Покращення паливної економічності і екологічних показників вантажних автомобілів з дизелями

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ транспортний університет

удк 629.3.004-621.436

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Покращення паливної економічності і екологічних показників вантажних автомобілів з дизелями

спеціальність: 05.22.20 -- експлуатація та ремонт засобів транспорту

Добровольський Олександр Сергійович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному транспортному університеті (НТУ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гутаревич Юрій Феодосійович, Національний транспортний університет, завідуючий кафедрою «Двигуни і теплотехніка».

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Рудзінський Володимир Васильович, Національний транспортний університет, професор кафедри «Автомобілі»;

кандидат технічних наук Бешун Олексій Анатолійович Національний університет біоресурсів і природокористування України, доцент кафедри «Трактори і автомобілі».

Захист відбудеться «19» червня 2009 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова,1, ауд. 333.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.В.Ковбасенко.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Численними дослідженнями, проведеними вітчизняними та зарубіжними науковцями, доведено, що тип системи регулювання впливає на паливну економічність і екологічні показники транспортного засобу. В даний час має місце інтенсивне переобладнання вантажних автомобілів з бензиновими двигунами на дизелі. Виконані дослідження на переобладнаних автомобілях не враховували впливу типу регулятора на паливну економічність та екологічні показники автомобіля, на якому встановлено тракторний дизель, а були присвячені порівнянню показників паливної економічності тракторного дизеля і бензинового двигуна. Разом з тим вибір оптимального способу регулювання дозволяє покращити паливну економічність і екологічні показники дизеля і автомобіля вцілому. Тому дослідження впливу типу регулятора на паливну економічність переобладнаного автомобіля являються актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за держбюджетною темою ДЗ/70-2006 «Розроблення та дослідження системи регулювання тракторних дизелів» за напрямом «Розробки найважливіших новітніх технологій науковими установами» у відповідності з наказом Міністерства освіти і науки України від 15.03.2006 р. №188 (номер держреєстрації № 0106U004506), а також згідно плану науково-дослідної роботи кафедри «Двигуни та теплотехніка» на 2006-2007 рр. за темою «Покращення показників дорожніх транспортних засобів удосконаленням двигунів та їх систем» (номер держреєстрації № 0107U002832).

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є покращення паливної економічності та екологічних показників автомобілів, на яких встановлені тракторні дизелі, застосуванням однорежимної системи регулювання.

Для досягнення мети в дисертації вирішено такі задачі:

- розроблена схема та конструкція однорежимної системи регулювання частоти обертання дизеля на базі штатної всережимної;

- уточнена математична модель руху автомобіля за міським їздовим циклом для вантажних автомобілів повною масою більше 3,5 т, яка дозволяє визначати енергетичні і екологічні показники та паливну економічність автомобіля з тракторним дизелем в умовах експлуатації при однорежимному регулюванні;

- проведені безмоторні дослідження паливного насоса високого тиску 4УТНМ та моторні дослідження тракторного дизеля Д-241 з однорежимною системою регулювання для визначення його економічних та екологічних показників;

- перевірена адекватність математичних моделей дизеля Д-241 з різними системами регулювання як джерела енергії, шкідливих викидів та споживача палива та повітря;

- проведені дорожні випробування вантажного автомобіля ГАЗ-53-12, обладнаного тракторним дизелем Д-241, з різними системами регулювання;

- перевірена адекватність уточненої математичної моделі руху вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 з тракторним дизелем Д-241 з різними системами регулювання за їздовим циклом;

- проведені розрахункові дослідження на математичній моделі руху автомобіля з різними системами регулювання з визначенням екологічних показників та паливної економічності вантажного автомобіля;

Об'єкт дослідження - вплив типу системи автоматичного регулювання на показники роботи автомобіля при застосуванні на ньому тракторного дизеля.

Предмет дослідження - паливна економічність і екологічні показники вантажних автомобілів, обладнаних тракторними дизелями з різними системами автоматичного регулювання.

Методи дослідження. Теоретичні та розрахункові: для дослідження перехідних режимів отримано рівняння для визначення відновлюючої сили регулятора паливного насоса при однорежимному регулюванні частоти обертання дизеля, на уточненій математичній моделі визначено паливну економічність і екологічні показники вантажного автомобіля, обладнаного тракторним дизелем під час руху за режимами міського їздового циклу для вантажних автомобілів повною масою більше 3,5 т. Експериментальні: безмоторні дослідження паливного насоса високого тиску 4УТНМ з різними системами регулювання, моторні дослідження двигуна Д-241 як споживача палива, повітря і джерела енергії та шкідливих викидів при різних способах регулювання частоти обертання дизеля; дорожні дослідження паливної економічності вантажного автомобіля ГАЗ-53-12, обладнаного тракторним дизелем, при різних способах регулювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Встановлено, що застосування однорежимного регулятора на тракторному дизелі, замість всережимного, дозволяє більш точно керувати інтенсивністю розгону автомобіля відповідно до дорожніх умов.

