автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка путей совершенствования двухтактных карбюраторных двигателей грузовых мототранспортных средств

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ .КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ '1'ЕЛЕРАЦ1Ш ПО ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АВТСМОБИЛЬНОГО И ТРАКТОРНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

РГб ОЛ

- ш 1995

РАЗРАБОТКА ПУТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ" ДВУХТАКТНЫХ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГРУЗОВЫХ МОТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата те.чвичесгая. наук

Владимир 1995

На зразах рукописи

■Паралсз Александр Минахсетозич

Работа выполнена ео Владимирском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.З.Эфрос

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

А.А.Шейпак

кандидат технических наук, прсфессс Л.Х.Арустамов

Ведущее предприятие - АК " Туламашзавод г. Тула

Защита состоится " & " двИйдрЯ 1995 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 063.49.01 в Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения но адресу: г. Москва, ул. Б. Семеяовскзя, д. 33, ауд, Б-301.

С диссертацией можно ознакомиться в Сшшпготеке Московской государственной академии автомобильного и гракгорнего машиностроения.

Отзывы на автореферат в дзух экземплярах, заверенные печатал, просьба направлять по адресу: 105023, г. Москва, ул. Б. Семеновская, д. 38, Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения, ученое секретарю совета К 053.45.01.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

В.Я.Порядков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время подавляющее большинство легких мототранспортных средств ( мотоциклы, мотороллеры, мопеды и др. ) оснащаются двухтактными карбюраторными двигателями с кри-вошипно-камерной продувкой (ДК ЛВС), что объясняется рядом их неоспоримых преимуществ перед двигателями других типов ( простота конструкции, меньшие габаритные размеры и трудоемкость изготовления, возможность получения высоких удельных мощностей ). В последние годы также наметилась устойчивая тенденция расширения применения двигателей указанного типа для грузовых мототранспортных средств (ГМГС) и мотоциклов многоцелевого назначения, где условия их работы характеризуются рядом существенных особенностей.

Вместе с тем, наряду с названными достоинствами, ДК ДВС присущи и недостатки, приводящие по сравнению с четырехтактными бензиновыми двигателями и дизелями к более низкой экономичности, высокой токсичности и меньшей долговечности, а также к худшим тя-гово-скоростным качествам транспортных средств, что для ГМТС имеет первостепенное значение.

Дедь работы. Разработка научно-обоснованных рекомендаций по проектировании ДК ДВС, предназначенных для ГМТС, обеспечивающих достижение у них более высоких технико-экономических показателей.

Объекты исследования. Двухтактные карбюраторные . двигатели с кривошипно-камерной продувкой на базе двигателей ТМЗ -5.101 и ЗДК-175, устанавливаемые соответственно на грузовой мотороллер "Муравей-2М" АК " Туламашзавод " и специальный мотоцикл многоцелевого назначения ЗДК-175-4ШП АО " Завод им. В.А.Дегтярева

Научная новизна.■Расчетно-зкспериментальные исследования влияния формы характеристики Мв = И п ) на показатели грузового мототранспортного средства, порядок ее оценки во всем рабочем скоростном диапазоне и взаимосвязь формы кривой М® =Г( п ) с тепловым состоянием двигателя и стабильностью его показателей.

Практическая ценность. По результатам расчетных и экспериментальных исследований■разработаны рекомендации по совершенствованию конструкций и выбору зависимостей М9 = Г С п ) двигателей грузового мотороллера " Муравей-2М " и мотоцикла ЗДК 175-4ШП,

обеспечивающих повышение их технико-экономических показателей. Разработан и внедрен комплекс приборов и оборудования, позволяющий эффективно осуществлять исследования и испытания ДК ЛВС,в том числе в составе ГМТС.

Реализация работы. Результаты работы внедрены АК " Гуламал-завод " на грузовом мотороллере " Муравей-2М-02 " (ТМЗ 5.404-02) и АО " Завод им. В. А.Дегтярева " на мотоцикле ЗДК-175-4ШП. Созданное испытательное оборудование используется указанными заводами на базе ВлГТУ при исследованиях и испытаниях новых образцов мототехники.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на всесоюзных научно-технических семинарах " Совершенствование мощ-ностных, экономических и экологических показателей ДВС "( Владимир, 1988 , 1989 , 1991 гг.), научно-технической конференции Московского автомеханического института, посвященной 50-летию института ( Москва, 1989 г. ), всесоюзной научно-технической конференции " Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей " ( Горький, ГШ, 1990 г.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 6 статей, 6 тезисов докладов.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 98 наименований.Работа содержит 104 страницы основного текста, 75 рисунков и 7 таблиц.

