автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Система электростартерного пуска транспортных средств с применением комбинированного источника электрической энергии

На правах рукописи

Поляков Николай Алексеевич

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМБИНИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре «Автотракторное электрообор\дование» в Московском государственном техническом \ ниверситете «МАМИ»

Научный руководитель:

Кандидат технических на>к. доиент Набоких В.А.

Официачьные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Ютт В.Е.

Кандидат технических наук Яхутлю Д-Р.

Ведущая организация

НТЦ «НАМИ»

i

Защита состоится «08» декабря 2005 г. в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.140.01 в ауд. Б-304 по адресу: 107023, г. Москва, >т Б. Семеновская. 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять по адресу специализированного совета.

Автореферат разослан «Q3» ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Бахмутов С В.

2006-4 2214379

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для выполнения перспективных требований к постоянно совершенствующимся двигателям внутреннего сгорания необходимо обеспечивать не только их экологические и экономические характеристики, но и коренным образом улучшить пусковые качества, особенно в условиях отрицательных окружающих температур.

Актуальность данной работы определяется тем, что она направлена на исследования и разработку систем электростартерного пуска двигателей с применением накопителей энергии (НЭ) для обеспечения надежного пуска в холодное время года при снижении эксплуатационных расходов и в некоторых случаях уменьшения расхода топлива.

Цель работы. Исследовать и разработать математическую модель, расчетные методы для проектирования на ПЭВМ комбинированного источника электрической энергии, содержащий накопитель энергии. Оценить возможность применения НЭ на легковых и грузовых автомобилях и определить технико-экономические показатели их внедрения, а также технические требования к накопителям.

Методы исследования. Теоретические исследования математической модели системы электростартерного пуска (СЭП) с НЭ проводились с использованием основных законов, алгебраических и дифференциальных уравнений. Математическая модель реализовалась в виде компьютерной программы на языке программирования Pascal и математических расчетов в Excel и MathCAD.

Экспериментальные исследования СЭП с НЭ проводились на стендах, в холодильных камерах, в условиях гаража и сравнивались с результатами математического моделирования на ПЭВМ.

Научная новизна. Разработана математическая модель СЭП с комбинированным источником электрической энергии (КИЭЭ) и предложены методы ее расчета на ПЭВМ. Модель дает возможность анализировать СЭП с НЭ по определенным промежуткам времени прокручивания коленчатого вала, а также дать рекомендации по выбору АБ и НЭ и по оптимальному проектированию СЭП с КИЭЭ по минимальным массо-габаритным показателям.

Практическая ценность. Использование математической модети СЭП с НЭ при разработке и оценке методов моделирования позволили во многих случаях отказаться от проведения большого объема натурных испытаний.

Разработанные методы расчета и основы проектирования СЭП с НЭ используются как в МГТУ «МАМИ». так и на других предприятиях, занимающихся расширением их внедрения на транспортных средствах.

Проведенная работа содержит новые результаты решения актуальной научной и практической задачи по внедрению конкурентоспособной СЭП с НЭ, используя новые приоритетные отечественные разработки накопителей.

Тема диссертационной работы связана с планами научно-исследовательских работ и договорами МГТУ «МАМИ» с НПО «Автоэлектроника, НПО «Квант», МНПО «Эконд», НАМИ, НАТИ и другими предприятиями.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались автором и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: в МГТУ «МАМИ», МАДИ (ГТУ) в 2001 и 2005 г. г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в которых отражено основное ее содержание.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных литературных источников из 115 наименований. Работа изложена на 170 листах, включая 52 рисунка и 27 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ существующих методов и алгоритмов расчета СЭП. Проанализировано более 100 патентов различных фирм производителей.

Произведен анализ недостатков СЭП с АБ, пусковых качеств ДВС по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала, характеристик процесса пуска двигателя при различных температурах.

Показано, что НЭ как источник увеличения электроэнергии, обеспечит более надежный пуск ДВС в условиях низких температур. Приведены параметры различных НЭ и сравнительный анализ, который показал, что накопи-

тепь при определенной энергоемкости обтллает высокими показателями по удельной мощности.

К большим преимуществам НЭ в СЭП можно отнести: большой срок службы (несколько десятков тысяч часов): НЭ не требчют обслуживания, не токсичны; условия пуска ДВС с НЭ мало зависят от состояния АБ; возможность более рационального размещения высоковотьтного НЭ (конденсаторной батареи) на транспортном средстве; меньшая дефицитность исходных материалов для изготовления НЭ; возможность осуществления заряда НЭ с заданной продолжительностью и от различных источников тока; возможность использования низковольтных НЭ в качестве вспомогательного устройства для облегчения пуска ДВС в условиях низких температур при параллельном или последовательном их подключении к АБ

Рассмотрены основные разновидности систем пуска: с накопителем низкого и высокого напряжения.

Преимущества системы пуска с накопителем низкого напряжения заключаются в полной электробезопасности, лучшем согласовании с существующей низковольтной системой электрооборудования ДВС или транспортного средства и, как следствие, возможностью более раннего внедрения ее не только на проектируемых транспортных средствах и стационарных ДВС, но и на уже находящихся в эксплуатации

Преимущества систем пуска с НЭ высокого напряжения - это меньшие его размеры (при большей удельной энергии), небольшая сила тока стартера, что позволяет экономить медь стартерного провода и снизить потери мощности в стартерной сети, возможность использования для пуска ДВС непосредственно энергии внешних электрических сетей. В слабо ючных цепях высоковольтных СЭП можно шире применять элементы электронной автоматики. Однако внедрение таких систем на автомобилях связано с заменой традиционного низковольтного СЭ на высоковольтный и необходимостью разработки мероприятий по обеспечению электробезопасности.

Рассмотрено несколько способов и схем подключения НЭ в СЭП автомобиля. Отличие схемных решений зависит от задач, предъявляемых к СЭП (подключение НЭ и АБ последовательно, параллельно). Исследованы схемы заряда НЭ с применением преобразователя напряжения, с применением в ка-

честве заряда накопителя любою источника тока, который может быть подключен вместо АБ.

При наличии одной АБ на 12 В для зарядки конденсатора на 24 В предложена схема СЭП ДВС для тяжелых грузовиков.