Розроблено методику з використанням уточненої математичної моделі руху автомобіля для визначення паливної економічності та екологічних показників вантажних автомобілів обладнаних тракторним дизелем з різними типами регуляторів. автомобіль моторний дизель

Встановлено можливість покращення паливної економічності і екологічних показників автомобіля з тракторним дизелем застосуванням однорежимного регулятора.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено конструкцію однорежимного регулятора для серійного паливного насоса високого тиску 4УТНМ з всережимним регулятором частоти обертання дизеля. Отримані кількісні показники роботи автомобіля ГАЗ-53-12 з тракторним дизелем при різних методах регулювання.

Отримано математичні моделі, які описують паливну економічність, енергетичні і екологічні показники тракторного дизеля Д-241 з однорежимним регулятором частоти обертання в широкому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів.

Результати досліджень прийняті до впровадження в виробництво ВАТ «Таксосервис» м. Чернігів та ВАТ ДАК «Автомобільні дороги України» ДП «Кіровоградський облавтодор» Філія «Гайворонський райавтодор».

Особистий внесок здобувача. Здобувачем проведено безмоторні дослідження паливного насоса високого тиску 4УТНМ з різними системами регулювання частоти обертання дизеля, стендові дослідження дизеля Д-241, дорожні випробування вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 обладнаного тракторним дизелем Д-241 з різними системами регулювання, дослідження перехідних процесів дизеля з різними системами регулювання, отримано математичні моделі дизеля Д-241, виконано аналіз отриманих даних та обґрунтовано висновки щодо впливу типу регулятора на паливну економічність та екологічні показники автомобіля.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були представлені на Всеукраїнській науково-технічній конференції «Транспорт. Дорожні та будівельні машини» м. Кременчук, науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу і студентів НТУ в 2007_2008 рр. м. Київ; Міжнародній конференції «Покращення конструктивних та експлуатаційних показників автомобілів і машин» Київ 2007, ХI Міжнародній науково-технічній конференції «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы» м. Севастополь 2008 р; Міжнародній конференції «Metody obliezeniowe i badawcze w pozwoju pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych» м. Жешув, 2008 р.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 14 праць, у тому числі: 8 - у спеціалізованих наукових збірниках, включених до переліку ВАК України, 2 - у матеріалах наукових конференцій, 2 - деклараційних патенти України на корисну модель та 2 - статті в матеріалах міжнародних конференцій. Три роботи видано одноосібно.

Структура дисертації. Дисертаційну роботу складають вступ, п'ять розділів, загальні висновки, список використаних джерел та додатки. Дисертація має загальний обсяг 228 сторінок машинописного тексту, включаючи 147 сторінок основного тексту, 26 таблиць, 50 рисунків, список використаних джерел з 120 найменувань та 5 додатків.

Основний зміст

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі, виначено об'єкт і предмет дослідження, викладені наукова новизна, практичне значення, інформація про апробації та публікації основних положень дисертації.

У першому розділі розглянуто режими роботи двигунів внутрішнього згорання в процесі експлуатації і показано, що значну частину часу двигун автомобіля в умовах експлуатації працює в часткових швидкісних і навантажувальних режимах. При цьому основними є неусталені режими, які характеризує постійна зміна навантаження і підвищені витрати палива і викиди шкідливих речовин з відпрацьованими газами.

Проведено аналіз виконаних досліджень щодо впливу типу системи регулювання дизеля на паливну економічність та екологічні показники транспортного засобу. Показано, що застосування однорежимного або дворежимного регулювання на транспортному дизелі приводить до економії палива і, як наслідок, до зниження викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами в порівнянні з всережимними регуляторами. Разом з тим в літературних джерелах не виявлено досліджень по впливу типу регулятора тракторного дизеля, встановленого на автомобілі. Тому доцільно провести дослідження щодо впливу типу регулятора на паливну економічність і екологічні показники автомобіля, на якому замість бензинового двигуна встановлено дизель.

В другому розділі розроблено загальну методику проведення досліджень впливу системи регулювання на показники автомобіля з тракторним дизелем.

Проведений аналіз схем і конструкцій одно- і дворежимних регуляторів частоти обертання дизелів колісних транспортних засобів, показує, що кожний з регуляторів розроблено для конкретного паливного насоса високого тиску з врахуванням конструктивних особливостей насоса і всережимного регулятора, який серійно встановлювали на насосі.

Розроблено схему і конструкцію однорежимного регулятора на базі всережимного регулятора насоса 4УТНМ, який дозволяє дослідити вплив типу регулятора на паливну економічність і екологічні показники вантажного автомобіля при заміні бензинового двигуна тракторним дизелем.

Третій розділ присвячено уточненню математичної моделі для визначення паливно-економічних і екологічних показників вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 з тракторним дизелем Д-241 з різними системами регулювання частоти обертання дизеля за режимами міського їздового циклу

Математична модель руху автомобіля за їздовим циклом це система диференціальних і алгебраїчних рівнянь, які описують окремі режими руху автомобіля і відповідні їм режими роботи дизеля. При цьому на протікання неусталених режимів впливає тип регулятора частоти обертання дизеля, від чого залежить вид рівняння регулятора, що входить в систему рівнянь, яка описує перехідний процес. Для прикладу розглянуто процес розгону автомобіля із зблокованим зчепленням. Рух автомобіля описує рівняння тягового балансу (1) і рівняння регулятора (2).