На защиту выносится. Расчетно-зкспериментадьныи метод обоснования наиболее выгодной формы скоростной характеристики Ме= f(п) ДК ДВС для ГЖС и порядок ее описания, результаты экспериментальных исследований взаимосвязи формы кривой Me = f( n ) с тепловьа состоянием и показателями ДК ДВС, рекомендации по совершенствованию конструкций ДК ДВС, предназначенных для установки на ГМТС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и дана е>. общая характеристика.

В первой главе приведен анализ скоростных характеристик ДК ДВС различных типов мотогехники. Показано, что в зависимости от наз-

начения мототранспортного средства величина среднего эффективного давления их двигателей меняется в широких пределах от 0,5 Ша - для дорожных до 0,95 МПа для гоночных мотоциклов, что обусловливается комплексом конструктивных и эксплуатационных факторов. В свою очередь, величина Ремах . в значительной степени зависящая от протекания газодинамических процессов в системе газообмена ДК ДВС, определяет и форму кривой Ме= п ). Отмечается, что сравнение характеристик Ме = Г( п ) невозможно без введения специальных критериев формы. В связи с этим рассмотрены показатели, с помощью которых возможно осуществить оценку указанных зависимостей: коэффициент приспособляемости К .скоростной коэффициент Кс, коэффициент рабочего диапазона с) , коэффициент динамичности % . Показано, что использование указанных коэффициентов недостаточно для оценки форм зависимостей Ме = И п ) во всем рабочем скоростном диапазоне.

Рассмотрение особенности работы ГМТС и требования, -предъявляемые к форме протекания характеристики Ме = !Ч п ) двигателей, устанавливаемых на ГМТС, определили необходимость изучения возможных путей воздействия на указанную зависимость.

Проведенный анализ факторов, определяющих протекание.4" скоростных характеристик карбюраторных Ж ДВС, позволил выделйть основ-- -ные пути формирования их характеристик. - "

Определены следующие основные задачи исследования:

- разработка оценочных показателей формы зависимости Ма = п. ] ео всем рабочем скоростном диапазоне;

- обоснование формы скоростной характеристики ДК ДВС?!£ля ГМТС;

- разработка комплекса конструкторских решений, обеспечивающих -требуемую форму скоростной характеристики ДК ДВС;

- исследование влияния формы скоростной характеристики ДК ДВС на показатели ГМТС.

Вторая глава посвящена разработке требований к скоростной характеристике ДК ДВС для ГМТС и показателей, оценивающих ее форму.

В главе рассмотрены известные методы построения и описания скоростных характеристик двигателя. Показано, что для описания скоростных характеристик ДК ДВС использование эмпирических зависимостей затруднено, что объясняется, прежде всего, сложностью и широким разнообразием процессов газообмена, протекающих в ДК ДВС.

Предложены показатели, оценивающие форму кривой Ме = Г ( п ) и порядок их использования. Независимо от формы протекания кривой Ме в П п ) скоростной диапазон работы ДЕкгателя гу = путах -Пшт (рис.1) можно достаточно четко разделить на две зоны: устойчивой ОТ Пмшах ДО путах И неустойчивой ОТ Пшт ДО Пмтах работы. Протекание кривой Ме «= П п ) в гоне устойчивой работы оценивалось с помощью коэффициента приспособляемости

К = Метах / Mvmax

и вновь предложенного коэффициента скоростного диапазона КСу устойчивой работы двигателя, показывающего, какую часть всего рабочего диапазона занимает зона устойчивого режима работы двигателя

v Путах " Пмгоах ПУтах ~ ПМтах

nvmax " nmin nd

Аналогично, протекание кривой Me = f( n ) в зоне неустойчивой работы оценивалось коэффициентом скоростного диапазона неустойчивой работы двигателя Кену , показывающим, какую часть всего рабочего диапазона занимает зона неустойчивого режима работы двигателя

„ Пмтах " ПтШ „ лену = -1- = 1 - кСу

nd

и коэффициентом КПол » названным коэффициентом полноты характеристики

Me nmin

К,

пол -

We

max

Таким образом, учитывая сеязь КСну в 1 - КСу , протекание зависимости Me = f( n ) во всем рабочем диапазоне оценивается тремя коэффициентами:

- приспособляемости К ;

- скоростного диапазона устойчивой работы КСу ;

- полноты характеристики КПол •

Используя разработанные показатели, расчетно-экспериментальным путем исследовано влияние различных форм кривой Me = f( п ) на показатели ГМТС с помощью тягово-динамического расчета.

