автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности автомобилей на холостом ходу использованием динамического режима
- кандидат технических наук
- Федулов,
Роман Вячеславович
- город
- Пенза
- год
- 2004
- специальность ВАК РФ
- 05.20.03
Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности автомобилей на холостом ходу использованием динамического режима"
На правахрукописи
Федулов Роман Вячеславович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ НА ХОЛОСТОМ ХОДУ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА
Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Пенза-2004
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика»
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
Уханов Александр Петрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Цыпцын Валерий Иванович
доктор технических наук, профессор Мачнев Валентин Андреевич
Ведущая организация
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТиН, г. Тамбов)
Защита состоится 15 октября 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30,ауд. 1246.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия».
Автореферат разослан «15» сентября 2004 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
Уханов А. П.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Одним из эксплуатационных режимов автомобиля является самостоятельный режим холостого хода (РХХ), на который при остановках и стоянках машин с работающим двигателем приходится 15...35% общего времени их работы. При этом автомобиль непроизводительно расходует до 7... 15% топлива. Этот режим характеризуется также работой двигателя на обогащенных топливовоздушных смесях, ухудшенным протеканием рабочего процесса, интенсивным нагаро-и лакоот-ложением на деталях двигателя, значительным содержанием вредных веществ в отработавших газах.
Однако, несмотря на разнообразные технические решения, вопросы комплексного улучшения эксплуатационных показателей (экономических, экологических, из-носных и лаконагарных) карбюраторных двигателей в составе автотранспортного средства на холостом ходу остаются до конца не решенными и связаны в основном с качеством смесеобразования в системе холостого хода (СХХ) карбюратора. Поэтому дальнейшее повышение эффективности автомобилей с бензиновыми карбюраторными двигателями, эксплуатирующихся на предприятиях АПК, может быть направлено на использование нетрадиционных подходов в реализации РХХ, в частности динамического режима, базирующегося на периодически повторяющихся тактах включения и отключения подачи топлива в СХХ, и позволяющего автоматически изменять состав топливовоздушной смеси (ТВС) в сторону обеднения при типовых регулировках карбюратора.
В связи с этим исследования, направленные на перевод работы карбюраторного двигателя со статического РХХ на динамический при остановках и стоянках автомобилей, являются актуальными и практически значимыми для сельскохозяйственного производства.
Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».
Цель исследований - повышение эффективности автомобилей с карбюраторными двигателями на холостом ходу использованием динамического режима.
Объект исследований - работа автомобилей семейства УАЗ и ВАЗ с карбюраторами типа «Озон» в динамическом режиме холостого хода.
- Предмет исследования - импульсные управляющие воздействия на штатный электромагнитный клапан системы холостого хода карбюратора в области пониженных частот вращения коленчатого вала.
Научная новизна работы. Способ перевода работы автомобильных карбюраторных двигателей на динамический РХХ. Закономерности управляющих импульсных воздействий на электромагнитный клапан системы холостого хода карбюратора и влияние этих закономерностей на динамику перемещения его иглы, на смесеобразование и расширение диапазона обеднения ТВС, а также на показатели двигателя. Опытные образцы автоматизированных систем управления (АСУ) динамическим режимом при работе автомобиля на холостом ходу.
Научная новизна использования динамического РХХ применительно к автомобилям с карбюраторными двигателями базируется на основных положениях патента РФ №2170914.
Практическая ценность работы. Применение разработанной АСУ, обеспечивающей регулируемую подачу топливовоздушной смеси в СХХ карбюратора при работе автомобиля на динамическом РХХ, по сравнению с подачей (при неизменных
РОС. ИАЦИОИЛЛШАЯ 3 SИЕЛПОТЕКА
штатных регулировках СХХ карбюратора) на типовом РХХ при одинаковой частоте вращения (800 мин-1) позволяет уменьшить в среднем по двигателям УМЗ и ВАЗ: эксплуатационный расход топлива на 15... 19%, содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов - 13...27%, массу нагарообразований на деталях огневой поверхности камеры сгорания (днище поршня, впускных клапанах и электродах свечей зажигания) - до 20 %. По сравнению с типовой подачей ТВС, обеспечивающей частоту вращения 800 мин-1, применение регулируемой подачи с частотой вращения 650 мин-1, позволяет снизить: эксплуатационный расход топлива на 19...22%, содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов - до 15%, расход моторного масла на угар вдвое, среднесуммарный износ деталей кривошипно-шатунного механизма на 5...20%.
Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями карбюраторных двигателей в стендовых условиях и автомобилей в условиях эксплуатации при работе на типовом и экспериментальном (динамическом)* режимах холостого хода.
Реализация результатов исследований. Опытные образцы ЛСУ экспериментальным РХХ испытаны на двигателях УМЗ - 414.10 и ВАЗ - 2103 в процессе мотор-пых исследований и на автомобилях УАЗ - 3741 в условиях эксплуатации ООО «По-леологовское» Пензенской области и ОАО «ГАТП № 7» г. Пензы.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на научно-практических конференциях Пензенской ГСХА (19992003 г.г.) и Самарской ГСХА (2000-2003 г.п), международных научно - технических конференциях Пензенского ГУ (1999-2003 г.г.), Приволжском Доме знаний (20002002 г.г.) и Оренбургском ГУ (2003 г.г).
Опытные образцы АСУ экспериментальным РХХ демонстрировались на городских и областных выставках г. Пензы (2000-2003 г.г.).
Публикации результатов исследований. По результатам исследований получен патент на изобретение, опубликовано 14 печатных работ, в т. ч. две без соавторов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 138 наименований и приложения на 43 стр. Работа изложена на 200 страницах, содержит 79 рисунков и 10 таблиц.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
• способ перевода работы карбюраторного двигателя на экспериментальный (динамический) режим холостого хода при остановках и стоянках автомобиля, обеспечивающий улучшение смесеобразования и расширение диапазона обеднения топливовоздушной смеси типового состава в системе холостого хода карбюратора;
• опытные образцы автоматизированной системы управления динамическим режимом холостого хода автомобиля с карбюраторным двигателем;
• результаты сравнительных исследовании карбюраторного двигателя в стендовых условиях и автомобилей в условиях эксплуатации на типовом и экспериментальном режимах холостого хода.
