на 9 страницах и приложение на 3 страницах.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность вопроса по повышению топливной экономичности автомобиля за счет обеспечения рациональных режимов работы системы "двигатель трансмиссия ", формулируются цели и задачи исследования, подается общая характеристика работы.

Первый раздел посвящен анализу состояния вопроса по литературным источникам и оценке технического уровня грузовых автомобилей, оборудованных дизельными двигателями, показано отсутствие достаточно обоснованных рекомендаций по выбору характеристик системы "двигатель трансмиссия ", что приводит к неоправданному увеличению эксплуатационного расхода топлива. Решение этой задачи требует разработки критериев оценки эксплуатационных показателей грузового автомобиля и создание комплекса методов и средств для их определения.

Общепринятыми показателями топливной экономичности автомобиля является расход топлива в единицу времени Qп (кг / ч) и расход топлива на единицу пути Qs (кг / км). Рассматривая составляющие путевой расход топлива (середньоексплуатацийна эффективная мощностьного двигателя является давление газов перед турбиной. Кроме того, этот параметр вместе с частотой вращения коленчатого вала с достаточной для практической оценки точностью может определять и температуру, и расход газа. Поэтому изменение мощности можно представить в виде функции

(5)

где РТ, ч давление газов перед турбиной и частота вращения коленчатого вала на текущем режиме;

РТН, щн значение вышеуказанных параметров на номинальном режиме.

Давление газов перед турбиной и частота вращения коленчатого вала были приняты как определяющие при измерении мощности также потому, что в достаточно широком диапазоне мощностей (от 40 до 100%) зависимость Ne = f (PT, щ) по данным испытания ряда дизельных двигателей СМД-31 практически линейная (рис. 2). Это в определенной степени определяет простоту устройств для измерения мощности.

На основании изложенного метода был разработан режимомир, структурная схема которого приведена на рис. 3. Основными частями режимомира есть анализатор частоты вращения ащ, анализатор давления газов АР и соединены в матричную схему МС электромеханические счетчики.

Кроме того, в режимомир входят не показаны на схеме индикаторы работы анализаторов и блок питания. Входными устройствами режимомира являются расположенные на двигателе датчик частоты вращения Дед и датчик давления ДР.

Каждый из анализаторов приспособлен для определения в текущий момент времени величины соответствующего параметра и выдачи измерений диапазонов на матричную схему счетчиков, что, в свою очередь, регистрирует время работы дизельного двигателя на режиме, обусловленном величинами фиксированных параметров, то есть значениями частоты вращения коленчатого вала и давления газов перед турбиной.

Сигнал с дешифратора по команде "запись" с распределителя Р поступает на соответствующий усилитель, вывод которого подключен к одной из вертикальных шин матричной схемы.

Наличие регулируемого времени измерения Дt и распределителя Р позволяет использовать как специально сконструированные датчики частоты вращения, так иприменять как ротор датчика любую шестерню с достаточным количеством зубцов.

Постановка вопроса оптимизации работы не только двигателя, но и автомобиля в целом, позволяет считать возможным использование разработанного метода в качестве основы для разработки прибора указателя загрузки, информирует водителя о текущих значениях мощности двигателя, режим его работы.

Следует отметить, что замер мощности двигателя или получения информации о его уровне разработанным методом требует при достаточно высокой точности минимальной модернизации систем двигателя. Это оборудование двигателя точкой измерения давления газов перед турбиной и размещения устройства, позволяющего получить информацию о его скоростной режим (например, устройство, работающее параллельно с приводом тахометра в кабине водителя).

Стендовые испытания двигателя СМД-31.15, оборудованного последовательно режимомиром и указателем загрузки, показали, что как в условиях статического, так и динамического загрузки двигателя относительная погрешность измерений составляет 4 ... 9%, а указателя загрузки 3 ... 4,5%

В третьем разделе дается анализ данных режимометрии двигателя СМД-31.15 при работе автомобиля КрАЗ-6510 в условиях реальной эксплуатации.

Эксплуатационные испытания проводились на дорогах равнинного профиля в хорошем состоянии (дорога с условным обозначением Р0), волнистого профиля в хорошем состоянии (В0) и волнистого профиля в плохом состоянии (Сп) при полном весовом загрузке автомобиля (полный вес Ga = 244 кН и 50% весового загрузки (Ga = 174,5кН).