Пп

п„

^тх R-Vmax

¡1

-mm '

Рис. 1. Скоростная характеристика ДК ЛВС

Объектом исследования являлся грузовой мотороллер " Муравей -2.1 ", исходными данными для расчета - конструктивные параметры и показатели ГМТС и его двигателя. Для оценки тягозо-динамических и экономических свойств ГМТС з качестве базовых приняты:

- время t4co разгона на участке 400 м;

- средний эксплуатационный расход топлива

Q э = 0,5 ( Q г + Q о ).

где Q г и Q о - расходы топлива в городском цикле и при скорости 45 км/ч.

Методика исследования влияния формы зависимости Мв = f( п ) на выбранные показатели ГМТС заключалась в следующем. Из условия обеспечения максимальной скорости грузового мотороллера задавался ряд кривых Me = f( n ), охватывающий возможные формы изменения указанной зависимости и списьгзаемых с псмсщья коэффициентов К , Key , Кпол (рис. 2), и рассчитывались зависимости Ма = f( п ). Затем на основании экспериментальных дачных строилась серия нагрузочных характеристик двигателя и зависимости Gt = f( п ).

Рис. 2. Исходные внешние скоростные характеристики с различными коэффициентами К , KCi(, Knw :

a) Key -bar, Kn0A"C0aslt к =const-t

' б) К Ксц "Const, Клол-СОЛ-Й;

в) Кем-tow, к -const, кся-const.

с

во

45 40

а) 1,0

'¡¡¡¡У

50 45

с

50 45 40

в)

,0 1,2 1,4 1,0

Q3

/

1,

(Эи,л/Ю0км 6,0 5,0

К

<Зэ,л/ЮОкм

5,0

4,0

б) 0,3 0,5 0,7 0,9 К

г

Ъцао

С1э,л/100км

5,0

4,0

0,2 0,4 0,6 К

с у

Рис. 3. Влиянии на показатели мотороллпра " Муравпй-2М " :

а) коэффициента приспособляемости К ;

б) коэффиципнта полноты характеристики КЛ(|/|

р) коэффиципнта скоростного диапазона устойчивой работы К^.

При расчетах были приняты следующие допущения:

- максимальная скорость ГМТС оставалась постоянной для всех расчетных вариантов и достигалась при одной и той же частоте вращения коленчатого вала дзигателя;

- передаточные числа коробки передач и трансмиссии оставались неизменными, что позволило исключить влияние трансмиссии на показатели ГМТС;

- расход топлива на холостом ходу принимался постоянным для зсех вариантов характеристик.

Результаты расчета (рис. 3) позволили выявить степень влияния каждого показателя, характеризующего форму зависимости М9 = f( n ) на оценочные показатели ГМТС. Установлено, в частности, что наибольшее влияние на эксплуатационный расход топлива оказывает коэффициент скоростного диапазона устойчивой работы двигателя. Зависимость Q э = f ( Key) является нелинейной и имеет минимум при значениях Key в интервале 0,53 - 0,53. При увеличении Key с 0,14 до 0,57 эксплуатационный расход топлива уменьшился на 25,42. На время разгона ГМТС наиболее сильное злияние оказывает коэффициент приспособляемости К. Зависимость Т400 = f( К ) имеет линейный характер. При увеличении коэффициента К с 1,01 до 1,54 время разгона уменьшилось на 13,1%

Полученные данные позволили разработать рекомендации по оптимизации характеристики MQ = f( п ) с точки зрения экономичности и динамических качеств ГМТС.

Эти рекомендации предопределяют следующий порядок действий. Исходя из заданной максимальной скорости, рассчитывается необходимая мощность двигателя, а следовательно, и величина Me при nvmax- Затем, принимая коэффициент Key в интервале 0,53 - 0,58, определяется требуемый скоростной диапазон устойчивой работы двигателя. Коэффициенты К и КПол выбираются максимально возможными для данной конструкции двигателя.

В третьей главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния ряда определяющих конструктивных особенностей на форму скоростной характеристики и показатели ДК ЛВС.