* - экспериментальный (динамический) РХХ - режим периодически повторяющихся тактов включения и отключения подачи топлива через жиклер электромагнитного клапана системы холостого хода карбюратора
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, изложена общая характеристика работы, научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» на основе анализа существующих способов повышения эффективности автомобилей с карбюраторными двигателями на холостом ходу показана перспективность применения динамического РХХ, основанного на периодически повторяющихся тактах включения и отключения подачи топлива в СХХ карбюратора и обеспечивающего регулируемую подачу топлива через жиклер электромагнитного клапана. Улучшение смесеобразования и расширение диапазона обеднения топливовоздушной смеси по отношению к составу на типовом РХХ осуществляется за счет изменения пропускной способности топлива через топливный жиклер электромагнитного клапана карбюратора при неизменной пропускной способности воздушного жиклера. При этом изменение пропускной способности топливного жиклера обеспечивается периодическим открытием и закрытием иглой штатного электромагнитного клапана карбюратора. К достоинствам динамического РХХ относятся: простота его реализации на автомобиле, универсальность по отношению к различным типам двигателей, карбюраторы которых оснащены электромагнитным клапаном СХХ; компактность и невысокая стоимость используемых АСУ для его осуществления.
Исходя из результатов анализа литературного обзора и патентного поиска в соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Разработать способ перевода работы карбюраторных двигателей в составе автомобиля на экспериментальный (динамический) режим холостого хода и выполнить расчетно-теоретическую оценку влияния обеднения топливовоздушной смеси на технико-экономические показатели двигателя.
2. Разработать конструктивные схемы и варианты исполнения автоматизированной системы управления динамическим режимом холостого хода.
3. Провести сравнительные исследования карбюраторного двигателя в стендовых условиях и автомобилей в условиях эксплуатации на типовом и экспериментальном режимах холостого хода.
4. Определить экономическую эффективность от использования на автомобилях с карбюраторным двигателем экспериментального режима холостого хода по сравнению с типовым.
Во втором разделе «Расчетно-теоретическая оценка влияния обеднения топ-ливовоздушной смеси на показатели автомобильного карбюраторного двигателя в динамическом режиме холостого хода» для повышения эффективности карбюраторных двигателей в РХХ предложен способ перевода работы карбюраторного двигателя на динамический режим холостого хода при остановках и стоянках автомобиля, обеспечивающий улучшение смесеобразования и расширение диапазона обеднения топ-ливовоздушной смеси типового состава в системе холостого хода карбюратора и базирующийся на динамической пульсации потока топлива в каналах СХХ карбюратора. Пульсация потока топлива вызывается периодическим открытием и закрытием топливного жиклера иглой электромагнитного клапана (ЭК) при импульсном управлении его питанием. При перемещении его иглы по определенному закону происходит изменение пропускной способности топливного жиклера и обеспечение определенной подачи топлива через его сечение. Учитывая, что количество всасываемого воздуха через воздушные жиклеры карбюратора остается постоянным, то при изме-
нении подачи топлива через жиклер ЭК меняется качественный состав ТВС в эмульсионном канале СХХ после электромагнитного клапана, а следовательно и в задрос-сельном объеме карбюратора.
Состав топливовоздушной смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха а = О, / 0-, х который как известно, зависит от секундных расходов соответственно топлива и воздуха через топливные и воздушные жиклеры СХХ карбюратора. В свою очередь в, - расход воздуха (пропускная способность воздушного жиклера) и О, - расход топлива (пропускная способность топливного жиклера) в СХХ карбюратора определяются по расчетным формулам:
где - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1 кг топлива;
- теоретическая скорость воздуха и топлива, м/с; р„ р, - плотность воздуха и топлива, кг/м3; Ц„х. Щи - коэффициент расхода воздуха и топлива; (!,„, - диаметр воздушного и топливного жиклеров, м; Ар,„ - разрежение в воздушных каналах, Па; р^, - давление топлива перед топливным жиклером, Па; Арпц^Б)- разрежение в эмульсионном канале, в функции от перемещения иглы электромагнитного клапана, Па.
Из уравнений (1) и (2) следует, что на секундные расходы топлива и воздуха через соответствующие жиклеры влияют как конструктивные (диаметры топливных и воздушных жиклеров и каналов), так и гидродинамические (скорость топлива и воздуха, разрежение в эмульсионном канале) параметры СХХ карбюратора.
Предлагаемый способ перевода работы карбюраторного двигателя на динамический РХХ при остановках и стоянках автомобиля позволяет изменять состав горючей смеси за счет гидродинамических параметров при неизменных конструктивных параметрах карбюратора при работе двигателя в экспериментальном (динамическом) РХХ по отношению к составу на типовом РХХ.
В процессе смесеобразования при работе двигателя на динамическом РХХ в момент открытия иглой топливного жиклера электромагнитного клапана в эмульсионном канале СХХ под действием разрежения происходит быстрое истечение топлива го эмульсионного колодца карбюратора, что делает топливо при попадании в эмульсионный канал мелкодисперсным, а при закрытии топливного жиклера иглой клапана прекращается подача топлива в эмульсионный канал и обеспечивается тщательное перемешивание ранее поступившей порции топлива с воздухом по сечению и длине эмульсионного канала. Так как процессы открытия и закрытия топливного жиклера электромагнитным клапаном зависят от перемещения иглы и влияют на приготовление ТВС, то качественный ее состав будет иметь функциональную зависимость от перемещения иглы электромагнитного клапана в каждый из отрезков времени, т.е.
Тогда коэффициент избытка воздуха а с учетом гидродинамических параметров (П) СХХ карбюратора предстанет в виде непрерывной функции
Для того чтобы обеспечить необходимое разрежение в эмульсионном канале ДРтхх^) карбюратора при работе на экспериментальном РХХ надо перемещать иглу электромагнитного клапана карбюратора по определенному закону.
Характеристика перемещения иглы (рис. 1) в зависимости от времени подачи электрического импульса управления описывается системой уравнений кусочно-линейной функции:
где >, - перемещение иглы клапана в -период времени, мм; вши - максимальное перемещение иглы клапана, мм; - время подачи импульса, мс; - время, в течение которого клапан открыт (время импульса), мс; - время задержки импульса, мс; - время до полного открытия, мс; тэ - время обратного движения иглы клапана, мс; т„ - время, в течение которого клапан закрыт (время паузы между импульсами), мс; О - угол наклона ветви при открытии клапана, град; 3 - угол наклона ветви при закрытии клапана, град.