Предварительное тарирования режимомира, установленного на автомобиле, проводилось по данным тормозных испытаний. Анализ эксплуатационных показателей проводился по методу сообщения универсальной топливной характеристики двигателя СМД-31.15 и поля распределения режимов его работы (рис. 4).

В данных исследованиях поле возможных режимов работы (за исключением зоны режимов принудительного торможения) были разбиты на 48 зон: шесть диапазонов по частоте вращения коленчатого вала (зоны 1 ... 6) и восемьзон по нагрузке (зоны 7 ... 14). Скоростные режимы ниже 125 с-1 относились к зоне "1-7", а выше 209 с-1 в зону "6-7". Погрузочные режимы выше 184 кВт относились к зонам "4-14" и "5-14". Режимы принудительного торможения учитывались в зонах "1-7" ... "6-7".

Такая интерпретация исследовательских данных позволяет получить наиболее представительные интервалы обусловленных параметров ? Щ, ДNe; рассчитать коэффициенты загрузки двигателя КN, значение gе и Nе; определить вероятности реализации номинального режима РNен и род?.

Средние эксплуатационные значения исследуемых параметров или показателей определились как математическое ожидание их распределения

(6)

где Пср среднее значение исследуемого параметра показателя;

Пи среднее значение исследуемого параметра показателя для i-ой зоны;

фi доля времени работы двигателя в i-й зоне;

Ки количество зон работы двигателя (Ки = 48).

В табл. 1 и табл. 2 приведены сводные данные по определенным режимометриею параметрами.

Таблица 1

Эксплуатационные показатели двигателя СМД-31.15 при работе автомобиля

КрАЗ-6510 на различных типах дорог с полным весовым загрузкой (Gа = 244 кН)

Дорога | , С-1 | Ne, кВт | KN | ge, г / кВтч | Nе, кВт | РNен,% | РН,%

Р0 | 0,89 ... 1,05 | 0,94 ... 1,0 | 0,794 | 233 | 146,1 | 6,75 | 81,15

В0 | 0,85 ... 1,01 | 0,91 ... 0,97 | 0,819 | 231 | 150,8 | 6,05 | 51,73

Вn | 0,79 ... 0,88 | 0,85 ... 0,92 | 0,658 | 249 | 121 | 1,87 | 39,62

Кроме показателей, представленных в табл. 1 и табл. 2 в ходе испытаний были получены данные, позволяющие определить распределение времени работы автомобиля по передачам (рис. 5).

Таблица 2

Эксплуатационные показатели двигателя СМД-31.15 при работе автомобиля

КрАЗ-6510 на различных типах дорог с 50% весовым загрузкой (Gg = 174,5 кН)

Дорога | , С-1 | Ne, кВт | КN | gе, г / кВтч | Nе, кВт | РNен,% | РН,%

Р0 | 0,89 ... 1,0 | 0,63 ... 0,83 | 0,654 | 234 | 120,4 | 17,3 ... 18,6 | 58,и вращения коленчатого вала и увеличения крутящего момента, гарантируя постоянную скорость V2, реализовать множество режимов работы двигателя, каждый из которых последовательно будет "лучшим" за расходом топлива. Очевидно, оптимальным для скорости V2 будет режим Р2-0 с минимальной для данной скорости удельным расходом топлива ge2. В этом случае режим работы трансмиссии будет характеризоваться точкой Т2-0.

Аналогично рассуждая, можно показать, что оптимальным при условии минимизации расхода топлива при скорости движения V1 будет режим работы двигателя Р1-0, а трансмиссии Т1-0, для скорости V0 Р0-0, Т0-0, а для скорости Vi Рi-0, Те-0.

Таким образом, условии обеспечения необходимой скорости движения автомобиля соответствует любой режим, принадлежит кривой V = f (МД, щ), а наименьшее значение основного функционала качества удельного расхода топлива, может обеспечить только тот режим, который определяется как точка, где кривая V = f (МД, щ) имеет общую, касающуюся одной из изолиний ge = f (Мкр, щ). Поскольку для каждого скоростного режима существует за расходом топлива свой оптимум, то для очевидной бесчисленного количества возможных скоростных режимов существует и бесчисленное количество оптимальным. Соединив точки, характеризующие оптимальные режимы (например, рассматриваемого на схеме рис. 7 это "0", Р1-0, Р2-0, Рi-0), получим прямую "а", которой принадлежит определенное количество режимов, удовлетворяющих условию оптимальности по удельным расходом топлива. Спроектировав эти точки на плоскость с координатами (V, щ) и соединив их между собой, получим прямую "б", которая объединяет режимы работы трансмиссии (точки Т0, Т1-2, Т2-2, Те), обеспечивающие минимизацию расхода топлива.