Выполненные расчетные исследования злияния фаз впуска и выпуска показали, что уменьшение фазы Епуска ДК ДВС с кризошипно-ка-

мерной продувкой, оснащенных обратным пластинчатым клапаном (ОПК) на впуске,позволяет несколько увеличить значения крутящего момента в диапазоне малых частот вращения коленчатого вала ( 2000 -3000 мин-1 ). На остальных скоростных режимах влияние фазы впуска на форму зависимости Me = f( n ) незначительно . Напротив, изменение фазы выпуска оказывает существенное влияние на форму скоростных характеристик двигателя и его показатели. Последнее объясняется созданием в этом случае более мощного импульса давления в выпускной системе и его влиянием на наполнение цилиндра рабочей смесью в широком скоростном диапазоне. В частности, уменьшение продолжительности фазы выпуска двигателя ТМЗ 5.101 с 185 до 150 град.п.к.в. позволило увеличить КПол с 0,36 до 0,58, а коэффициент Key практически с 0 до 0,21.

Проведенные на моторном стенде экспериментальные исследования включали в себя исследования влияния на форму зависимости Me = f( п) и показатели ДК ДВС фаз газораспределения, различных конструктивных параметров системы Еыпуска и ОПК на впуске.

В диссертации приведены описания объектов исследования, экспериментальных установок , представлены методики проведения испытаний и погрешности измерений, а также анализ возможных погрешностей измерений.

Установлено, что применение ОПК на впуске позволяет существенно (на 35 - 40 Z) расширить скоростной диапазон работы двигателя, увеличить коэффициент полноты характеристики КПол . значительно уменьшить удельный расход топлига на низких и средних скоростных режимах. Причиной некоторого снижения максимальной мощности является в этом случае возрастающее сопротивление, оказываемое клапаном потоку свежего заряда при максимальной частоте вращения.

Исследования конструкции выпускной системы показали, что увеличение длины приемной трубы глушителя позволяет сдвигать максимальный крутящий момент в требуемую зону средних частот вращения, одновременно увеличивая значения крутящего момента в этом диапазоне и соответственно повышая КПол (рис. 4). Однако существенным недостатком является резкое снижение крутящего момента в скоростном диапазоне выше пмшах . что объясняется узким скоростным диапазоном настройки данной выпускной системы.

Показано, что уменьшением продолжительности фазы выпуска дви-

Рис. 4. Влияние длины приемной трубы глуши- Рис. 5. Влияние фаз газораспределения на показателя на показатели дпигатгля ЗДК-175: тели дригателн ТМЗ 5.101:

----и- 420, мм ;. ,, ^ , „ --^,„=142,^-112,^=105,^,-172 град.п.к.п.;

----Ьг* ГйО мм ; ; '----^-148,^-125,^111,^,-166 град.п.к.в.;

--и- 600 мм . ----4^.-168, ^-120,^-115,^ -168 град.п.к.Р.

гателя ТШ 5.101 с 168 до 142 град.п.к.з. я продувка с 120 до 112 град.п.к.в. улучшены вое показатели, характеризующие форму протекания кривой Me = Г ( п ): К = 1,69; КПол = 0,7V; Key = 0,49. У серийного двигателя эти показатели составляли К = 1,12; КПОд = 0,61; Key = 0,11 (рис. 5). В результате, удельный расход топливе был уменьшен с 470 до 367 г/кВт* ч ( на 22Z ) при увеличении значений крутящего момента на скоростных режимах, меньших 3800 мин-1 что очень важно для двигателей ГМТС.

Приводятся также результаты аналогичных испытаний двигателг ЗДК - 175 с целью подбора оптимальной, с точки зрения протекали* зависимости Mq = f ( n ), конструкции выпускной системы, в результате которых для него рекомендован глушитель объемного типа 3,8 z ( против сигарообразного у серийной модели ), обеспечивший показатели формы зависимости М9 = f ( п ): К = 1,31; КПОл = 0,72; Key = 0,52 ( против К = 1,10; Кпол = 0,63; КСу = 0,18 у серийного двигателя ). Применение такого глушителя в сочетании с уменьшенной фазой выпуска обеспечило получение характеристик; Ме = f( n ), требуемой для ГМТС.

Один из этапов исследования посвящен определению влияния теплового состояния ДК ЛВС, устанавливаемых на ГМТС, на их показатели. Приведено описание экспериментальной установки и методик; исследования. Показано, что длительная работа исследуемых серийных двигателей по внешней скоростной характеристике сопровождается снижением мощности и увеличением удельного расхода топлива 3( зеем рабочем диапазоне вследствие высокого теплового состояни: (рис. 6,7). Так, для двигателя ЗДК-175 разница мощности, получен ной после 20 с работы и после стабилизации теплового состояния достигала 19,8 %, а увеличение удельного расхода топлива - 12,0

Проведенные исследования показали, что увеличение производи телъности вентилятора позволяет лишь частично ( на 15 - 20° С снизить тепловое состояние серийного двигателя, одновременно вы зывая существенный рост удельного расхода топлива ( на 20 25 г/кЗт-ч ) по всей характеристике, вследствие увеличения загра мощности на привод вентилятора.