Во второй главе проведены исследования СЭП с НЭ на автомобильных ДВС, которые выполнялись с соблюдением следующих условий:

1. Все испытания проводились в низкотемпературной камере в соответствии с РД 37.001.021-84 «Пусковые качества автомобильных двигателей. Методы стендовых испытаний».

2. Прокручивания двигателя осуществлялись отдельными попытками. Длительность прокрутки при использовании стартерной АБ или параллельно к ней подключенной НЭ составляла 10 с.

В случае использования накопителя как самостоятельного источника питания длительность попытки определялась его энергетическими возможностями (фиксировалась остановка двигателя)

3. Продолжительность пуска двигателя определялась от начата прокручивания коленчатого вала до момента выхода его на режим самостоятельной работы с учетом длительности не\дачных попыток без суммирования с временем заряда НЭ. В случае использования накопителя как самостоятельного источника неудачным считался пуск, если количество попыток превышало 6.

4. В работе были исследованы три основных варианта подключения накопителя к системе электростартерного пуска:

- вариант 1: Когда прокручивание двигателя осуществлялось непосредственно от НЭ, который предварительно заряжался от АБ через преобразователь напряжения. Начачьное напряжение накопителя могло превышать номинальное напряжение;

- вариант 2: Когда НЭ подключался параллельно к АБ и накопитель выполняя роль буфера, увеличивая частоту прокручивания;

- вариант 3: Когда НЭ подсоединялся параллельно АБ через разъединительный диод, позволяющий производить заряд накопителя от АБ через преобразователь до напряжения, превышающего номинальное.

Анализ результатов показал, что основной характеристикой, влияющей на параметры прокручивания при использовании накопителя, является его внутреннее сопротивление

Экспериментальные режимы прокручивания позволили определить влияние температуры холодного пуска и напряжение на частоту прокручивания двигателя при использовании различных НЭ Была найдена зависимость необходимой энергии НЭ для обеспечения заданного угла поворота двигателя в функции температуры.

Проанализированы пуски двигателей при пшании стартера от НЭ с различными температурами и напряжениями заряда.

Получены средние частоты прокручивания и распределение токов АБ и НЭ в зависимости от времени при различных комбинациях.

Результаты исследований, пусков ДВС при отрицательных температурах с АБ и КИЭЭ показали:

1. Перспективной системой пуска с НЭ для СЭП является система с низковольтными НЭ.

2. Применение НЭ позволяет снижать номинальную емкость АБ. Использование АБ емкостью 32 А ч параллельно с НЭ «Искра» обеспечит пуск двигателя ВАЗ до минус 25 °С. При существующих в настоящем времени параметрах НЭ масса источника питания составит порядка 17 кг.

3 Макетные образцы НЭ типа «Искра» как самостоятельные источники питания могут обеспечить импульсный режим пуска двигателей ВАЗ при напряжении заряда 15-17 В до минус 15 °С, т.к при меньших температурах внутреннее сопротивление разработанных образцов резко возрастало.

4. Наибольшей эффективностью пуска двигателя обладает система пуска с НЭ, силовым разделительным диодом и преобразователем, позволяющим заряжать НЭ до повышенных напряжений Такую схему можно использовать как средство облегчения пуска при температурах минус 30 °С и ниже.

5. Основными факторами, влияющими на эффективность использования НЭ, является их внутреннее сопротивление, которое с понижением температуры значительно возрастает. Для улучшения удельных характеристик систем пуска с НЭ необходимо доработать накопители с внутренним сопротивлением ниже 10 мОм при минус 25-30 °С.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию характеристик СЭП при использовании в них НЭ.

Математическая модель СЭП с КИЭЭ разработана для случая, когда АБ и НЭ работают совместно при их параллельном соединении. При выводе формул для расчета основных параметров СЭП с КИЭЭ приняты следующие допущения: вал ДВС нагружен постоянным моментом сопротивления, не учитываются момент инерции системы стартер-ДВС, неравномерность вращения коленчатого вала ДВС, индуктивность и изменения основного магнитного потока стартера; сопротивление коллекторно-щеточного узла принято постоянным. При этом задавались параметры АБ и НЭ, ЭДС в обмотке якоря стартера, время до остановки стартера. На втором этапе определялись мощ-ностные и энергетические параметры, а также КПД СЭП с КИЭЭ. Используя выведенные формулы, получены выражения для угла поворота вала ДВС, средней величины силы тока и допустимого времени разряда АБ в составе КИЭЭ. По результатам расчета для различных значений напряжения НЭ рекомендуется строить зависимости от времени всех расчетных параметров СЭП с КИЭЭ. Для расчета СЭП с КИЭЭ необходимо также иметь экспериментальные зависимости момента сопротивления и длительности пуска от средней частоты вращения ДВС, а также рабочие характеристики электростартера в табличной форме. На рис. 1 представлена эквивалентная схема СЭП с КИЭЭ.

Рис /. Эквивалентная схема СЭП с КИЭЭ: SI и S2 - включатели, R Яц), Rcm, R„p - сопротивление АБ, НЭ стартерного электродвигатечя, проводов: U„ - номинальное напряжение; Ь'цу) - напряжение НЭ; Еа - ЭДС якоря: I и,. /// > 1а - сила тока АБ, НЭ. якоря стартера

При 1=0 аналитическое выражение Си-,, - С . что соответствует условию решаемой задачи. С увеличением времени разряда НЭ напряжение С непрерывно уменьшается по экспоненте

В начале работы КИЭЭ сила тока НЭ мгновенно возрастает при допущении. что индуктивность цепи разряда КИЭЭ на СЭ и момент инерции системы электростартер - ДВС не учитываются по выражению:

/ -

к и + К)П

а затем уменьшается по экспоненциальному закону

Сила тока АБ 1при работе в КИЭЭ'

-I

Г2

Напряжение на выводах КИЭЭ:

Уш ~ V 16 ~ Ут ~ I )г>^4Б ~ ^ им ~ I//~

-I

г,

ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря СЭ.