Ъ Тл -с,
Рисунок 1 - Характеристика перемещения иглы электромагнитного клапана системы холостого хода карбюратора
Данный закон перемещения иглы электромагнитного клапана СХХ карбюратора позволяет реализовать разработанная автором АСУ, обеспечивающая расширение диапазона обеднения ТВС в РХХ двигателя по отношению к типовому составу.
При работе в экспериментальном РХХ время импульсов и пауз между ними задается вручную при помощи соответствующих рукояток АСУ, а остальные участки на характеристике перемещения иглы ЭК (рис. I) зависят от его электромагнитных характеристик.
В связи с тем, что при импульсном управлении ЭК в экспериментальном РХХ меняется качественный (в сторону обеднения) состав ТВС в каналах СХХ, то при расчете параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя известная методика требует корректировки.
Для уточнения методики расчета параметров рабочего цикла в экспериментальном РХХ принимается, что коэффициент избытка воздуха является также исходным параметром, но имеет не дискретный характер, а представляется в виде функциональной зависимости характеризующей влияние на а гидродинамических параметров карбюратора (скорости ТВС или разрежения в эмульсионном канале СХХ) при неизменных конструктивных параметрах.
Общее количество продуктов полного и неполного сгорания бензина (М1^2) при работе в режиме холостого хода на обедненной топливовоздушной смеси с определяется:
М, = Мсо2 + Мн2о + М02 + МЫ2 = С/12 + Н/2 + [а(П) - 0,208] »Ц; М2 - Мсог + Мсо2 + Мн2о + Мн2 + МК2 = С/12 + Н/2 + 0,792 а(П) .
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании топливовоздушной смеси обедненного состава
ДМ = М2 - М, = 0,208 х [Ъо - а(П)]. Удельные теплоемкости продуктов полного сгорания бензина (справедливы ДЛЯ 0,6 <а(П)< 1,12 и Т = 273...2600 К): Ср = (0,5186-0,0488 а(П))Т°145; с, = (0,2871 - 0,0242 о(П)) I4"0 ;
Ср* = (33,92 а(П)5 - 158,12 а(П)4+291,81 а(П)3-266,66 а(П)2 +
+ 120,82 а(П)-21,16) Т0'"5; с»' = (19,17 а(П)5 - 89,25 а(П)4 + 164,6 а(П)3 -150,02 а(П)г +
Коэффициент молекулярного изменения горючей (ц0) и рабочей (ц) смеси: м,
= 1 + [(0,208 X (1-0 - <х(П))]/[С/12 + Н/2 + (а(П) - ОД08)Ц],
Теплота сгорания рабочей смеси: и(П) > 1 (в экспериментальном РХХ)
Нр.6 ~ = ии / (М, + KV) = Н„ / [М, (1+ у,)],
(в типовом РХХ и экспериментальном РХХ)
Нрав.м.= (Нц.ДИ>1)/[М1(1+Тг)],
где Н„ - низшая теплота сгорания бензина, Дж/кгхК; уг - коэффициент остаточных газов.
Остальные параметры рабочего цикла двигателя (Р„ Т1т X, Р, и др.) рассчитываются с заданным шагом по стандартной методике с учетом уточненных вышеуказанных параметров.
Результаты расчетов показателей рабочего цикла и часового расхода топлива в последующем сравнивались с экспериментальными данными соответственно после обработки индикаторных диаграмм и весовым способом в диапазоне изменения: коэффициента избытка воздуха на типовом РХХ а=0,91... 0,97 с шагом 0,015 и на экспериментальном РХХ о=0,91...1,1 с шагом 0,05 и частоты вращения коленчатого вала 650...800 мин-1 с шагом 50 мин-1.
В третьем разделе «Конструктивные схемы и варианты исполнения автоматизированной системыуправления динамическимрежимомхолостогохода автомобиля» разработаны функциональные, структурные и электрические схемы автоматизированной системы управления и вариантов её исполнения.
При проведении лабораторных исследований по определению пропускной способности жиклера электромагнитного клапана СХХ карбюратора и моторных (стендовых и эксплуатационных) исследований карбюраторного двигателя в РХХ для создания динамического режима, обеспечивающего обедненную ТВС в каналах СХХ карбюратора, использовалась разработанная АСУ.
Конструктивно АСУ (рис. 2) состоит из электронного блока управления (ЭБУ) и штатного электромагнитного клапана системы холостого хода карбюратора.
Рисунок 2 - Общий вид автоматизированной системы управления
Электронный блок (рис. 3) содержит генератор прямоугольных импульсов (ГПИ) с регуляторами частоты (РЧ) и скважности (РС), коммутатор (К) и включатель режима (ВР) экспериментального РХХ
АСУ работает следующим образом При подаче нулевого импульсного напряжения с ЭБУ в цепь ЭК обмотка его обесточивается, игла клапана перекроет топливный жиклер и подача топлива через канал СХХ карбюратора прекратится. При подаче единичного импульсного напряжения игла ЭК откроет топливный жиклер, подача топлива возобновится Таким образом, автоматическое включение и выключение питания ЭК карбюратора обеспечивает циклическую работу клапана и регулирование пропускной способности топливного жиклера путем изменения параметров управляющих импульсов. Параметры управляющих импульсов варьируются в широких пределах (продолжительность импульса от 7 до 700 мс, а время паузы между импульсами от 25 до 325 мс) и задаются вручную или автоматически, что позволяет плавно и бесступенчато изменять пропускную способность топливного жиклера СХХ в пределах от 50,4 до 16,7 см3/мин при неизменных регулировках карбюратора.
Таким образом снижение пропускной способности топливного жиклера (за счет перемещения иглы клапана) при неизменной пропускной способности воздушного жиклера системы холостого хода карбюратора способств>ет обеднению ТВС типового состава
При исследовании автомобиля УАЗ - 3741 в условиях эксплуатации при выполнении своих производственных функций испытана АСУ (рис. 4) с датчиками положения муфты сцепления (ДМС). рычага коробки перемены передач (ДНП) и дрос-
сельной заслонки (ДДЗ), электрически соединенными посредством штекерных разъемов с электронным блоком.
Рисунок 4 - Структурная схема автоматизированной системы управления для эксплуатационных исследований: SAI -тумблер включения электронного блока АСУ; К1 - реле; KI .1-контакты реле; (остальные позиции в тексте)
Электрические схемы разработанных АСУ выполнены с использованием интегральных микросхем и питанием электрических цепей от бортовой сети автомобиля, и реализуют наиболее экономичное потребление тока в цепи ЭК при его импульсном управлении, создавая необходимые по продолжительности импульсы и паузы между ними. При этом АСУ не влияет на работу ЭК в режиме принудительного холостого хода.