, (1)

де - коефіцієнт врахування обертових мас автомобіля;

М_о - власна маса автомобіля, кг;

М_в - маса вантажу, кг;

- індикаторний крутний момент дизеля, Нм;

- момент механічних втрат дизеля, Нм;

q_ц - циклова подача палива, мм³/цикл;

n_д - частота обертання двигуна, хв.^-1;

U_i - передаточне число коробки передач;

U_т - передаточне число трансмісії;

_т - к.к.д. трансмісії;

r_д - динамічний радіус колеса, м;

Р_f, Р_i, Р - сили, відповідно, опору дороги, опору підйому та опору повітря.

Положення рейки насоса визначає положення муфти регулятора z. Для відцентрових механічних регуляторів переміщення муфти z залежно від переміщення водієм важеля керування паливоподачі _в описує диференціальне рівняння вигляду:

, (2)

де - швидкість переміщення муфти регулятора, мм / c;

н - коефіцієнт в'язкого тертя в з'єднаннях регулятора;

Р_ц - відцентрова (підтримуюча) сила тягарців, зведена до муфти регулятора, Н;

n_н - частота обертання кулачкового вала паливного насоса високого тиску, хв^-1;

Е_в - відновлююча сила;

При всережимному регулюванні відновлюючу силу визначає деформація пружини регулятора і залежить від встановленого водієм положення важеля керування паливоподачею і положення муфти регулятора. В математичній моделі відновлюючу силу Е_в механічного всережимного регулятора описує поліноміальна залежність другого порядку від положення важеля керування паливоподачею _в та муфти регулятора z:

Е_в = -3,835 + 0,175 ц_в + 7,556 z + 0,02ц_в² + 0,854 z² + 0,168 ц_в z (3)

В результаті аналізу схеми розробленого в процесі досліджень регулятора і діючих складових сил (Р_{осн.пр.рег} - сила дії основної пружини регулятора, Р_{пуск.пр.} - сила дії пускової пружини, Р_{доп.пр.кор} і Р_{осн.пр.кор} - сила дії допоміжної і основної пружин коректора), в математичну модель розгону автомобіля були внесені уточнення щодо визначення відновлюючої сили Е_в, при однорежимному регулюванні, залежно від поточного положення муфти регулятора z і важеля керування паливоподачею _в (t).

Загальне рівняння відновлюючої сили при однорежимному регулюванні має такий вигляд:

де С_{пуск.пр} , С_осн.пр , С_сум.пр , С_рег.пр - жорсткості відповідно пускової пружини регулятора, основної пружини коректора, сумарна жорсткість пружин коректора та жорсткість основної пружини регулятора;

l₁, l₂, l₃, l₄ - геометричні розміри важелів і міжосьові відстані регулятора;

z_п.рп , z_рег.рп - попередня деформація, відповідно, пускової і основної пружин регулятора;

z - поточна координата положення муфти;

ц_в(t)- поточне значення положення важеля керування паливоподачі;

ц_в.поч - початкове положення важеля керування паливоподачі;

ц_вм , ц_вн - положення важеля керування паливоподачі при роботі дизеля по зовнішній швидкісній характеристиці відповідно при максимальному крутному моменті і номінальній частоті обертання;

К - коефіцієнт чутливості регулятора;

z_н , z_М - координата муфти регулятора при номінальній частоті обертання та максимальному крутному моменту;

Обмеження щодо визначення відновлюючої сили при однорежимному регулюванні:

Якщо

n_д ? n_м , то С_сум.пр = 0; С_рег.пр = 0

n_м ? n_д ? n_н , то С_рег.пр = 0;

n_д ? n_н , то С_осн.пр = 0; С_сум.пр = 0

Аналогічно були внесені зміни в рівняння в інших перехідних процесах.

Четвертий розділ розкриває мету, задачі, програму, об'єкти та результати експериментальних досліджень.

Метою експериментальних досліджень є визначення показників роботи паливного насоса високого тиску, дизеля та автомобіля при різних типах регулятора.

Задачі, які вирішувались в процесі проведення експериментальних досліджень:

1. Визначення характеристик паливного насоса високого тиску при різних типах регулятора.

2. Визначення енергетичних та екологічних показників дизеля та його паливної економічності при роботі в різних навантажувальних і швидкісних режимах та в режимах активного і примусового холостого ходу з всережимним і однорежимним регуляторами швидкості.

3. Дослідження перехідних режимів розгону дизеля з різними системами регулювання.

4. Визначення показників вантажного автомобіля з дизелем в дорожніх умовах з різними типами регулятора та перевірка адекватності математичної моделі.

Експериментальні дослідження включали:

1. Безмоторні дослідження паливного насоса високого тиску 4УТНМ з однорежимною та всережимною системами регулювання з визначенням швидкісних характеристик паливоподачі.