-I

Еа = ^т - + = + + > + П, Г-1-'ТГШе" ■

Электромагнитная мощность стартерного электродвигателя:

-I

Р=Еа1а = ьл - + КР+л^^гХь

Полезная мощность на валу стартера Р;~Рг],„ частош вращения якоря стартерного электродвигателя па=30Р2/(лМ2) и ваза ДВС п=пи'и, где т], -электромагнитный КПД стартера ни- передаточное число привода электростар I ера.

Если АБ не может самостоятельно обеспечивать вращение вала ДВС, то после разряда НЭ до напряжения на выводах 6// + Яип) стартера

останавливается Время до остановки стартерного электродвигателя находим, приравнивая к нулю правую часть уравнения для ЭДС,

А/Л +

I, ---1---

, р т: ~ хю

'аК1Ь ----

Т-,

Полная мощность ЛБ с учетом внутренних потерь,

Полная мощность НЭ с учетом внутренних потерь

е

Полная мощность КИЭЭ с учетом внутренних потерь

Полученные расчетные формулы для СЭП с НЭ приводят как результаты расчета в виде графиков изменения параметров прокручивания ДВС при питании от КИЭЭ. При совместной работе АБ и НЭ в КИЭЭ ЭДС стартера асимптотически приближается к значению, соответствующему вольт-амперной характеристике АБ. При этом сила тока НЭ асимптотически приближается к нулю, а сила тока АБ - к расчетному значению силы тока якоря стартера. Подключение НЭ параллельно АБ позволяет вращать ДВС с частотой, большей частоты вращения при питании стартера только от АБ. В связи с разрядом НЭ и уменьшением силы тока в процессе прокручивания ДВС мощность НЭ уменьшается, асимптотически приближается к нулю, а мощность АБ возрастает благодаря увеличению силы тока, несмотря на уменьшение напряжения. Зависимость мощности КИЭЭ от его параметров имеет сложный характер, но в течение всего времени прокручивания ДВС величина ее остается меньше мощности, которую АБ развивала бы с учетом внутренних потерь при самостоятельной работе на сгартер. Мощность, развиваемая КИЭЭ во внешней цепи, больше мощности АБ и при 1—>оэ приближается к ней. Соответственно, уменьшается электромагнитная мощность на валу стартера. Рабочие характеристики стартера в период совместной работы АБ и НЭ в КИЭЭ изменяются от начальных величин, соответствующих вольт-амперной характеристике КИЭЭ, при которой имеет место ЭДС в начале прокручивания (при г=0), до конечных соответствующих вольт-амперной харак-

теристике АБ, т.е. когда напряжение на выводах комбинированного источника определяется только падением напряжения в АБ.

Математическая модель для расчета переходных электромеханических процессов в СЭП с НЭ разработана с учетом теоретических основ электротехники в области, разветвленной нелинейной электрической цепи. Нелинейность обусловлена, главным образом, наличием в цепи стартера (электрической машины) с ссриесным возбуждением, математическая модель которой описывается системой дифференциальных и алгебраических уравнений, вкпючая уравнение движения ротора (якоря) стартера. НЭ представлены в предлагаемой модели СЭП в виде двухполюсника, обладающего емкостью и внутренним сопротивтением. Для него справедливо уравнение в режиме разряда емкости. Стартер описывается уравнениями электрической машины с сериесным возбуждением, известными из курсов по расчету переходных процессов электрических машин. Система уравнений модели СЭП преобразована к виду, удобному для расчета на ЭВМ методом Рунге-Кутта. В качестве исходных данных для расчета вводятся параметры АБ, НЭ и стартера. Начать-ные условия задаются в зависимости от варианта СЭП. В графическом виде на рис 2 и 3 представлены результаты расчетов СЭП при разтичных температурах окружающей среды, содержащей АБ и НЭ, применительно к дви1<ие-лям ЯМЭ-238 и КамАЗ. Эти графики использованы для сопоставления расчетных и опытных характеристик СЭП. Разработанная математическая модель СЭП с НЭ позволяет в дальнейшем путем введения соответствующих функциональных зависимостей учесть влияние насыщения и изменения момента сопротивления на валу стартера в процессе пуска ДВС

■I >: «и "ft os ю I: i4 11 I s 1.1

Рис 2 Реп'тьтаты моделирования рабочих процессов в СЭП с КИЭЭ

праменитетьно дт двигатая ЯМЗ 238 Т„ч, - -10 °С (Пуск от АБ и НЭ/

( И I \М'

с в I. Hi-

ll« I

IS 12 f t

14 IK I

II

I'M. U.I

i: «---

H> о ^ •

i-

CI I II

и s I ч I ; I j 11* 1 s l. с

Рис. 3. Результаты моделирования рабочих процессов в СЭП с КИЭЭ применительно для двигателя КамАЗ-740, Т„ч,= -12 °С (Пуск от АБ и НЭ.

В четвертной главе рассмотрены методики расчета СЭП с КИЭЭ и произведено сравнение СЭП с АБ и СЭП с КИЭЭ по габаритно-массовым показателям, стоимости, надежности в эксплуатации и т.д. Сравнение производилось для случая, когда обе системы оптимизированы по одинаковым выбранным критериям. Сравнение СЭП по требуемым объемам АБ и НЭ и затратам энергии на прокручивание коленчатого вала ДВС производилось при примерно одинаковой эффективности работы, необходимой для пуска двигателя внутреннего сгорания.

Расчет СЭП с КИЭЭ, проводился при начальных условиях, когда НЭ заряжался до номинального напряжения АБ. Расчет проводился в программе Microsoft Excel, которая позволила провести анализ при помощи электронной таблицы.

В электронную таблицу можно вводить различные параметры АБ и НЭ и условия пуска. В результате варьирования этих параметров можно получить мошностные, энергетические и другие характеристики СЭП с КИЭЭ при различных соотношениях габаритно-массовых показателей. Результаты расчета СЭП с КИЭЭ по предложенной методике применительно к дизелю КамАЗ-741 позволили определить средние за 10 с частоты вращения дизеля при различных температурах и различных параметрах НЭ. работающих в комбинации с АБ 2х6СТ-90, и построить зависимости средних частот от удельной энергии НЭ по объему при различных постоянных времени НЭ

Для упрощения анализа расчета было принято, что при электропитании стартера от АБ, средняя частота вращения на всем протяжение работы будет постоянной. Наложив полученные зависимости частоты вращения СЭП с НЭ (рис. 4) на линию средней частоты прокручивания ДВС электростартером

при электропитании от АБ 2х6СТ-182. Точки пересечения характеристик указывают на равноценность по эффективности СЭП с КИЭЭ и СЭП с АБ. Обь«; ем источника энергии (НЭ и АБ) заполняет объем штатного размещения А Б 2х6СТ-182 на КамАЗе. При больших величинах удельной плотности энергии НЭ имеется возможность уменьшить объем комбинированного источника по сравнению с АБ 2х6СТ-182.