Разработанные АСУ, обеспечивая возвратно-поступательное перемещение иглы ЭК по установленному закону, способствуют не только динамической пульсации потока топлива и перемешиванию его с воздухом в СХХ карбюратора, во впускном коллекторе и цилиндрах двигателя на тактах впуска, но и качественному смесеобразованию и приготовлению обедненной топливовоздушной смеси по сравнению с составом при типовой подаче. Подтверждением этого является более устойчивая минимальная частота вращения коленчатого вала на экспериментальном РХХ (650± 10 мин-1) по сравнению с частотой на типовом РХХ (80О±25 мин-1), регламентированной заводом-изготовителем автомобиля.
В четвертом разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» излагаются общая программа и частные методики исследований с описанием объектов и аппаратуры для исследований.
Программа исследований включала: контрольные испытания карбюратора ДААЗ - 2107 и агрегатов системы зажигания на соответствие их параметров технического состояния требованиям технических условий; эксплуатационные наблюдения за работой автотранспортных средств в РХХ для выяснения фактического времени работы двигателей на холостом ходу; безмоторные исследования электромагнитного клапана карбюратора для оценки влияния длительности управляющих импульсов на пропускную способность топливного жиклера СХХ; моторные исследования карбюраторного двигателя УМЗ-414.10 с карбюратором ДААЗ - 2107 для сравнительной оценки его работы на типовом и экспериментальном РХХ по экономическим, экологическим, износным и лаконагарным показателям; лабораторные исследования автомобиля ВАЗ - 21061 (двигатель ВАЗ-2103) с карбюраторами ДААЗ-2107 и
ДААЗ-2108 и с контактной и бесконтактной системами зажигания для сравнительной оценки его работы на типовом и экспериментальном РХХ по экономическим и экологическим показателям; исследования автомобиля УАЗ - 3741 (с карбюратором ДААЗ-2107) в условиях эксплуатации для оценки эффективности использования регулируемой подачи ТВС в экспериментальном РХХ и доводки конструкторских параметров АСУ.
Основной задачей экспериментальных исследований является: получение результатов, подтверждающих возможность повышения эффективности автомобилей с карбюраторными двигателями в РХХ за счет использования динамического режима, обеспечивающего улучшение смесеобразования и расширение диапазона обеднения ТВС в карбюраторе путем автоматического регулирования подачи топлива через жиклер СХХ; определение комплекса оценочных показателей эффективности карбюраторного двигателя на экспериментальном РХХ; проверка работоспособности разработанной АСУ; доводка конструктивных параметров АСУ для практического использования.
При исследованиях использован принцип сопоставления выбранных оценочных показателей в условиях типового и экспериментального РХХ на основе анализа снятых осциллограмм (индикаторных диаграмм) рабочего процесса и различных характеристик карбюраторного двигателя в его штатной (без АСУ) и экспериментальной (с применением АСУ) комплектации. Снятие индикаторных диаграмм осуществлялось с помощью осциллографической аппаратуры (пьезокварцевый датчик давления газов DW-150, усилитель пьезокварцевый на базе УТИ-74, осциллограф Н-117/1).
Для замера расхода топлива применяли объемный расходомер топлива. Замер содержания токсичных компонентов в отработавших газах осуществлялся газоанализаторами ГИАМ-27-02 и «АВТОТЕСТ».
Определение качества ТВС на сравниваемых режимах проводилось с помощью индикатора ИКС-1 по цвету пламени в цилиндрах двигателя.
В качестве оценочного показателя лаконагарных отложений на днище поршня, впускных клапанах и электродах свечей зажигания использовалась масса отложений. Величина лаковых отложений на жиклерах оценивалась путем сравнения пропускной способности главного воздушного жиклера и жиклера электромагнитного клапана СХХ до и после испытаний.
Износ деталей кривошипно-шатунного механизма по результатам моторных исследований двигателя УМЗ - 414.10 на динамометрической машине KS-56/4 оценивался по содержанию продуктов износа в пробах моторного масла на спектрофото-метрической установке МФС-3 и по результатам микрометража.
Изменение частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя на типовом РХХ обеспечивалась регулировкой винта «качества» топливовоздушной смеси карбюратора, а на экспериментальном РХХ - регулировкой частоты и скважности управляющих импульсов, формируемых в электронном блоке АСУ при неизменных (нормативных) регулировках карбюратора.
Протарированная котрольно-измерительная и регистрирующая аппаратура, автоматизация измерений позволили обеспечить необходимую точность определения параметров быстропротекающих процессов.
В основу методик положены действующие ГОСТы, ОСТы, ТУ, РТМ и другие нормативно-технические документы.
Для обработки полученных экспериментальных данных на ПЭВМ использовались программы Microsoft Excel, Statistika 5, Mathcad 5 и др.
В пятомразделе «Результаты экспериментальных исследований» приводится анализ результатов безмоторных и моторных (лабораторных и эксплуатационных) исследований.
Для оценки длительности работы двигателя на различных эксплуатационных режимах был проведен хронометраж времени движения автомобиля ВАЗ-21061 в условиях городской езды, в т. ч. с фиксацией работы двигателя на холостом ходу (остановки, стоянки и движение накатом). При этом установлено, что в режиме холостого хода двигатель автомобиля работает (в зависимости от интенсивности и скорости движения, а также времени суток) от 3 до 28% времени нахождения автомобиля в пути.
В результате сравнительных лабораторных исследований определены зависимости пропускной способности жиклера ЭК карбюратора ДААЗ - 2107 от параметров управляющих импульсов АСУ (длительности импульса и времени паузы между ними) с регулируемой и нерегулируемой подачей топлива. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наибольшее снижение пропускной способности наблюдается при импульсном управлении ЭК с длительностью управляющих импульсов 7 мс и паузой между ними 325 мс и составляет 16,7 см3/мин.
Для обеспечения стабильной работы двигателя УМЗ-414.10 в РХХ, соответствующего минимальному расходу топлива и минимально-устойчивой частоте вращения коленчатого вала 650 мин-1, были выбраны параметры управляющих импульсов с длительностью импульса 325мс и паузой между ними 162,5 мс (скважность С = 0,5).