На основе полученных данных сделан вывод, что ограничение в о ределенных пределах уровня форсирования ДК ДВС, применяемых н ГМТС с одновременной корректировкой их скоростных характеристик

2000 3000 4000 5000 П , мин-1

Рис. 6. Внешние скоростные характеристики

ГТ11Ю г ГЛг • 1 г

двигателя 1МЗ 5.101 :

---- - серийного после 20 с работы ;

—--- серийного после стабилизации

теплового состояния ;

- - опытного после 20 с работы ;

—*-- опытного после стабилизации

теплорого состояния

1-1

кВт 10

8

6

4

2

мг

Ч

: \

Оч

■ ***

г'

Ые.

Л**

¿г1'

А

ш ш 55.— »VI ***

Ме.Нм 18 16 14 12

9-е.

г/кВт'ч 550 500 450 400

3000

4000

5000 П, мин"1

Рис. 7. Внешние скоростные характеристики двигателя ЗДК-175 :

---- _ серийного после 20 с работы ;

—*---- серийного после стабилизации

теплопого состояния ;

- - опытного после 20 с работы ;

—*-- опытного после стабилизации

теплового состояния

язляется наиболее эффективным средством снижения теплового состояния ДК ДВС и повышения его эффективных показателей. Представленные результаты испытаний опытных двигателей с характеристиками М© = п ), усовершенствованными на базе изложенных з диссертации принципов, подтверждают существенное снижение их теплового состояния и, как следствие, улучшение показателей как самих двигателей, так и ГМТС с ними. Например, у двигателя ЗДК-175 падение мощности при прогреве не превысило б % при снижении теплового состояния его головки и цилиндра на 35 - 40° С.

Четвертая глаза посвящена стендовым и дорожным испытаниям ГМТС, оснащенных серийными и опытными ДК ДВС. Приводятся методики стендовых и дорожных испытаний, описание используемого оборудования и измерительной аппаратуры, з том числе разработанных автором, а также методика обработки результатов исследований.

Определяемыми параметрами при испытаниях на роликовом стенде являлись:

- расход топлива при постоянных скоростях движения;

- время разгона на 400 м ;

- расход топлива при городском ездовом цикле движения;

- содержание СО и СН в отрабстазгшх газах яри движении по ездовому циклу.

Методикой дорожных испытаний ГМТС предусматривалось определение контрольного расхода топлиЕа, времени разгона на 400 м и максимальной скорости движения.

Подтверждено, что применение двигателей с рекомендуемой характеристикой Ма = И п ) позволило практически по Есем параметрам улучшить показатели ГМТС. В частности, для мотороллера " Муравей - 2М " расход топлива в городском цикле движения снизился с 6,04 до 5,18 л/100 км ( на 14,2 7. ), а средний эксплуатационный расход топлива с 5,4 до 4,5 л/100 км ( на 14,3 7. ). Аналогичные результаты получены и для мотоцикла ЗЕК- 175 -4Ш. Дорожно-экокомичес-кие характеристики исследуемых мототрачепортных средств представлены на рис. 8.

Улучшение протекания кривой М9 = Г( п ) способствует также снижению содержания вредных выбросов с отработавшими газами. Так, снижение выбросоз СО для мотороллера " Муравей - 2М " и мотоцикла ЗДК - 175 - 41Ш соответственно состазило 0,81 г/км ( 5,9 % ) и

л о

От.

л/ЮОкм 7,0 6,0

5,0 4,0 3,0

20 30 40 50 60 1Г, км/ч

Рис. 8. Дорожно-экономические характеристики :

1 - мотороллера "Мурапей-2М",

2 - мотоцикла ЗДК-175-4ШП

----- двигатель серийный,

—-- - двигатель опытный

<

и

со

1 /у >

77 а

2 ж //

\ ч й//

I

Тг-Л тс&,°с

220 200 180 160 140 120 100

у

/ / |

г

тг р X/

> г / Су >

Г

20 30 40 50 60 1Г, км/ч

Рис. 9. Зависимости максимальных температур

головки и цилиндра двигателя мотоцикла ЗДК-175-4ШП от скорости движения :

---- _ двигатель серийный ;

- - двигатель опытный

2,9 г/км ( 25,8 7. ), а СН - 5,12 г/км (54 % ) и 3,0 г/км ( 30,7 2), что объясняется как общим уменьшением расхода топлива, так и снижением теплового состояния опытного двигателя. Последнее, в частности, для мотоцикла ЗДК-175-4ШП подтверждается зависимостями, представленными на рис.9 .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определены особенности работы ГМТС и на этой основе разработаны требования к характеристикам их двигателей.