п. мин

Рис 4 Совмещенные характеристики СЭП с АБ и СЭП с НЭ При больших значениях энергии имеется возможность уменьшения объема КИЭЭ по сравнению с АБ 2х6СТ-182 Результаты поиска необходимых значений \\'цн и соответствующие им емкость и внутреннее сопротивление накопителя приведены в таблицах I и 2

Исходными данными для подбора или проектирования СЭП с АБ являются: зависимости среднего момента сопротивления и времени пуска от средней частоты вращения ДВС при различных температурах. Эти характеристики используются также для подбора, проектирования и анализа работы СЭП с НЭ для ДВС. При этом точность расчетных методов оказывается не меньше точности подбора, проектирования и оценки работоспособности традиционных СЭП с АБ. При принятом допущении о постоянстве среднего момента сопротивления частота вращения, ЭДС якоря стартера, напряжение НЭ. электромагнитная мощность линейно уменьшаются в зависимости от времени по мере разряда НЭ Причем в начальный момент времени все основные параметры СЭП примерно в 2 раза выше средних значений за время прокручивания до полной остановки стартера Внутреннее сопротивление НЭ при выбранном времени прокручивания ДВС и выбранном типе НЭ определяется тотько кратностью рабочего тока где /„ - ток короткого замыкания

стартера. При увеличении к внутреннее сопротивление НЭ при заданной его постоянной времени уменьшается, стремясь к нулю при к—>1 (режим короткого замыкания стартера). Масса НЭ с увеличением к возрастает, стремясь теоретически к бесконечности при к->1.

Таблица 1

^ЭУ,

пср, мин", за 10 с прокручивания коленчатого вала при тНэ, с

Дж/см3 0 1 ' 62 2 3 4

0,5 62 61 60 58

1,0 89 87 84 81 78

1,5 111 107 102 98 94

2,0 • 127 122 116 111 107

Таблица 2

Тнэ, с 0 1 2 3 4

*>нэ1, Дж/см3 0,92 0,96 1,01 1,1 1,2

СНУ, Ф 108 113 119 130 141

Янэ, Ом 0 0,009 0,017 0,0231 0,0282

Одной из главных задач при проектировании СЭП с НЭ является определение минимальной массы и получение наивыгоднейшей частоты вращения ДВС. Для этого задают ряд численных значений частоты вращения и для каждого значения определяют момент сопротивления и длительность пуска. Дальнейшее проектирование СЭП с НЭ минимальной массы осуществляют по следующей схеме.

Задаваясь к от 0,1 до 0,9 определяют электромагнитный КПД и электромагнитную мощность стартера, необходимую для прокручивания ДВС со средней частотой. Далее определяют число попыток пуска. Задаваясь произвольным значением расчетного времени прокручивания, определяют относительные сопротивления НЭ и стартера. Далее для выбранных значений к и длительности прокручивания находят минимальную массу стартера при различных значениях индукции в зазоре от 0,1 до 1,2 Тл. И, наконец, с помощью соответствующих выражений вычисляют массы проводов, НЭ и всей СЭП с НЭ. Аналогичный расчет проводят при других значениях к, длительности прокручивания и частоты вращения ДВС и находят минимальные массы

С >1 i LlKlIM OÔ|VHO\l IIJVMHI KOMÔIMUIIP'O К'рЛЛНОСЧ1 ¡MÓ04CI0 ÍOKJ. л Mile и,пост прокру 'шнлния, им luuiin и часкны вращения ciapiepa. при кою-рои имеемся абсолютный минимум массы СЭ11 л !я sa мнныч ус ювий пуска. H начес те примера в главе приведены расчеты СЭП с НЭ 'пя ЛВС при темперам ре ц\ска минус 20 "С. pen 1ьтлы которыч пре ici au leiibi в фафиче-ском вило

При проектировании СЭП с КИЭЭ расчеты проводя! при рапичныч частых вращения с це п»ю опрелсмения минимума laóapmoB и массы СЭП 1 i pe J Ю/кенпые форму ты иопюляют опре ie 1яп> емкое 1ь НЭ. вну!реннее со-прошвление АЬ. а кжже сопрожвтение етарюрпыч ироволов, при коюрыч (")1! бу lei иметь минпма п.ные габариты и массу Рафабокшный метод оп-шма плюю проемирования С Э11 с КИЭЭ moaci бьпь pea пнован на ЭВМ

В четертой паве представ 1ены сравните 1ьные чарамеристики зкспс-римеига ]ьных и расчетных исследовании процесса пуска ЛВС' при использовании НЭ Характерные зависимости прецекштены па рис 5

Put > СреОняя частота прок/ц чивчния и mois \Ь // ) и швисимости от времени - расчетные - же пе/тменша ¡ьные 11еемолря на допущения ириняше ;пя упрощения расчета, наб иолае!-ся чорошая счолимосiь раечежыч и экспериментальныч ланныч. Сравнение нч показываем возможность мспо илования аиатшичсскич методов для исследования процессов прокручивания ваюв ДВС электростартерами при » ICKI роснабженин ич or КИЭЭ и определения парамефов АБ и НЭ в СЭ11

При обоснованном выборе счемныч решений, высокич удельных показав 1яч НЭ и правильном согласовании чаракгериешк АБ. НЭ и с rap i ера ( ')11 с КИЭЭ 4101 \ л конкурировав с ipa шиионными С Э11 с АЬ

iwrimwWi'

Разработка КИЭЭ с оптимизацией по массе (по объему) является важной проблемой, решение которой лает возможность значительно повысить технико-экономические показатели КИЭЭ и ускорить процесс их внедрения на автомобилях.