В диапазоне частот вращения коленчатого вала 500 - 800 мин-1 при скважности С = 0,5 управляющих импульсов, примерно равной постоянной двигателя, часовой расход топлива и коэффициент избытка воздуха изменяются соответственно на типовом РХХ в пределах От=1,1...1,8 кг/ч и (1=0,88-0,96, а на экспериментальном РХХ -Ст=1,05...1,55 кг/ч и а=0,78-1,1 (рис. 5,6).
Вследствие того, что в диапазоне частот вращения коленчатого вала 500-650 мин-1 работа двигателя УМЗ-414.10 из устойчивой переходит в неустойчивую (среднее отклонение угловой скорости коленчатого вала превышает ± 1,2 с*), диапазон исследуемых частот вращения принят в пределах 650-800 мин-1, а коэффициент избытка воздуха на типовом РХХ а=0,91...0,96 (при этом цвет пламени в камере сгорания изменяется до сине-голубого) и на экспериментальном РХХ а - 0,91... 1,1 (цвет пламени в камере сгорания изменяется до бледно-голубого).
В соответствии с установленными диапазонами изменения коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала часовой расход топлива на типовом РХХ для двигателя УМЗ - 414.10 составил, например, при 800 мин-1 - 1,7 кг/ч, а на экспериментальном РХХ - 1,37 кг/ч, а при 650 мин-1 соответственно 1,6 кг/ч и 1,34 кг/ч.
Полученные экспериментальные данные по часовому расходу топлива и показателям рабочего цикла практически совпадают с расчетными (отклонение не более 5-7%).
Таким образом, наиболее экономичным скоростным режимом работы двигателя с регулируемой подачей топлива на холостом ходу является частота вращения коленчатого вала 650 мин-1.
*0 9гО&40$6(1Д80ЙОО»го«40вЫб90700?Э0 740Т60ТМ*М
меы9ммои»мо«2»мо«мм»татгог«о7мт
Рисунок 5 - Зависимость часового расхода топлива карбюраторного двигателя
УМЗ - 414 10 от частоты вращения коленчатого вала при постоянной скважности управляющих импульсов, а-С = 0,7; б-С = 0,6, в-С =0,5, г-С=0,4
1 ' ! I
' ! '' 1 и
1—
1; • 1 ч Г* ^
> ! 1
! | 1
1
1 1
1 1 1
$00 &50 600 650 700 Т50 вОО 850 900 990 Чястогсврашеияа ят*
Рисунок 6 • Зависимость коэффициента избытка воздуха от частоты вращения коленчатого вала при постоянной скважности управляющих импульсов а - С = 0,7,6 - С = 0,6, в - С = 0,5; г - С » 0,4
Расход моторного масла на угар определялся по массовой убыли масла из картера двигателя УМЗ - 414.10 при его работе на типовом (п = 800 мин-1) и экспериментальном (п = 650 мин-1) РХХ в течение 75 часов. Исследования показали, что массовый расход моторного масла на угар на сравниваемых режимах составил соответственно: на типовом РХХ - 0,2 кг, а на экспериментальном РХХ - 0,1 кг.
По результатам проведенного спектрального анализа моторного масла (рис.7) и микрометража (рис.8) после 75-часовой работы двигателя УМЗ -414.10 на экспериментальном РХХ (при частоте вращения 650 мин-1) по сравнению с типовым РХХ (при частоте вращения 800 мин-1) среднесуммарный износ деталей снижается: у гильз цилиндров на 15%, поршней 20%, шатунных вкладышей коленчатого вала двигателя на 14% и компрессионных поршневых колец на 9%. При этом (рис. 9) также существенно уменьшилась масса нагаро-отложений на деталях двигателя: на днище поршня - на 20...25%, впускных клапанах - на 25.. .30% и свечах зажигания до 30%.
При работе двигателя BA3-2Ю3 (рис.10) на экспериментальном РХХ в составе автомобиля ВАЗ-21061 происходит снижение часового расхода топлива при одинаковой средней частоте вращения коленчатого вала 550 мин-1 на 6,2 %, а при 800 мин-1 на 15% по сравнению с типовым РХХ.
Рисунок 10 - Зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей ВАЗ-2ЮЗ-
а - с карбюратором ДААЗ-21083 и бесконтактной системой зажигания автомобиля ВАЗ-21061 с пробегом 120 тыс. км, б - с карбюратором ДААЗ-2107 автомобиля ВАЗ-21061 с пробегом 25 тыс. км
Данные экологической характеристики (рис. 11) двигателя ВАЗ-2103 показывают, что на экспериментальном РХХ по сравнению с типовым РХХ происходит снижение концентрации углеводородов при средней частоте вращения коленчатого вала 550 мин"1 на 14,7%, при 800 мин-1 - на 273%, а концентрации оксида углерода соответственно на 15% и на 13,8%
жиклере электромагнитного клапана лаковых отложений (оценивались по пропускной способности) вдвое меньше но сравнению с работой в типовом РХХ. Такая же закономерность в лакообразовании наблюдается и на главном воздушном жиклере обеих камер карбюратора.
В шестом разделе «Оценка экономической эффективности работы автомобиля с использованием динамического режима холостого хода» приведены результаты исследований в условиях производственной эксплуатации (ООО «Полеологов-ское» Пензенской области и ГАТП № 7 г. Пензы) автомобилей, оснащенных АСУ динамическим РХХ и расчет годовой экономии от перевода работы двигателя с типового на динамический РХХ. Расчетная экономия составляет 538 рублей на один автомобиль семейства УАЗ - 3741 с карбюраторным двигателем УМЗ -4178.10, получаемой за счет снижения затрат на топливо-смазочные материалы (бензин А-76 и моторное масло М-8-В1).
Общие выводы
1. Предложен способ перевода работы карбюраторного двигателя на динамический режим холостого хода при остановках и стоянках автомобиля, заключающийся в регулировании подачи топлива через жиклер электромагнитного клапана системы холостого хода карбюратора при неизменной подаче воздуха и обеспечивающий стабильную, устойчивую и экономичную работу двигателя на частотах вращения коленчатого вала ниже минимально-устойчивой частоты, задаваемой заводом-изготовителем автомобиля.
Регулируемая подача топлива через жиклер системы холостого хода (при неизменных регулировках карбюратора) обеспечивается возвратно - поступательным перемещением иглы электромагнитного клапана в зависимости от параметров управляющих импульсов, формируемых в электронном блоке автоматизированной системы управления динамическим режимом холостого хода.