2. Разработан порядок описания зависимости Me = f ( п ) с помощью известного коэффициента приспособляемости ( К ) и вновь предложенных коэффициентов скоростного диапазона устойчивой работы ( КСу). скоростного диапазона неустойчивой работы ( КСНу ), полноты характеристики ( КПол) и подтверждена целесообразность его применения.

3. Предложен расчетно-экспериментальный метод обоснования формы скоростной характеристики ДК ДВС для ГМТС. Установлено, чте для обеспечения снижения эксплуатационного расхода топлива i улучшения тягозо-динамических качеств грузового мотороллера значение коэффициента Key должно находиться в диапазоне 0,53 - 0,53, а коэффициенты К и КПОл выбираются максимально возможными дл? данной конструкции двигателя.

4. На базе разработанной методики и полученных результато] исследований предложены конструктивные решения, обеспечившие достижение требуемой характеристики крутящего момента двигателе; ТМЗ-5.101 и ЗДК-175 и позволившие снизить их удельные расход] топлива в среднем на 25 - 30 г/кВт-ч. В том числе установлено что для достижения требуемой характеристики крутящего момент; двигателя грузового мотороллера продолжительность фазы выпуск, должна находиться в пределах 142 - 148 град.п.к.в.

5. Показано, что при конструировании ДК ДВС для ГМТС должн быть уделено особое внимание обеспечению их требуемого теплово го состояния, эффективным средством управления которым, наря ду с известными способами с помощью совершенствования коне трукции элементов системы охлаждения, является обеспечение прore кания зависимости Me = fin) s соответствии с рекомендациям

настоящего исследования. Так, например, зависимость Ма = И п ) двигателя ЗДК - 175, характеризуемая коэффициентами К = 0,57 , К = 1,21 , К = 0,8 и обеспечивающая требуемые тягово-динамические показатели мотоцикла ЗДК - 175 - 4Ш, позволила снизить максимальную температуру головки на 40° С и цилиндра на 35° С.

6. Проведенные стендовые и дорожные испытания ГМТС подтвердили эффективность применения ДК ДВС с улучшенной зависимостью крутящего момента, как с точки зрения снижения расхода топлива, так и уменьшения содержания вредных примесей с отработавшими газами.

7. Рззрабстан и внедрен в практику комплекс приборов и оборудования, который позволяет эффективно осуществлять исследования и испытания ДК ДВС, предназначенных для ГМТС, в том числе в составе ГМТС.

8. Результаты исследований и рекомендации по совершенствованию скоростных характеристик ДК ДВС для ГМТС использованы АК "Тула-машзавод" при разработке грузового мотороллера "Муравей 2М-02" и АО "Завод им. В.А.Дегтярева" на мотоцикле ЗДК-175-4ШП. •

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Корректирование скоростной характеристики двигателя ТМЗ-5.101 / Шарапов A.M., Панов В.В. и др.; Владим. политехи, ин-т., Владимир, 1988, с.112, библ. назв. (Рукопись деп. в ЦНШ-ТЭИавтопром, 6.06.1988г., 1738 - ап 88 ) ?

2. Шарапов A.M., Глазков С.Ю. Корректирование характеристики двухтактного двигателя // Совершенствование мощностных,:-.экономических и экологических показателей ДВС: Тезисы докладов всесоюзного научно-технического семинара. - Владимир, 1988.- С. 37.

3. Панов В.В., Шарапов A.M. Формирование характеристики двигателя грузового мотороллера // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Тезисы докладов всесоюзного научно-технического семинара. - Владимир, 1989.- С. 13.

4. Шарапов A.M. Регистрация параметров двигателей при испытании мототранспортных средств на роликовом стенде // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС:

Тезисы докладов всесоюзного научно-технического семинара. - Владимир, 1988. - С. 36.

5. Панов В.В., Шарапов A.M. Выбор характеристики двигателя грузового мототранспортного средства / Тезисы докладов научно-технической конференции, посвященной 50-летию МАМЙ. - Москва, 1989.

6. Белов В.В., Панов В.В., Шарапов A.M. Исследование влияния характеристики двигателя на тягово-динамические показатели грузовых мототранспортных средств // Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей: Тезисы докладов всесоюзной. научно-технической конференции. - Горький, 1990. -

С. 60 - 61.