2. Моторні дослідження дизеля Д-241 з різними системами регулювання, під час яких визначались навантажувальні характеристики в різних швидкісних режимах, характеристики активного і примусового холостого ходу.-

3. Дослідження перехідних процесів розгону дизеля з різними системами регулювання, під час яких визначались закономірності переміщення рейки паливного насоса з різними системами регулювання.

4. Дорожні випробування вантажного автомобіля ГАЗ - 53---12 з дизелем Д-241, на якому було встановлено штатний паливний насос високого тиску з різними системами регулювання, при яких визначалась паливна економічність автомобіля в їздовому циклі.

Об'єкти досліджень:

безмоторних - паливний насос високого тиску 4УТНМ. Дослідження виконували в два етапи: на першому етапі на паливному насосі було встановлено штатний механічний відцентровий всережимний регулятор частоти обертання дизеля, на другому - на тому ж паливному насосі було встановлено розроблений однорежимний регулятор частоти обертання дизеля. Випробування паливного насоса проводилися на стенді Motorpal NC-104.

моторних - дизель 4Ч11,0/12,5 (Д - 241). Дослідження також проводили в два етапи. На першому етапі на дизелі був встановлений серійний паливний насос 4УТНМ з відцентровим механічним всережимним регулятором, на другому - той самий паливний насос, але з розробленим однорежимним регулятором.

дорожніх - вантажний автомобіль ГАЗ-53-12, на якому встановлений дизель Д-241 з різними системами регулювання.

Результати експериментальних досліджень:

Під час проведення безмоторних досліджень визначали зовнішню швидкісну та часткові швидкісні характеристики циклової подачі палива насоса 4УТНМ при різних типах регулятора.

При штатній всережимній системі регулювання за положення важеля керування ц_в=25% регуляторні вітки, які є частковими характеристиками практично виходять на зовнішню швидкісну характеристику, тобто в перехідних процесах при будь якому управлінні з боку водія можливий вихід циклової подачі палива на максимальну величину, що не завжди є бажаним в умовах експлуатації.

Аналіз характеристики при однорежимному регулюванні показує, що часткові швидкісні характеристики циклової подачі палива при змінних положеннях важеля керування із зменшенням частоти обертання кулачкового вала насоса повільно зростають. При малих подачах палива і частоті менше 400 хв^-1 циклова подача палива зростає, що забезпечить стійку роботу двигуна в режимі мінімальної частоти обертання холостого ходу.

Під час проведення моторних досліджень визначали швидкісні і навантажувальні характеристики, а також характеристики активного і примусового холостого ходу дизеля Д-241. Навантажувальні характеристики визначали згідно ГОСТ 18509 - 88 при частотах обертання 1100, 1350, 1600, 1850 та 2100 хв^-1. При цьому визначались: ефективний крутний момент М_к, частота обертання колінчастого вала дизеля n_д, витрати палива G_пал і повітря G_пов, токсичність (СО, С_mH_n, NO_x) і димність відпрацьованих газів N.

Як видно з характеристики при всережимному регулюванні, у всьому швидкісному діапазоні залежності М_к це криві, що круто піднімаються при зниженні частоти обертання і досягають зовнішньої характеристики. Якщо за умови руху автомобіля необхідно перейти на меншу частоту обертання то важіль керування водій встановлює в проміжне положення, яке відповідає меншому натягу основної пружини регулятора. Залежно від величини цього натягу дизель працює по регуляторним віткам. Таким чином, у всьому швидкісному діапазоні при часткових навантаженнях дизель із всережимним регулятором працює по регуляторним віткам, які є його частковими швидкісними характеристиками.

При однорежимному регулюванні, у всьому швидкісному діапазоні залежності М_к це криві, що піднімаються при зниженні частоти обертання двигуна.

Наприклад, при положенні важеля ц_р = 50% значення М_к, в діапазоні n_д від 1900 хв^-1 до 1000 хв^-1 зростає від 0 до 150 Н·м , що дає можливість розганяти дизель в заданому швидкісному режимі, не виходячи на зовнішню характеристику.

Під час дослідження перехідних режимів визначали характеристики розгону дизеля при різних типах регуляторів. Розгони дизеля здійснювали переміщенням важеля керування при сталому навантаженні з боку гальмівної машини в межах від частоти близької до мінімальної частоти обертання холостого ходу до середніх та високих частот обертання.

При визначенні осцилограм перехідних процесів з обома типами регуляторів кінцеве положення важеля керування паливоподачею було частковим. Таке переміщення забезпечить роботу дизеля у разі встановлення його на автомобіль з частотою близько 1400 хв^-1. При цьому рейка паливного насоса в процесі розгону досягає упору (h_р = 7мм), тобто навіть при такому незначному ц_в розгін дизеля і автомобіля в цілому буде проходити по зовнішній швидкісній характеристиці до частоти обертання дизеля близької 1400 хв^-1 з високою інтенсивністю і збільшеними витратою палива і шкідливими викидами.