В пятой главе изложены результаты экспериментальных исследований и натурных испытаний СЭП с НЭ

Экспериментальным исследованиям подвергались НЭ (14 В, ~8кДж), разработанные ВНИИТ, при пуске ДВС типа КАМА-1111, МеМЗ-245, УД-15, УД-25.

В процессе исследований оценивались следующие показатели двигателей:

- время прокручивания;

- количество оборотов;

- количество рабочих ходов поршня;

- максимальная частота вращения коленчатого вала;

- средняя частота вращения коленчатого вала;

- максимальный ток в цепи стартера;

- конечное напряжение накопителя энергии.

Исследования показали, что при применении НЭ для пуска двигателей возможно снижение массы и габаритов АБ в несколько раз (уменьшение емкости на 5-10 А ч), что позволяет существенно сэкономить дефицитные материалы (свинец), уменьшить загрязнение окружающей среды свинцом и серной кислотой, снизить расходы на обслуживание АБ

Исследования возможности пуска холодного двигателя АЗЛК-412 с использованием низковольтных НЭ типа «МИГ-10/14» (энергозапас 7,8 кДж при напряжении 14 В) проводились в холодильной камере НИИАЭ.

Четырехцилиндровый, четырехтактный, карбюраторный двигатель АЗЛК-412 водяного охлаждения с рабочим объемом 1,5 л., был оснащен СЭП, состоящей из стартера 42.3708 и АБ 6СТ-55А.

Исследования включали в себя:

- прокручивание двигателя АЗЛК-412 при температуре минус 20 °С на масле М6з/1 ОГ и питании от АБ 6СТ55А, заряженной на 75 %;

- прокручивание двигатетя в тех же условиях с использованием в качестве источника энергии одного или двух накопителей МИГ-10/14;

- прокручивание двигателя с использованием в качестве источника энергии АБ 6СТ55А заряженной на 75 %с параллельно подсоединенным одним НЭ«МИГ-10 14».

На первом этапе были осуществлены прокручивания двигателя АЗЛК-412 при минус 20 °С на мае 1с М6з/10Г, стартером 42.3708 от АБ 6СТ-55А. заряженной на 75% Результаты прокручиваний показали, что средняя частота вращения составила 160-170 мин"1, а на шестой десятисекундной попьпке пуска 160 мин"' при потребляемой величине тока 250-260 А.

После экспериментов по прокручиванию были проведены пуски с использованием в качестве самостоятельного источника питания стартера одного накопите 1я «МИГ-10/14». Напряжение заряда НЭ было 12,3 В. Температура минус 20 °С, масло МбзМОГ. Питание зажшания осуществлялось от отдельной аккумуляторной батареи. При указанных условиях пуск двигателя АЗЛК-412 был осу ществлен за 2 попытки, т.е. за 2 цикла заряд-разряд IЮ. По ГОСТ надежным считается пуск ДВС за 3 попытки. Общая продолжительность пуска составила 4,2 с.

В результате экспериментов и испытаний установлено следующее.

1 Применение НЭ типа «МИГ-10/14». охлажденного до температуры минус 20 °С и заряженного до напряжения 12,3 В в качестве источника электроэнергии для питания стартера 42.3708 обеспечило пуск холодного двигателя АЗЛК-412 при температуре минус 20 °С на масле М6з/ЮГ за две попытки пуска с двумя зарядками НЭ с общим временем включения стартера 4,2 с.

2. При напряжении заряда 11,6 В начальная и средняя частота прокручивания двигателя (154 и 110 мин"1) оказалась ниже частоты прокручивания, обеспечиваемой АБ 6СТ-55А со степенью заряда 75 %. При начальном напряжении НЭ 14.6 В начальная частота прокручивания (203 мин"') оказалась выше, а средняя частота (142 мин) ниже, чем при прокручивании от батареи. Длительность прокручивания НЭ при начальном напряжении 11,5-16,6 В лежала в пределах 2,7-4,1 с.

3 При параллельном соединении НЭ «МИГ-10/14» с АБ 6СТ55А средняя частота прокручивания увеличивается на 10-12 % по сравнению с использованием только АБ.

Аналитические исследования СЭП проводились на двигателе ВАЗ-2110 с нештатной АБ (22 А ч) и НЭ в качестве КИЭЭ.

Анализ результатов прокруток показал, что угол поворота, скорость вращения, время прокрутки и т.д достаточны для пуска двигателя, поэтому было принято решение попытаться запустить двигатель от одного НЭ.

После прокрутки был сделан пробный пуск двигателя со штатной АБ и параллельно включенным НЭ. Пуск произошел с первой попытки.

Исследования возможности показан пуск двигателя автомобиля МАЗ 54323 (двигатель ЯМЗ 238Б-1, мощностью 300 л.е., стартер 25.3705-01, мощностью 8,2 кВт) от НЭ (U„ = 18 В; С, - 50 Ф; ReH = (7-8)-10'3 Ом) в гаражных условиях, что двигатель при окружающей температуре +10 °С надежно пускается от двух НЭ. соединенных параллельно, два раза подряд с одной зарядки, третий пуск также обеспечивается, но не является надежным. От одного НЭ двигатель пускается надежно только один раз, при второй попытке не обеспечивается прокру тка вала ДВС.

Пуск двигателя автомобиля КАМАЗ-5410 (двигатель мод. 740, мощность - 210 л. е.; стартер СТ142, мощность - 10,5 л. е.; штатная аккумуляторная батарея две АБ 6СТ-190 последовательно) от НЭ (U„ = 18 В; С = 50 Ф; R,„ = (7—8)' 10"3 Ом) проводился при окружающей температуре +6 °С экспериментальными пусками, от соединенных последовательно двух нештатных АБ 6СТ60 и от двух соединенных последовательно АБ 6СТ60 и параллельно подключенного к ним одного НЭ. Опыты показали, что двигатель КАМАЗ-5410 при окружающей температуре +6°С надежно пускается от трех параллельно соединенных НЭ пять раз подряд без подзарядки (с одной зарядки). От одного НЭ пуск произошел только один раз, при второй попытке стартер не обеспечил прокрутки.