7. Шарапов A.M. Обоснование требуемой внешней скоростной характеристики двигателя грузового мотороллера // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Тезисы докладов всесоюзного научно-технического семинара. - Владимир, 1991. - С. 16 - 17.

8. Результаты стендовых испытаний мототранспортных средств Тульского машиностроительного завода с серийной и опытной коробками передач / Шарапов A.M. , Платонов Н.Л.; Владим. политехи, ин-т., Владимир, 1991, библ. назв. (Рукопись деп. в НИИстандар-тавтосельхозмаш, 2.08.1991г., 2114 - ал 91 ).

9. Аппаратура для измерения расходов топлива и воздуха на неустановившихся режимах работы двухтактного двигателя / Драгоми-ровС.Г., Шарапов A.M., ; Владим. политехи, ин-т., Владимир, 1990, 10 с., Библ. 6 назв. ( Рукопись деп. в НИИстандартавтосель-хозмаш 18.04.91, 2100 - ап 91 )

10. Панов В.В., Белов В.В., Кольчугина А.И., Шарапов A.M. Роликовый стенд для испытаний мототранспортных средств / Информационный листок N 62 - 94, ИДТИ, Владимир, 1994. - 3 с.

11. Панов В.В., Белов В.В., Штинников С.Н., Шарапов A.M. Пробоотборник постоянного объема для анализа отработавших газов на токсичность / Информационный листок N 44 - 94, ЦНТИ, Владимир, 1994. - 2 С.

12. Панов В.В., Белов В.В., Шарапов A.M., Кольчугина А.И. Стенд для определения потерь мощности в трансмиссии мототранспортных средств / Информационный листок N 35 - 95, ЩШ,Владимир, 1994. - 4 с.

16

Jua«^

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

СОКРАЩЕНИЯ СЛОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Характеристики ДК ДВС и их оценочные показатели.

1.2. Особенности работы грузовых мототранспортных средств и требования к характеристикам их двигателей.

1.3. Факторы, определяющие протекание скоростных характеристик ДК ДВС и основные задачи исследования.

2. ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХТАКТНОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ГРУЗОВОГО МОТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА.

2.1. Разработка показателей, оценивающих Форму скоростной характеристики Ме = f ( п ).

2.2. Влияние формы скоростной характеристики ДК ДВС на тягово-динамические и экономические показатели грузового мототранспортнсго средства.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДВУХТАКТНЫХ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С КРИВОШИПНО-КАМЕРНОЙ ПРОДУВКОЙ НА ИХ ПОКАЗАТЕЛИ И ФОРМУ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

3.1. Расчетные исследования фаз впуска и выпуска.

3.2, Методика моторных стендовых исследований,.

3.3. Влияние конструктивных факторов на форму зависимости Ме « f ( n ).

3.3.1. Обратный пластинчатый клапан на впуске.

3.3.2. Конструкция впускной и выпускной системы.

3.3.3. Фазы газораспределения.

3.4. Влияние теплового состояния ДК ДВС на его показатели.

4. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХТАКТНОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ГРУЗОВОГО МОТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА.

4.1. Методика стендовых и дорожных испытаний ГМТС.

4.2. Обработка результатов экспериментов.

4.3. Результаты экспериментальных исследований ГМТС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Тяговые свойства транспортных средств в значительной степени определяются техническими характеристиками установленных на них двигателей.

В настоящее время в подавляющем большинстве мототранспортные средства оснащаются двухтактными карбюраторными двигателями внутренего сгорания С ДК ДВС ) , что объясняется рядом их неоспоримых преимуществ перед двигателями других типов ( простота конструкции, меньшие габаритные размеры и трудоемкость изготовления, возможность получения высоких удельных мощностей ). Мотоциклетная промышленность мира выпускает более 10 млн. единиц мотоизделий, оснащенных двигателями указанного класса l 1 ]. Из выпускаемых в нашей стране мотоциклов, мотороллеров и мопедов около 90% оснащены ДК ДВС С 2 ].