При встановленні на паливний насос однорежимного регулятора і переміщенні важеля керування на 25% рейка паливного насоса в процесі розгону переміщується практично пропорційно переміщенню важеля керування, досягаючи h_р = 4,4 мм. Якщо умови руху дозволяють більш інтенсивний розгін автомобіля, то такий розгін забезпечують більшим переміщенням важеля управління.

Дорожні випробовування вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 проводились за міським їздовим циклом для вантажних автомобілів повною масою більше 3,5 т, який регламентовано ГОСТ 20306 - 90.

Результати дорожніх випробувань наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 Показники руху вантажного автомобіля, обладнаного дизелем з різними системами регулювання за їздовим циклом

Тип системи регулювання	Максимальне положення важеля керування,%	Маса вантажу, кг
		0	2000
		час, с	витрата палива, г/км	час, с	витрата палива, г/км
Всережимна	100	121,83	135,43	123,13	177
	70	122,3	137,13	122,83	177
Однорежимна	100	122,67	134,58	125	179,9
	70	125,0	128,35	127	171,4

Як видно з табл. 1, при всережимному регулюванні частоти обертання дизеля для різних положень важеля керування паливоподачею витрата палива і час заїзду практично однакові.

При однорежимному регулюванні частоти обертання дизеля вони різні. При масі вантажу 2000 кг і часткових положеннях важеля керування паливоподачею (ц_в=70%) час заїзду, порівняно з всережимною системою, збільшується приблизно на 1,6% а витрата палива зменшується на 4,72%. У разі руху автомобіля без вантажу час заїзду збільшується на 1,9%, а витрата палива зменшується на 4,6%.

Таким чином, дорожні випробування показали, що однорежимне регулювання дозволяє змінювати інтенсивність розгону автомобіля відповідно до дорожніх умов і таким чином зменшити витрату палива.

П'ятий розділ присвячений перевірці адекватності математичних моделей дизеля і математичної моделі руху вантажного автомобіля за їздовим циклом та розрахунковим дослідженням впливу типу регулятора на показники роботи автомобіля з тракторним дизелем.

За результатами експериментальних моторних і безмоторних досліджень визначено коефіцієнти поліноміальних залежностей, що описують дизель Д-241, як споживач палива і джерело викидів шкідливих речовин, які дають можливість визначити витрату палива та показники викидів шкідливих речовин двигуна Д-241 з різними системами регулювання у широких межах швидкісних і навантажувальних режимів, характерних для умов експлуатації.

Перевірка адекватності отриманих математичних залежностей, які описують паливну економічність та екологічні показники дизеля Д-241, проводилась з використанням F - критерія Фішера.

Перевірку адекватності математичної моделі руху автомобіля за їздовим циклом виконано порівнянням витрати палива та тривалості виконання циклу отриманих розрахунком на математичній моделі та в експериментальних дослідженнях.

В табл. 2 наведено тривалість руху та витрата палива за результатами розрахунку на математичній моделі та отримані під час дорожніх випробувань вантажного автомобіля ГАЗ-23-12 за міським їздовим циклом.

Як видно з табл. 2, розбіжність результатів за витратою палива не перевищує 6,15%, за часом заїзду - 5,3%, при різних системах регулювання. Розбіжність в результатах пояснюється великою кількістю експлуатаційних факторів, які впливають на показники автомобіля в дорожніх умовах. Разом з тим це дає змогу в подальшому з певною точністю визначити розрахунковим методом на математичній моделі викиди шкідливих речовин вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 за рухом по міському їздовому циклу.

Як видно з отриманих результатів розрахунку на математичній моделі (табл. 2), при всережимному регулюванні частоти обертання дизеля незалежно від положення важеля керування паливоподачею, розрахункові витрата палива і час заїзду практично однакові. Різниця по витраті палива між частковим (70%) і максимальним положеннями важеля керування складає 0,4% при масі вантажу 2000 кг і 0,38% при русі без вантажу.

Таблиця 2 Порівняльні результати розрахунку показників на математичній моделі та отриманих при дорожніх випробуваннях автомобіля ГАЗ-53-12 з тракторним дизелем Д-241

Тип системи регулювання	Максимальне положення важеля керуванння	Дорожні випробування	Розрахунок на мат. моделі	Похибка по витраті палива, %
		час, с	витрата палива, г/км	час, с	витрата палива, г/км
Без вантажу
Всережимна	100	121,83	135,43	116,64	129,2	4,6
	70	122,3	137,13	116,68	128,7	6,15
Однорежимна	100	122,67	134,58	116,99	128,7	4,37
	70	125,0	128,35	118,42	124,74	2,81
Маса вантажу 2000 кг
Всережимна	100	123,13	177	119,53	169,34	4,32
	70	122,83	177	119,6	168,62	5,9
Однорежимна	100	125	179,9	119,92	168,94	6,09
	70	127	171,4	121,7	165,15	3,65

При розрахунку на математичній моделі руху автомобіля з однорежимним регулятором без вантажу і максимальному положенню важеля керування різниця по витраті палива в порівнянні з всережимним регулюванням складає 0,3%, перехід на часткові положення важеля керування паливоподачею (70%), призводить до зниження витрати палива на 3,1%, з вантажем 2000 кг перехід на часткові положення важеля керування паливоподачею (70%) призводить до зниження витрати палива на 2,3%.