Проведенные экспериментальные пуски двигателя КАМАЗ-5410 от НЭ подтвердили возможность пуска как от НЭ (без АБ), так и многократные пуски от АБ значительно меньшей энергоемкости 70-80 А.ч. (вместо штатных 300-380 А ч) соединенной параллельно с одним НЭ.

С целью проверки возможности пуска двигателя автомобиля КамАЗ при окружающей температуре минус 17 °С в гараже проведены экспериментальные пуски от одного НЭ и с подключенной АБ.

Испытания в холодильной камере показали следующее:

- при температурах минус 20 и 30 °С без предпускового разогрева двигателя совместная работа А В и НЭ может дать увеличение частоты прокручивания лишь непосредственно после включения стартера. Однако с течением времени, наличие НЭ, по существу, не сказывается на частоте вращения и попытках пуска ДВС;

- при температурах минус 40, 45 и 50° с применением предпускового разогрева ДВС совместная работа НЭ и АБ оказывается эффективной по сравнению с возможностями АБ без НЭ;

- применение НЭ без АБ во всех опытах оказывается неэффективным.

Анализ результатов прокручивания и некоторых попыток пуска двигателя при температуре минус 12 °С показывает, что при совместной работе АБ и НЭ энергоемкостью -60 кДж (два НЭ) максимальная частота вращения и средняя за первые 2 с увеличилась на 18-21 % .

Применение НЭ энергоемкостью ~30 кДж совместно с АБ типа 6СТ-110А обеспечивает прирост частоты вращения до 10%, а с увеличением энергоемкости до 85 кДж (три НЭ) прирост максимальной частоты и средней за 2 с составил соответственно 31 % и 28 % .

Использование НЭ совместно с АБ 6СТ-110 А существенно облегчает условия работы АБ в системе элекфостартерного пуска дизельного двигателя автомобиля КамАЗ за счет снижения токовых нагрузок Так, пиковые (максимальные) значения тока уменьшаются в 2-2,8 раза, через 2 с на -16 - 55 %. через 4 с до ~35 % в зависимости от емкости НЭ.

Использование в системе пуска автомобилей КамАЗ НЭ обеспечивает увеличение срока службы штатной АБ 6СГ-190 за счет перераспределения токовой нагрузки между АБ и НЭ, снижение энергоемкости АБ, например до 110 А'ч, а также повышение надежности пуска дизельных двигателей.

Технико-экономическая оценка применения НЭ для системы электро-стартерного пуска ДВС показала преимущества СЭП с использованием НЭ: снижение энергоемкости АБ примерно в 1.5-2 раза; повышение надежности пуска при отрицательных температурах; обеспечение возможности дубли-

руюшего пуска при разряженности или отказе АБ: повышение срока службы СЭП: в отличие от АБ. НЭ не требует никакого обслуживания, пожаро- и взрывобезопасен; возможность использования вместо свинцово-кислотных. экологически менее вредных щелочных АБ, обладающих лучшими эксплуатационными характеристиками: срок службы НЭ выше, чем АБ; сокращение времени подготовки двигателя к пуску.

Основные результаты и выводы

1 Анализ классических конструкций СЭП показан их существенные недостатки при пуске ДВС в холодное время года (минус 30 °С и ниже) без дополнительных источников облегчения пуска (подогревателя, впрыска легковоспламеняющейся жидкости и т.д.). Для повышения технического уровня СЭП требуются нестандартные конструктивные решения по оптимизации СЭП, применение новых материалов и в том числе емкостных накопителей

2. Эксперименты по прокручиванию ДВС от различных НЭ определили основные технические характеристики комбинированной СЭП, схемно-технические решения соединений АБ и НЭ для обеспечения получения наилучшего эффекта по пуску холодног о ДВС.

3 Разработана математическая модель КИЭЭ с учетом различного соединения АБ и НЭ, величины зарядного напряжения накопителя, энергетических показателей и скоростного режима пуска ДВС.

4 Результаты исследования математической модели позволили определить зависимости от основных параметров СЭП КИЭЭ времени прокручивания. времени вращения якоря стартерного электродвигателя до полной его остановки.

5. Адекватность математических моделей КИЭЭ СЭП была проверена на экспериментальных ДВС ЯМЭ-238 и КамАЗ-740, показала достаточную сходимость разработанной математической и физической моделей, а также адекватность расчетных и экспериментальных характеристик КИЭЭ, что позволило сформулировать рекомендации по выбору параметров стартерных АБ и НЭ.

6. Разработаны основы оптимального проектирования КИЭЭ, что позволяет в конкретных проектах формулировать технические требования к

АБ, НЭ и стартер}, из условия минимальных массо-габаритныч показателей КИЭЭ в целом.

7. Технико-экономическая оценка применения НЭ в КИЭЭ СЭП показала перспективность их более широкого внедрения в автотракторную и железнодорожную технику

8. КИЭЭ в СЭП транспортных средств позволяет улучшить пусковые качества двигателя при отрицательных температурах окружающей среды, т.к. этот комбинированный источник позволяет уменьшить влияния параметров АБ за счет перераспределения токов от НЭ и АБ.

9. Оптимальными параметрами НЭ является его внутреннее сопротивление и энергоемкость, поскольку начальная частота вращения коленчатого вала ДВС выше, чем при увеличенном времени заряда НЭ.

10. СЭП транспортного средства с применением КИЭЭ повышает технический уровень самой системы и снижает эксплуатационные расходы при ее обслуживании. Это связано с повышением готовности КИЭЭ к обеспечению энергией стартерного электродвигателя (частота вращения якоря при равных условиях пуска с КИЭЭ и без нее увеличивается в 1,5 раза).

11. Результаты экспериментальных и теоретических исследований были внедрены в учебную практику МГТУ «МАМИ» на кафедре АТЭ в курс «САПР АТЭ» в качестве интеллектуального продукта - расчетных методов в НПО «Автоэлектроника»

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1. Малеев P.A., Шматков Ю.М., Чижков Ю.П. Поляков H.A. Методика определения параметров аккумуляторной батареи и емкостного накопителя энергии при их совместной работе в системах электростартерного пуска

2. Антепенко B.C., Поляков H.A., Чижков Ю.П Электроснабжение стартера от емкостного накопителя энергии. Грузовик & стр. 41-44, №5, 1998 г.