Уточнена методика расчета параметров рабочего цикла двигателя в зависимости от регулируемого состава топливовоздушной смеси в каналах системы холостого хода карбюратора с учетом установленных закономерностей перемещения иглы электромагнитного клапана.
2. Для практической реализации предложенного способа перевода работы карбюраторного двигателя на динамический режим холостого хода при остановках и стоянках автомобиля, обеспечивающего улучшение смесеобразования и расширение диапазона обеднения (по отношению к типовому составу) топливовоздушной смеси в системе холостого хода карбюратора на бензиновых двигателях при их исследовании в лабораторных и эксплуатационных условиях разработан, изготовлен и апробирован на практике ряд конструктивных схем и вариантов исполнения автоматизированной системы управления динамическим режимом холостого хода, позволяющие управлять перемещением иглы электромагнитного клапана карбюратора и автоматически регулировать не только подачу топлива через топливный жиклер системы холостого хода, но и качественный состав топливовоздушной смеси на холостом ходу.
Расширение диапазона обеднения топливовоздушной смеси приводит к снижению нижнего предела минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (до 650 мин-1) и обеспечение при этом ее стабильности со средним отклонением не превышающим ± 10 мин-1.
Установлен рациональный диапазон обеднения топливовоздушной смеси в СХХ карбюратора с О =0,91...0,96 до О = 0,91... 1,1. При этом длительность управляющих импульсов на иглу электромагнитного клапана карбюратора и пауза между ними составляет соответственно 162,5 и 325 мс.
3. Результаты выполненных сравнительных исследований силового агрегата автомобиля УАЗ (карбюраторного двигателя УМЗ-414.10, муфты сцепления и коробки перемены передач) в стендовых условиях показывают, что при его работе на экспериментальном РХХ с частотой вращения 650 мин-1 снизились: эксплуатационный расход топлива на 19...22%, содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов - до 15%, расход моторного масла на угар вдвое, среднесуммарный износ деталей кривошипно-шатунного механизма на 5...20% по отношению к типовому РХХ с частотой вращения 800 мин-1.
Сравнительные исследования автомобилей УАЗ - 3741 с двигателями УМЗ - 4178.10 в эксплуатации при работе на холостом ходу в ООО «Полеологов-ское» Пензенской области и ОАО «ГАТП № 7» г. Пензы, в процессе выполнения ими своих производственных функций, показали, что работа карбюраторного двигателя на экспериментальном РХХ с регулируемой подачей топлива через жиклер электромагнитного клапана карбюратора обеспечивает снижение эксплуатационного расхода топлива на 10... 15% по сравнению с традиционно используемым на практике типовым режимом холостого хода, и позволяет сэкономить до 70 литров бензина в год на один автомобиль, а также уменьшить содержание в отработавших газах оксидов углерода на 15...25% и углеводородов на 10...15%.
4. Расчетная годовая экономия от внедрения АСУ для обеспечения экспериментального РХХ составляет 538 рублей на один автомобиль семейства УАЗ - 3741 по сравнению с работой двигателя на типовом РХХ со сроком окупаемости дополнительных затрат за 1,9 года.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Улучшение экологических показателей автотракторных двигателей на холостом ходу /АЛ. Уханов, С.В. Тимохин, Д.А Уханов, Р.В. Федулов //Проблемы сельскохозяйственного производства в изменяющихся экономических и экологических условиях в XXI веке: Тезисы докладов Междунар. научно-практич. конф. - Пенза, 2000.- С. 265-267.
2. Автоматизированная система управления топливоподачей на режиме холостого хода автотракторного дизеля /С.В. Тимохин, АЛ. Уханов, Р.В. Федулов, ДА. Уханов // Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин: Тезисы докладов VI Междунар. научно-технич. конф. - Пенза, 2000.-С.6-11.
3. Тимохин С.В., Уханов А.П., Федулов Р.В. Экспериментальная установка для исследевания режимов динамического холостого хода на карбюраторном двигателе //Материалы XXXXVI научно-технич. конф. молодых ученых и студентов инженерного факультета. -Пенза: РИО ПГСХА, 2001.- С.53-54.
4. Пат. 2170914 Россия. Способ снижения эксплуатационного расхода топлива силовой установкой и устройство для его осуществления /С.В. Тимохин, АЛ. Уханов, АВ. Николаенко, Д.А. Уханов, Р.В. Федулов; Пенз. гос. с.-х. акад. - № 2000100194/06; Заяв. 05.01.2000; Опубл 20.07.2001, Бюл. № 20.
5. Новый принцип реализации режима холостого хода на автотракторной технике /А. П. Уханов, С. В. Тимохин, Ю. В. Гуськов, Д. А. Уханов, Р. В. Федулов //Сб. науч. статей к 50 летию ПГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2001.- С. 15 - 24.
6. Уханов А. П., Тимохин С. В., Уханов Д. А., Федулов Р. В. Режим динамического холостого хода ДВС: технические решения и перспективы практического использования //Сб. статей VII междун. НПК. - Пенза: ПТУ, 2001.- С. 144-148.
7. Федулов Р. В., Фудин К. П. Исследовательская установка для работы карбюраторного двигателя на безнагрузочных режимах //Материалы 47 - ой НПК Пензенской ГСХА. - Пенза, 2002.- С. 35 - 37.
8. Уханов А. П., Тимохин С. В., Федулов Р. В. Результаты исследований автоматизированной системы управления топливоподачей карбюраторного двигателя на режиме холостого хода //Сб. мат-лов всероссийской НПК. - Пенза: ПДЗ, 2002.
9. Уханов А. П., Тимохин С. В., Федулов Р. В, Данилин А. М. Улучшение показателей работы транспортного двигателя на режиме холостого хода //Сб. трудов Самарской ГСХА. - Самара, 2002.- С. 66 - 69.
10 Анализ режимов движения автотранспортных средств в условиях г. Пензы /С. А. Матвеев, А. В. Отраднов, М. Ф. Глебов, Р. В. Федулов //Материалы 47 - ой НПК Пензенской ГСХА. - Пенза, 2002- С. 31 - 35.
11. Тимохин СВ., Федулов Р.В., Глебов М.Ф. Оценка влияния динамического холостого хода на изкосные показатели карбюраторного двигателя //Материалы 48 - ой НПК Пензенской ГСХА. - Пенза, 2003.- С. 27 - 28.