За результатами розрахунку на математичній моделі побудовано графічні залежності зміни показників автомобіля в процесі руху за режимами міського їздового циклу.

Як видно з показаних залежностей, під час руху автомобіля в циклі з максимальним положенням важеля керування витрата палива з різними системами регулювання, майже однакова, а в процесі руху автомобіля з частковим положенням важеля керування паливоподачею, а саме 70%, спостерігається зниження витрати палива в середньому до 2,7% при однорежимному регулюванні.

Розрахунки на математичних моделях та дорожні випробування автомобіля з імітацією руху за режимами їздового циклу показують, що перехід до однорежимного регулювання дозволяє керувати інтенсивністю розгону автомобіля залежно від умов руху в більш широкому діапазоні в порівнянні з всережимним регулятором, в результаті чого можливе поліпшення паливної економічності і зниження шкідливих викидів з відпрацьованими газами.

Можливість економії палива при встановленні на автомобіль тракторного дизеля з однорежимним регулятором замість всережимного при середній завантаженості автомобіля 2000 кг складає в середньому 2,3 %, це дозволить окупити витрати на переобладнання при середній вартості дизельного палива 5,88 грн/л для автомобілів з середньою витратою палива 20л/100 км приблизно за 51 тис. км пробігу.

Висновки

1. В умовах експлуатації перебуває значна кількість вантажних автомобілів з бензиновими двигунами. В останній час відбувається інтенсивна заміна бензинових двигунів тракторними дизелями, які мають значно кращу паливну економічність. На цих дизелях встановлено всережимні регулятори. Як показали численні дослідження метод регулювання частоти обертання дизеля впливає на паливну економічність та екологічні показники транспортного засобу. При цьому встановлено переваги одно- та дворежимних регуляторів в порівнянні з всережимним. Досліджень щодо впливу методу регулювання тракторного дизеля, встановленого на вантажний автомобіль, не виявлено. Тому в даній дисертаційній роботі проведено дослідження впливу типу регулятора на паливну економічність та екологічні показники автомобіля обладнаного тракторним дизелем.

2. Для дослідження впливу типу регулятора на показники автомобіля розроблена схема і конструкція та виготовлено макетний зразок однорежимного регулятора на базі всережимниго регулятора насоса 4УТНМ, який дозволяє порівняти показники дизеля і автомобіля при всережимному і однорежимному регулюванні.

3. Розроблено загальну методику досліджень з використанням уточненої математичної моделі, яка враховує особливості конструкції однорежимного регулятора. Методикою передбачено проведення теоретичних і експериментальних досліджень впливу методу регулювання на показники тракторного дизеля і автомобіля з таким дизелем.

4. Безмоторні дослідження паливного насоса 4УТНМ з однорежимним регулятором показали, що при такому методі регулювання залежності циклової подачі палива від частоти обертання вала насоса це криві, які зростають при зменшенні частоти обертання, що забезпечує стійку роботу дизеля в усіх швидкісних і навантажувальних режимах. Стабільна робота дизеля при однорежимному регулюванні отримана в процесі випробувань дизеля на гальмівному стенді.

5. Дослідження перехідних процесів дизеля на стенді показали, що при часткових положеннях важеля керування паливоподачею, рейка паливного насоса при всережимному регулюванні переміщується в положення максимальної подачі палива, при однорежимному регулюванні положення рейки визначається положенням важеля керування. Це дозволяє при однорежимному регулюванні в умовах експлуатації змінювати інтенсивність розгону автомобіля залежно від дорожніх умов. При всережимному регулюванні інтенсивність розгону практично не може бути змінена.

6. Дорожні випробування вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 обладнаного тракторним дизелем Д-241 показали, що застосування однорежимного регулювання дозволяє керувати інтенсивністю розгонів залежно від дорожніх умов, при цьому спостерігається зниження витрати палива до 4,7%.

7. З використанням уточненої математичної моделі руху вантажного автомобіля з дизелем, адекватність якої перевірена експериментальними дослідженнями, встановлено: застосування однорежимного регулятора дозволяє керувати інтенсивністю розгонів залежно від дорожніх умов і тим самим отримати економію палива 2,3 - 3,1%. При цьому сумарні викиди шкідливих речовин зведені до СО зменшуються в середньому на 2,5%.

8. За допомогою отриманих в дослідженні результатів, проведені розрахунки терміну окупності витрат на переобладнання всережимного регулятора на однорежимний. При середній економії палива 2,3% пробіг близько 51 тис. км забезпечить окупність переобладнання з всережимної системи регулювання на однорежимну.

9. Результати досліджень прийняті до впровадження в виробництво ВАТ «Таксосерис» м. Чернігів та ВАТ ДАК «Автомобільні дороги України» ДП «Кіровоградський облавтодор» Філія «Гайворонський райавтодор».