3 Антепенко B.C., Поляков H.A., Чижков Ю.П Определение параметров комбинированного источника тока системы пуска. Тезисы докладов на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий», 1998, г. Сочи, стр. 10-11.

4. Полякова В.H . Поляков H.A.. Чижков Ю.П Электропитание стартера от емкостного накопителя энергии. Тезисы доклалов на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий», 1998. г. Сочи, стр. 11-12.

5. Чижков Ю.П.. Поляков H.A. Системы пуска с различными источниками тока (например автомобиля КамАЗ). Материалы Международной конференции и Российской научной школы молодых ученых и специалистов «Системные проблемы качества, математического моделирования информационных технологий», часть 2, Москва-Сочи, 1999 г., стр. 12.

6 Чижков Ю.П., Мапеев P.A., Поляков H.A. Стартерный электропривод при электроснабжении от комбинированного источника энергии. Тезисы докладов международного научного симпозиума, XXVII научно-технической конференции ААИ «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа» к 60-летию воссоздании МАМИ. 1999 г., стр. 54-55.

7. Чижков Ю.П., Поляков H.A. Проектирование систем пуска автомобильных двигателей с различными источниками электроэнергии. Тезисы докладов на международном симпозиуме по автоэлектрике «Генераторы, электромашины, светотехнические приборы, коммутационные устройства, системы их регулирования и управления. Конструкция, материалы, технология производства» г. Суздаль, 2000 г.

8. Чижков Ю.П., Малеев P.A., Поляков H.A., Поляков Е.А. Применение емкостного накопителя энергии на двигателе внутреннего сгорания. Тезисы докладов на XXXI научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров Международного научного симпозиума, посвященного 135-летию МГТУ «МАМИ» Москва, Россия - МГТУ «МАМИ», 2000 г. стр. 62-63

9. Акимов O.A., Короткое В.И., Малеев P.A., Поляков H.A., Чижков Ю П. Система пуска двигателей для АТП. «Грузовик &», № 4, 2001 г., стр. 14-15.

10. Антипенко B.C., Антипенко C.B., Нигматулин Ш.М., Поляков H.A., Репников Н.П., Чижков Ю.П. Источники тока с емкостными накопителями в системах пуска двигателей. Труды II Международной научно-практической

конференции «Лшочобтч юхносферл» 1С А 14-2001 | Казань. Татарски. Россия 2001 г.. с) р. 443-440

11 \ншиенко В ( . \нмшенко С В . Ннгчпту ши [||\1. Поляков Н Ч . Репников || П.. Чижков 10 Г1. Харамсрисшки мембран молекулярных нако-нмичсП )нер1ИИ Груды II Между народной нау чно-прак шческой конференции « Чвючобн.ш техносфера» 1СЧ^-2001. г Казань. Татарстан. Россия 2001 | . оф. 443-446

12 По 1ЯШОВ .1 И . Чижков К) 11. По 1яков Н \ Зарубежные конденсаторы 1ешсы домадов МШК ЧАИ «Приоритеты ргнвнгия отечественного антфлкюростроения и попоювкн инженерных и научных кадров» 25-26 ссшября 2002 г. Россия. Москва. 41 1 У «МАМИ» стр. 51

13. Поляшов Л.И . Чижьов 10 11. Поляков Н Л Отечественные конденсаторы Тешсы токладов МШК ААИ «11рнорите1Ы раштпия отечественного лвтотраморостроения и псиииовки инженерных и научных кадров» 25-26 сен 1ября 2002 :. Россия. Москва. МГП «М \МИ» с гр. 5 1-52

14. Пабоких В.А . По 1яков М Л . Поляков I- Л Перераспределение токов о1 макопитетей жерпш и а к кучу шорном баиреи в шяюшие на процесс пуска двш а геля. Материи п>1 49-ой Международной научно-технической конференции ЛАИ «Нриори1е|ы рлзвшия отечественною ав 1 оIракторостроения и поцотовки инженерных и научных кадров» Секция Ч «Автомат шрован-нос управтение. электроника и лектрооб торной техники» ч I. Москва. МАМИ 2005 г с. 29-34

\нюрсфери1 икх'сришш тм соиемнш* ук'тш иснсни к<ш 111 им л юмшчеекпх иа\к

«СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТЛРТЕРНОГО ПУСКА ТРАНСПОРТНЫХ С РДЕСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМБИНИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ»

ПОЛЯКОВ Николай \.к>к<ч>свич

11о шнеано в печать •/-/•/2006' Бумага Iипогрлфекая_

Зака; Тираж 80 _Формат 60x90 16

ЧГТУ «МАМИ», Москва, 107023, Б. Семеновская у.ь, 38

Щ ? 1 Г о 3

РНБ Русский фонд

2006-4 21950

Принятые обозначения (сокращения).

Введение.

Глава I. Анализ развития конструкций систем электростартерного пуска и постановка задачи исследования.

1.1. Недостатки существующих электропусковых систем.

1.2. Емкостный накопитель энергии как способ увеличения удельной мощности системы электростартерного пуска для надежного пуска ДВС в условиях низких температур.

1.3. Способы подключения накопителя энергии, применяемые для улучшения пусковых свойств ДВС.

1.4. Задачи исследований.

Глава II. Экспериментальные исследования системы электростартерного пуска с накопителем энергии на автомобильных ДВС.

2.1. Методы экспериментальных исследований систем электростартерного пуска и выбор режимов прокручивания ДВС от накопителя энергии.

2.2. Результаты контрольных пусков двигателей от накопителя энергии.

2.2.1. Экспериментальное определение режимов прокручивания двигателя ВАЗ 21073 от накопителя энергии.

2.2.2. Пуски двигателя ВАЗ 21073 при питании стартера от накопителя энергии.

2.2.3. Определение режимов прокручивания двигателя ВАЗ 21073 от комбинированного источника электрической энергии.

2.3. Выводы.

Глава III. Исследования математических моделей системы электростартерного пуска с накопителем энергии и разработка расчетных методов конструктирования и схемотехники комбинированного источника электрической энергии.

3.1. Выбор эквивалентной схемы систем электростартерного пуска с накопителем энергии.

3.2. Режим разряда энергии в накопителе.

3.3. Режим пуска ДВС с различными источниками тока.