12. Данилин А.М., Федулов Р. В. К вопросу выбора параметров электромагнитною клапана для управления работой бензинового двигателя на холостом ходу //Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков: Тезисы докладов VIII Междунар. научно-технич конф,- Пенза, 2003.- С. 12-16.
13. Результаты экспериментальных исследований бензинового двигателя на режиме холостого хода /А. П. Уханов, СВ. Тимохии, Р.В. Федулов, А. М. Данилин //Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков: Тезисы докладов VIII Междунар. научно-технич. конф. - Пенза, 2003.- С. 16-20.
14. Федулов Р.В. Результаты износных испытаний карбюраторного двигателя на режиме холостого хода //Совершенствование ресурсосберегающих технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции: Сборник материалов 48-й НПК Пензенской ГСХА. - Пенза, 2003 - С. 15 -19.
15.Федулов Р. В. Уточнение расчета показателей работы карбюраторного двигателя на режиме холостого хода переобеднением топливовоздушной смеси //Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: Тезисы докладов Ш Междунар. научно-технич. конф. - Оренбург, 2003.- С. 229-230.
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии «Копи-Иво» ИП Попова М.Г. г. Пенза, ул. Московская, 74 6.09.2004 г., тираж 100 экз., 1,25 усл. печ. л., заказ 2145
Оглавление автор диссертации — кандидат технических наук Федулов, Роман Вячеславович
Перечень сокращений и терминов
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования
1.1 Особенности работы автомобилей с карбюраторными ДВС в режиме холостого хода
1.2 Влияние состава горючей смеси на работу карбюраторного двигателя
1.3 Способы повышения эффективности автомобилей в режиме холостого хода и устройства для его осуществления
1.4 Обоснование темы и задачи исследования
2 Расчетно-теоретическое оценка влияния обеднения топливовоздушной смеси на показатели автомобильного карбюраторного двигателя в динамическом режиме холостого хода
2.1 Взаимосвязь конструктивных и гидродинамических параметров системы холостого хода автомобильного карбюратора с составом топливовоздушной смеси
2.2 Закономерности перемещения иглы электромагнитного клапана системы холостого хода автомобильного карбюратора
2.3 Влияние состава топливовоздушной смеси на показатели карбюраторного двигателя
3 Конструктивные схемы и варианты исполнения автоматизированных систем управления динамическим режимом холостого хода автомобиля
3.1 Способ перевода работы автомобиля на динамический режим холостого хода
3.2 Конструктивные схемы и варианты исполнения автоматизированной системы управления динамическим режимом холостого хода
3.2.1 Автоматизированная система управления динамическим режимом холостого хода для лабораторных исследований пропускной способности жиклера электромагнитного клапана карбюратора и для моторных исследований силового агрегата автомобиля
3.2.2 Автоматизированная система управления динамическим режимом холостого хода для эксплуатационных исследований автомобиля
4 Программа и методика экспериментальных исследований
4.1 Программа исследований
4.2 Методика проведения эксплуатационных наблюдений за работой автотранспортных средств в режиме холостого хода
4.3 Методика исследований пропускной способности жиклера электромагнитного клапана системы холостого хода автомобильного карбюратора
4.3.1 Объект исследования и аппаратура для испытаний
4.3.2 Методика экспериментальной оценки влияния длительности управляющих импульсов автоматизированной системы управления на пропускную способность жиклера электромагнитного клапана системы холостого хода автомобильного карбюратора
4.3.3 Методика определения коэффициента избытка воздуха
4.4 Методика исследований показателей рабочего цикла карбюраторного двигателя при работе на типовом и динамическом режимах холостого хода
4.4.1 Объект исследований и аппаратура для испытаний
4.4.2 Методика экспериментальной оценки показателей рабочего цикла двигателя при работе на динамическом режиме холостого хода
4.4.3 Методика определения нижнего предела частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя на динамическом режиме холостого хода
4.5 Методика исследований оценочных показателей работы карбюраторного двигателя автомобиля на типовом и динамическом режимах холостого хода
4.5.1 Объект исследования и аппаратура для испытаний
4.5.2 Методика экспериментальной оценки показателей работы карбюраторного двигателя автомобиля на динамическом режиме холостого хода
4.6 Методика сравнительных испытаний автомобилей в эксплуатации при работе карбюраторного двигателя на режиме холостого хода
5 Результаты экспериментальных исследований
5.1 Определение действительного времени работы двигателей автотранспортных средств в режиме холостого хода
5.2 Количественная оценка влияния длительности командных импульсов на пропускную способность жиклера электромагнитного клапана системы холостого хода автомобильного карбюратора
5.3 Результаты сравнительных исследований показателей рабочего цикла карбюраторного двигателя на типовом и динамическом режимах холостого хода
5.4 Результаты сравнительных исследований оценочных показателей работы карбюраторного двигателя на типовом и динамическом режимах холостого хода
6 Оценка экономической эффективности работы автомобиля на динамическом режиме холостого хода
6.1 Результаты производственных испытаний автомобилей на типовом и динамическом режимах холостого хода
6.2 Экономическая эффективность работы автомобиля на динамическом режиме холостого хода 141 ВЫВОДЫ 145 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 146 Список использованной литературы 149 Приложения
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
АТС- автотранспортное средство; ДВС - двигатель внутреннего сгорания; КШМ - кривошипно-шатунный механизм; ЦПГ - цилиндро-поршневая группа; КПД - коэффициент полезного действия; РХХ - режим холостого хода;
ТРХХ - типовой (установившийся) режим холостого хода;
ЭРХХ - экспериментальный (динамический) режим холостого хода;
ИРК - измерительно-регистрирующий комплекс;
АСУ - автоматизированная система управления;
ЭБУ - электронный блок управления;
ЭК - электромагнитный клапан;
ТВС - топливовоздушная смесь;
ЭПХХ - экономайзер принудительного холостого хода;
АСХХ - автономная система холостого хода;
СХХ - система холостого хода;
РЧВ - регулятор частоты вращения; с.-х. - сельскохозяйственный (ой, ое, ая); п.к.в. - поворот коленчатого вала
Введение 2004 год, диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем, Федулов, Роман Вячеславович
Самостоятельный режим холостого хода (РХХ) при остановках и стоянках занимает значительную долю, в общем времени работы и в условиях интенсивного городского движения составляет 15.35%. При этом автомобиль непроизводительно расходует до 1. 15% топлива. Кроме того, РХХ автомобиля характеризуется ухудшенным протеканием рабочего процесса (из-за не качественного смесеобразования в карбюраторе), работой двигателя на обогащенных топливовоздушных смесях (TBC), интенсивным нагаро - и ла-коотложениями на деталях двигателя и карбюратора, значительным содержанием вредных веществ в отработавших газах [14, 15, 16, 34, 56, 116 и др.].