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гутаревич Ю.Ф. Розробка і дослідження однорежимного регулятора швидкості для транспортного дизеля / Ю.Ф. Гутаревич, А.Г. Говорун, О.С. Добровольський // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - 2006. - Ч. 1, № 6/2006 (41). - С. 67-69.

2. Гутаревич Ю.Ф. Вплив одно- та дворежимного регулювання на протікання часткових характеристик циклової подачі палива / Ю.Ф. Гутаревич, В.В. Мороз, О.С. Добровольський // Вісник Національного транспортного університету. - 2006. - Ч. 1, № 13. - С. 67 - 71.

3. Говорун А.Г. Порівняльні дослідження дизеля з однорежимним та всережимним регулятором швидкості / А.Г. Говорун, А.О. Корпач, В.В. Мороз, О.С. Добровольський // Вісник Національного транспортного університету. - 2007. - № 14. - С. 69-73.

4. Добровольський О.С. Математична модель розгону автомобіля з дизелем при однорежимному регулюванні / О.С. Добровольський // Проблеми транспорту: Збірник наукових праць. - 2008. - № 5. - С. 106-109.

5. Мороз В.В. Дорожні випробування вантажного автомобіля з одно- та дворежимним регуляторами частоти обертання / В.В. Мороз, О.С. Добровольський // Вісник Національного транспортного університету. - 2007. - № 15. - С. 105-107.

6. Гутаревич Ю.Ф. Дослідження руху рейки паливного насоса високого тиску в перехідних процесах при різних типах регуляторів / Ю.Ф. Гутаревич , О.С. Добровольський // Автошляховик України, Окремий випуск. - 2008 - № 11. - С. 110-112.

7. Гутаревич Ю.Ф. Показники руху автомобіля з дизелем за режимами їздового циклу при різних типах регулятора / Ю.Ф. Гутаревич, О.С. Добровольський , М.П. Сєльський // Вісті Автомобільно-дорожнього інституту: Науково-виробничий збірник. - 2008. - № 1(6). - С. 106-110.

8. Добровольський О.С. Застосування однорежимного регулювання на транспортному дизелі / О.С. Добровольський // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - 2008. - Ч. 2, № 5 (52). - С. 105-107.

9. Добровольський О.С. Характеристики дизеля з однорежимним регулятором швидкості / О.С. Добровольський // Материалы XVIII междунар. конф. "Metody oblicreniowe i badawcze w rozwoju systemow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych". - Rzeszуw: Politechnika Rzeszowska, 2007. - С. 55-58.

10. Гутаревич Ю.Ф. Порівняння викидів шкідливих речовин дизелями дорожніх транспортних засобів з різними типами регуляторів / Гутаревич Ю.Ф., О.С. Добровольський // Материалы XIХ междунар. конф. "Metody oblicreniowe i badawcze w rozwoju systemow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych". - Rzeszуw: Politechnika Rzeszowska, 2008. - С. 105.

11. Пат. на корисну модель 21373 МПК (2006) F02D 1/04. Регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння / Гутаревич Ю.Ф., Говорун А.Г., Корпач А.О., Мороз В.В., Добровольський О.С.; власник Національний транспортний університет. - заявл. 15.09.06; опубл. 15.03.07, Бюл. № 3.

12. Пат. на корисну модель 26185 МПК (2006) F02D 1/04. Універсальний регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння / Гутаревич Ю.Ф., Говорун А.Г., Корпач А.О., Мороз В.В., Добровольський О.С., Сєльський М.П.; власник Національний транспортний університет. - заявл. 16.04.07; опубл. 10.09.07, Бюл. № 14.

13. Добровольський О.С. Покращення паливої економічності і екологічних показників вантажних автомобілів з дизелями // Тези доповідей 63 наук.-практ. конф. науково-педагогічних працівників, аспірантів, студентів та структурних підрозділів університету.- К.: НТУ, 2007. - С. 26.

14. Добровольський О.С. Дорожні випробування вантажного автомобіля з дизелем з обнорежимним регулятором частоти обертання // Тези доповідей 64 наук.-практ. конф. науково-педагогічних працівників, аспірантів, студентів та структурних підрозділів університету.- К.: НТУ, 2008. - С. 25.

Анотація

Добровольський О.С. Покращення паливної економічності і екологічних показників вантажних автомобілів з дизелями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Національний транспортний університет. - Київ, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню впливу типу регулятора на паливну економічність і екологічні показники вантажних автомобілів з тракторними дизелями.

Розроблений і запатентований зразок однорежимного регулятора частоти обертання дизеля паливного насоса 4УТНМ на базі серійного всережимного регулятора.

Уточнена математична модель руху автомобіля за режимами міського їздового циклу для вантажних автомобілів повною масою більше 3,5 т. За допомогою якої можливо дослідити екологічні та паливно-економічні показники вантажного автомобіля, обладнаного тракторним дизелем, з різними типами регуляторів.

Проведено безмоторні дослідження паливного насоса високого тиску 4УТНМ та моторні дослідження тракторного дизеля Д-241 з різними типами регуляторів, дослідження перехідних процесів дизеля Д-241 з різними типами регуляторів, дорожні випробування вантажного автомобіля ГАЗ-53-12 обладнаного тракторним дизелем Д-241 з різними системами регулювання.