В последнее время наметилась четкая тенденция применения мототехники е качестве грузового малотоннажного транспорта. Так, мини-автомобили с мотоциклетными ДК ДВС занимают прочные позиции в автомобилестроении Европейских стран и Японии [ 3 J. Все большее распространение получают мотоциклы с широкопрофильными шинами,оснащенные ДК ДВС [4,5], изготовляемые в двух-,трех-и четырехколесном исполнении и, благодаря малым удельным давлениям на грунт, широко используемые для передвижения по труднопроходимой местности.Они могут оборудоваться не только прицепами, но и сельскохозяйственными машинами и применяться как для транспортирования грузов, так так и для выполнения сельскохозяйственных работ.В нашей стране мотоциклы с широкопрофильными шинами выпускает АК " Туламашзавод " ( мотоцикл " Тула " ) и АО " Завод им. В.А.Дегтярева " ( мотоцикл ЗДК - 175 - 4ШП ).Неплохие перспективы в будущем имеют легковые и маяотонажные грузовые трех- и четырехколесные автомобили, выполненные на базе мотоциклов, мотороллеров и мопедов [6 , 7 1.

Вместе с тем, наряду с названными достоинствами, ДК ДВС присущи и недостатки, связанные главным образом с особенностями их газообмена, приводящие, по сравнению с четырехтактными бензиновыми двигателями и дизелями, к низкой экономичности, высокой токсичности и меньшей долговечности. Кроме того, характерная для ДК ДВС зависимость изменения крутящего момента, а следовательно и мощности, от частоты вращения коленчатого вала обеспечивает худшие, чем у указанных двигателей, тягово-ско-ростные качества транспортных средств [ 8 ] . В свою очередь, проведенные исследования С 9 3 указывают на существенное влияние формы кривой Ме = f( n ) на технике-экономические показатели мототранспортных средств. Причем, применение на ГМТС двигателей легковых мотоциклов и мотороллеров без соответствующих конструктивных изменений, как правило, не обеспечивает требуемые тягово-динамические и экономические характеристики, что в первую очередь связано с существенными отличиями в условиях их работы. Последнее необходимо учитывать при проектировании грузовых транспортных средств с мотоциклетными двигателями.

Практическое отсутствие научно-обоснованных рекомендаций по проектированию ДК ДВС для грузовых мототранспортных средств делают исследования, направленные на обоснование и выбор конструктивных параметров ДК ДВС указанного назначения, а также путей управления их характеристиками, особо актуальной задачей, значимость которой, б связи с ожидающимся в ближайшем будущем резким расширением производства машин этого типа возрастает.

Целью диссертации является улучшение показателей ДК ДВС, устанавливаемых на грузовых мототранспортных средствах путем обоснованного выбора зависимости Ме - f( п ) и разработка на этой основе практических рекомендаций для использования при проектировании!-! и доводке ДК ДВС с кривошипно-камерной продувкой для грузовых мототранспортных средств.

Объекты исследования. Двухтактные карбюраторные двигатели с кривошипно-камерной продувкой на базе двигателей ТМЗ 5.101 и ЗДК - 175 ( рабочие объемы соответственно - 199 и 175 cmj ), устанавливаемые на грузовой мотороллер и Муравей - 2М" АК " Ту-ламашзавод " и специальный мотоцикл многоцелевого назначения ЗДК - 175 - 4ШП АО " Завод им. В,А.Дегтярева

Научная новизна. Расчетно-экспериментальные исследования влияния формы характеристики М© = f( п ) на показатели грузового мототранспортного средства, порядок ее оценки во всем рабочем скоростном диапазоне и взаимосвязь формы кривой Ме =f( п ) с тепловым состоянием двигателя и стабильностью его показателей.

Практическая ценность. По результатам расчетных и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции и выбору зависимости Ме= f(п) двигателей грузового мотороллера " Муравей-2М " и мотоцикла ЗДК 175-4ШП, обеспечивающих повышение их технико-экономических показателей. Разработан и внедрен комплекс приборов и оборудования, позволяющий эффективно осуществлять исследования и испытания ДК ДВС, в том числе в составе ГМТС.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в АК " Тула-машзавод " на грузовом мотороллере " Муравей-Ш-03 " С ТМЗ

5.403-03) и АО " Завод им.В.А.Дегтярева " на мотоцикле ЗДК-175-41Ш. Созданное испытательное оборудование используется указанными заводами на базе ВлГТУ при исследованиях и испытаниях новых образцов мототехники.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на всесоюзных научно-технических семинарах " Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС " ( Владимир, 198В ,1989 ,1991 г.г.) научно-технической конференции Московского автомеханического института, посвященной 50-ле-. тию института ( Москва, 1989 г. ); всесоюзной научно-техническои конференции " Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей " ( Горький, ГШ, 1990 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано шесть статей, шесть тезисов докладов.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 98 наименований. Работа содержит 104 страницы основного текста, 75 рисунков и 7 таблиц.