Поскольку прямая "б" представляет собой непрерывную функцию скоростных режимов двигателя и автомобиля, то есть каждому скоростному режиму работы двигателя соответствует четко определена скорость движения автомобиля, обеспечивает для данных дорожных условий минимально возможную расход топлива, то, очевидно, функцию д = f (щ, V) можно принять как закон оптимального управления трансмиссией. рукуючись этим законом, водитель может подобрать программу движения и работы двигателя в соответствии с меняющимся ситуациям и дорожных условий.

Обработка данных эксплуатационных исследований показала, что закон оптимального управления трансмиссией даже для одного типа двигателя существенно зависит от дорожных условий и весового загрузки автомобиля. Однако качественно характер взаимосвязи скорости движения автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя одинаков и подчиняется уравнению прямой

(7)

где КТ угловой коэффициент необходимого закона управления трансмиссией;

в постоянная, зависящая от сообщения конструктивных и режимных характеристик двигателя автомобиля.

Рассматриваемый анализ метода определения оптимальных режимов работы автомобиля и двигателя позволяет построить аналитический алгоритм синтеза этого процесса, в зависимости от целей исследования может иметь такие разновидности.

Первый: по известной топливной характеристикой двигателя и параметрами автомобиля необходимо установить закон управления трансмиссией.

Второй: по заданному закону управления трансмиссией следует подобрать характеристики двигателя и автомобиля.

Третий: как исходные данные приняты только основные конструктивные параметры автомобиля (например, его грузоподъемность или полная снаряженная масса и фактор сопротивления воздуха), а конечным итогом является определение оптимальных характеристик двигателя и автомобиля и установления по этому необходимого закона управления трансмиссией.

Последнее направление является наиболее общим, так как содержит в себе первые два как частные случаи, и алгоритм его может быть представлен в виде таких последовательно выполняемых этапов:

- область варьирования параметров, задающих режимы работы автомобиля и его двигателя, ограничивается внешней скоростной характеристикой последнего;

- вариативные параметры выбираются или по техническим характеристикам двигателя и автомобиля, принятыми как аналоги, или задаются в пределах установленной области варьирования;

- совместное экония системы уравнений, которые представляют собой задачу анализа, позволяет определить оптимальные сочетания значений скорости движения автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя, обеспечивающих условие ge = gemin при V = const;

- определение закона оптимального управления трансмиссией, является функцией отклика и представленного уравнением (7).

Синтез процесса оптимизации режимов работы двигателя и автомобиля аналитическим путем по схемам, рассмотренными выше, требует наличия математических моделей, отражающих характеристики оптимизированной системы.

Область варьирования определяется системой ограничений, наложенных на конструктивные, регулирующие и другие параметры системы, как в явном виде, так и в виде аналитических зависимостей. Так, для двигателя эти зависимости должны быть представлены математическими моделями его характеристик (например, скоростной и топливный), а для автомобиля уравнением его движения.

Оптимизация режимов работы автомобиля и двигателя можно сформулировать как задачу поиска такого сообщения их конструктивных и режимных параметров, что, с одной стороны, безусловно должно обеспечивать оптимальный закон управления трансмиссией и, как следствие, минимизацию удельного эффективного расхода топлива на всех возможных режимах двигателя , а с другой стороны удовлетворять определенной системе ограничений, накладывается на принятый алгоритм оптимизации, в виде заданных дорожных условий и режимов движения.

Решение задачи оптимизации проходило в два этапа. На первом этапе исследований ставилась задача получения формальных функциональных зависимостей, отражающих универсальную топливную характеристику двигателя и уравнения движения автомобиля

; (8)

, (9)

где векторы вариативных параметров.

Вид функции (8) может быть заранее известен или задан и в

Загрузка...

Страницы: 1 2