Проведено розрахункові дослідження на математичній моделі впливу методу регулювання на показники тракторного дизеля і автомобіля за режимами міського їздового циклу. Адекватність математичної моделі перевірена дорожніми випробуваннями вантажного автомобіля ГАЗ-53-12.

Ключові слова: дизель, паливний насос високого тиску, однорежимний регулятор, всережимний регулятор, їздовий цикл, математична модель, паливна економічність, шкідливі викиди, екологічні показники.

Аннотация

Добровольский А.С. Улучшение топливной экономичности и экологических показателей грузовых автомобилей с дизелями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - «Эксплуатация и ремонт средств транспорта». - Национальный транспортный университет. - Киев, 2009.

Диссертация посвящена исследованию влияния типа регулятора на топливную экономичность и экологические показатели грузовых автомобилей с тракторными дизелями.

В диссертационной работе разработанная схема, конструкция и изготовлен макетный образец однорежимного регулятора на базе штатного всережимного регулятора насоса 4УТНМ, который позволяет сравнить показатели дизеля и автомобиля при всережимном и однорежимном регулировании.

Разработана общая методика проведения исследований, которая позволяет определить влияние типа регулятора на экологические показатели и топливную экономичность грузового автомобиля в условиях эксплуатации.

Уточнена математическая модель движения автомобиля в режимах городского ездового цикла, которая учитывает особенности работы дизеля с различными типами регуляторов. Модель позволяет определять энергетические, экологические показатели и топливную экономичность грузового автомобиля с тракторным двигателем Д-241 в условиях эксплуатации. Адекватность математической модели проверена по расхождению результатов расчетов на математической модели и дорожных испытаний.

Проведенные экспериментальные безмоторные исследования топливного насоса высокого давления 4УТНМ с различными типами регуляторов, которые показали работоспособность разработанного однорежимного регулятора топливного насоса. Проведены стендовые экспериментальные испытания дизеля Д-241 с различными типами регулятора, которые позволили определить исходные данные для математической модели движения автомобиля в условиях ездового цикла.

Проведены исследования переходных процессов дизеля на стенде, которые показали, что при частичных перемещениях рычага управления топливоподачи рейка топливного насоса при всережимном регулировании перемещается в положение максимальной подачи топлива, при однорежимном регулировании положение рейки определяется положением рычага управления. Это позволяет при однорежимном регулировании в условиях эксплуатации изменять интенсивность разгона автомобиля в зависимости от дорожных условий, при всережимном регулировании интенсивность разгона практически не изменяется.

Проведены дорожные испытания грузового автомобиля ГАЗ-53-12, оборудованного тракторным дизелем Д-241, которые показали, что применение однорежимного регулирования позволяет управлять интенсивностью разгонов в зависимости от окружающей обстановки, при этом наблюдается снижение расхода топлива.

С использованием уточненной математической модели, адекватность которой проверена экспериментальными исследованиями, установлено: применение однорежимного регулятора позволяет управлять интенсивностью разгонов в зависимости от окружающей обстановки и тем самым получить экономию топлива при средней массе груза 2000 кг - 2,3%, при этом суммарные выбросы вредных веществ приведенных к СО уменьшаются в среднем на 2,5%.

Ключевые слова: дизель, топливный насос высокого давления, однорежимный регулятор, всережимный регулятор, ездовой цикл, математическая модель, топливная экономичность, вредные выбросы, экологические показатели.

Annotation

Dobrovol's'kiy O.S. Improvement of fuel efficiency and ecological indicators of trucks with diesel engines. - Manuscript

The dissertation for reception of scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.22.20 - Operation and repair of automobiles. - National Transport University. - Kiev, 2009.

The dissertation is devoted to the research of influence of a regulator on fuel efficiency and ecological indicators of trucks with tractor diesel engines.

The sample of one regime frequency regulator of rotation of a diesel engine of a fuel pump 4UTNM on the basis of serial all regime regulators is developed and patented.

The mathematical model of movement of the car is specified at modes of an urban driving cycle for lorries by a fully loaded mass more than 3,5 tons with which help it is possible to investigate ecological and fuel-economic indicators of the trucks equipped with a tractor diesel engine, with different types of regulators.

Motorless probes of a fuel pump of a high pressure 4 UTNM and motor probes of tractor diesel engine D-241 with different types of regulators, probes of transients of diesel engine D-241 with different types of regulators, road probes of a lorry GAZ-53-12 equipped with tractor diesel engine D-241 with different systems of regulation are conducted.

Computing probes on mathematical model of influence of a method of regulation on indicators of a tractor diesel engine and the car are conducted at urban driving cycle modes. Adequacy of mathematical model is checked up by road probes of a truck GAZ-53-12.

Keywords: a diesel engine, the high pressure fuel pump, one regime regulator, all regime regulator, a drive cycle, mathematical model, the fuel efficiency, harmful exhausts, ecological indicators

Размещено на Allbest.ru

...