Это обусловлено тем, что современные автомобили с карбюраторными ДВС представляют собой силовую установку, в состав которой входят несколько разнородных систем (топливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения, смазки и др.), взаимодействующих между собой в процессе работы. При создании ДВС для автомобилей индивидуальные характеристики отдельных систем удается согласовать лишь на каком-то одном режиме, чаще всего на номинальном. На других режимах работы автомобиля эта согласованность нарушается, что приводит к ухудшению качества смесеобразования, протекания рабочего процесса двигателя, его экономических и экологических показателей.
Обеспечить поднастройку характеристик различных систем, а, следовательно, повысить эффективность автомобиля с карбюраторными двигателями на холостом ходу, можно использованием динамического* режима, обеспечивающего улучшение процесса приготовления топливовоздушной смеси и рабочего процесса ДВС.
Динамический РХХ базируется на использовании нового принципа в организации приготовления топливовоздушной смеси, заключающийся - экспериментальный (динамический) РХХ - режим периодически повторяющихся тактов включения и отключения подачи топлива через жиклер электромагнитного клапана системы холостого хода карбюратора в периодически повторяющихся циклах отключения и включения подачи топлива через топливный жиклер системы холостого хода карбюратора.
Регулируемая подача топлива через топливный жиклер электромагнитного клапана карбюратора приводит к тому, что за один и тот же промежуток времени (в сравнении с типовым РХХ) происходит изменение количества подаваемого топлива через жиклер за счет периодического открытия - закрытия электромагнитного клапана, в то время как количество всасываемого воздуха остается неизменным. Это сказывается не только на количественном составе TBC, но и на её качестве.
Реализация на автомобилях предлагаемого динамического РХХ позволяет снизить нижний предел минимально - устойчивой частоты вращения коленчатого вала двигателя, улучшить качество приготовления TBC, сэкономить значительное количество топлива и уменьшить вредные выбросы с отработавшими газами.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИИ - повышение эффективности автомобилей с карбюраторными двигателями на холостом ходу использованием динамического режима.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ - работа автомобилей семейства УАЗ и
ВАЗ с карбюраторами типа «Озон» в динамическом режиме холостого хода.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИИ - импульсные управляющие воздействия на штатный электромагнитный клапан системы холостого хода карбюратора в области пониженных частот вращения коленчатого вала.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ представляют:
• способ перевода работы автомобильных карбюраторных двигателей на динамический РХХ;
• закономерности управляющих импульсных воздействий на электромагнитный клапан системы холостого хода карбюратора и влияние этих закономерностей на динамику перемещения его иглы, на смесеобразование и расширение диапазона обеднения TBC, а также на показатели двигателя;
• опытные образцы автоматизированных систем управления (АСУ) динамическим режимом при работе двигателя на холостом ходу.
Научная новизна использования динамического РХХ применительно к автомобилям с карбюраторными двигателями базируется на основных положениях патента РФ № 2170914.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Применение разработанной АСУ, обеспечивающей регулируемую подачу топливовоздушной смеси в СХХ карбюратора при работе автомобиля на динамическом РХХ, по сравнению с подачей (при неизменных штатных регулировках СХХ карбюратора) на типовом РХХ при одинаковой частоте вращения (800 мин"1) позволяет уменьшить в среднем по двигателям УМЗ и ВАЗ: эксплуатационный расход топлива на 15. 19%, содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов - 13.27%, массу нагарообразований на деталях огневой поверхности камеры сгорания (днище поршня, впускных клапанах и электродах свечей зажигания) - до 20 %. По сравнению с типовой подачей TBC, обеспечивающей частоту вращения 800 мин"1, применение регулируемой подачи с частотой вращения 650 мин"1, позволяет снизить: эксплуатационный расход топлива на 19.22%, содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов - до 15%, расход моторного масла на угар вдвое, среднесум-марный износ деталей кривошипно-шатунного механизма на 5.20%.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Опытные образцы АСУ экспериментальным РХХ испытаны на двигателях УМЗ - 414.10 и ВАЗ - 2103 в процессе моторных исследований и на автомобилях УАЗ - 3741 в условиях эксплуатации ООО «Полеологовское» Пензенской области и ОАО «ГАТП № 7» г. Пензы.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ подтверждается сравнительными стендовыми исследованиями карбюраторных двигателей и моторных исследований автомобиля в условиях эксплуатации при работе на типовом и экспериментальном динамическом РХХ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на научно-практических конференциях Пензенской ГСХА (1999-2003 г.) и Самарской ГСХА (2000-2003 г.), международных научно - технических конференциях Пензенского ГУ (1999-2003 г.), Приволжском Доме знаний (2000-2002 г.) и Оренбургском ГУ (2003 г.).
Опытные образцы АСУ смесеобразованием в РХХ демонстрировались на городских и областных выставках г. Пензы (2000-2003 г.).
ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. По результатам исследований получен патент на изобретение, опубликовано 14 печатных работ, в т. ч. две без соавторов.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, списка использованной литературы из 138 наименований и приложения на 43 стр. Работа изложена на 200 страницах, содержит 79 рисунков и 10 таблиц.
Заключение диссертация на тему "Повышение эффективности автомобилей на холостом ходу использованием динамического режима"
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Предложен способ перевода работы карбюраторного двигателя на динамический режим холостого хода при остановках и стоянках автомобиля, заключающийся в регулировании подачи топлива через жиклер электромагнитного клапана системы холостого хода карбюратора при неизменной подаче воздуха и обеспечивающий стабильную, устойчивую и экономичную работу двигателя на частотах вращения коленчатого вала ниже минимально-устойчивой частоты, задаваемой заводом-изготовителем автомобиля.
Регулируемая подача топлива через жиклер системы холостого хода (при неизменных регулировках карбюратора) обеспечивается возвратно - поступательным перемещением иглы электромагнитного клапана в зависимости от параметров управляющих импульсов, формируемых в электронном блоке автоматизированной системы управления динамическим режимом холостого хода.
Уточнена методика расч