3.4. Выводы.

Глава IV. Исследования математической модели системы электростартерного пуска с накопителем энергии с целью создания оптимизированной конструкции.

4.1. Заряд накопителя энергии до номинального напряжения аккумуляторной батареей.

4.2. Влияние колебаний напряжения заряда от стартерной электросети на заряд накопителя энергии.

4.3. Процесс разряда накопителя с подключенной аккумуляторной батареей и без нее.

4.4. Сравнения экспериментальных и расчетных исследованний процесса пуска ДВС при использовании накопителя энергии.

4.5. Выводы.

Глава V. Исследование процесса пуска с накопителем энергии.

5.1. Экспериментальные исследования системы электростартерного пуска с накопителем энергии на легковых автомобилях.

5.2. Экспериментальные исследования системы электростартерного пуска на грузовых автомобилях.

5.3. Технико-экономическая оценка применения накопителя энергии для системы электростартерного пуска двигателя.

5.4. Выводы.

Современный этап развития автомобилестроения характеризуется повышением требований к надежности, экономичности и снижению токсичности отработавших газов в течение всего жизненного цикла транспортных средств. К числу важнейших задач обеспечения надежности и эффективности работы автомобиля в значительной мере его эксплуатационных качеств относится правильный выбор системы пуска двигателя.

Пуск автомобильных двигателей вызывает особое затруднение в зимний период, особенно в холодных климатических зонах, когда требуются значительные трудовые и энергетические затраты, весьма продолжительные по времени и которые могут быть причиной больших простоев автомобиля. Для нормального функционирования автотранспорта в северных районах идут по пути улучшения пусковых качеств ДВС за счет технических характеристик систем электростартерного пуска (СЭП).

Чем ниже предельная температура надежного пуска и меньше затрат времени на подготовку двигателя к принятию нагрузки, тем выше производительность и полезная занятость автомобиля.

Проблемы пуска ДВС особенно сложны при безгаражном хранении автомобилей, так как во время стоянки автомобиля на открытой площадке детали двигателя, охлаждающая жидкость и моторное масло быстро достигают температуры окружающей среды.

С целью снижения низкотемпературного предела пуска используют все возможности для улучшения пусковых качеств автомобильных двигателей за счет выбора наивыгоднейших для пуска режимов работы смазочной системы, систем зажигания и топливоподачи, установки на автомобилях технически совершенных и эффективных систем пуска и вспомогательных пусковых устройств, правильного согласования характеристик двигателя и его систем пуска.

Применяемые на автомобилях СЭП постоянно совершенствуются за счет оптимизации конструкций стартеров, его магнитных систем, использования новых материалов, снижения материалоемкости, улучшения выходных характеристик. Разработаны и находят все более широкое применение электростартеры с возбуждением от постоянных магнитов и со встроенными редукторами, а также необслуживаемые стартерные свинцовые аккумуляторные батареи (АБ) и емкостные накопители энергии (НЭ). Это позволило повысить надежность пуска автомобильных двигателей, обеспечить значительную экономию и достичь высокой степени унификации СЭП.

В связи с наличием определенных недостатков у стартерных свинцовых АБ проявляется интерес к использованию в СЭП альтернативных источников энергии, в частности НЭ. Впервые СЭП с НЭ, которые в ряде случаев могут заменить или комбинироваться с традиционной СЭП с АБ, предложены специалистами МГТУ «МАМИ» и НИИАЭ.

Применение в СЭП с НЭ позволяет снизить емкость АБ их размеры, массу и стоимость. СЭП с НЭ могут обеспечить пуск двигателя при значительной степени разряженности АБ, что повышает эксплуатационную надежность автомобиля, особенно в условиях низких температур. Проводятся теоретические и экспериментальные исследования, а также опытно-конструкторские работы по созданию СЭП как с низковольтными так и высоковольтными НЭ.

Перспективная автомобильная система электростартерного пуска должна удовлетворять требованиям высокой эффективности, малого веса, небольших габаритных размеров и безопасности. Она также должна быть гибкой для возможного в будущем усовершенствования при увеличении потребной электрической мощности.

В этой связи весьма актуальной является задача разработки таких методов проектирования, которые позволили бы создать СЭП для ДВС с высокими технико-экономическими показателями. Помимо этого создание систем автоматизированного проектирования позволит резко сократить время, необходимое для разработки новых СЭП.

Переход к проектированию на ЭВМ дает возможность использовать более точные методы расчета СЭП, которые невозможно было применять при ручных методах расчета ввиду их сложности и большой трудоемкости. Еще одной характерной особенностью проектирования на ЭВМ является учет в полном объеме всех требований технического задания и объективная оценка расчетных вариантов.

Требования к надежному пуску автомобильных двигателей определены ОСТ 37.001.052-87. Он определяет применение к традиционной СЭП, а не для альтернативных источников энергии.

Целью диссертации является исследование возможности применения НЭ в системе пуска ДВС, а также разработка методов расчета, экспериментальных исследований и испытаний СЭП с НЭ для ДВС автомобиля.

На защиту выносятся следующие результаты и положения:

1. Схемные решения СЭП с использованием НЭ на основе традиционных конденсаторов, ионисторов и молекулярных накопителей;

2. Математические модели СЭП с комбинированным источником электрической энергии (КИЭЭ), методы и примеры расчетов, в том числе с использованием ЭВМ;

3. Физическая модель СЭП с КИЭЭ и результаты экспериментов с ней;

4. Основы оптимального проектирования СЭП с КИЭЭ;

5. Результаты экспериментальных исследований СЭП с КИЭЭ для ДВС на стендах, в холодильных камерах, в условиях гаража и транспортного потока;

6. Технические требования к НЭ для СЭП с КИЭЭ.

Тема диссертационной работы связана с планами научно-исследовательских работ и договорами МГТУ «МАМИ» с НПО «Автоэлектроника», НПО «Квант», МНПО «Эконд», НАМИ, НАТИ и другими предприятиями. Выполненная работа содержит новые результаты решения акту

10 альной научной и практической задачи по внедрению конкурентоспособной СЭП с НЭ, используя новые приоритетные отечественные разработки молекулярных накопителей.

Экспериментальные исследования с участием специалистов МГТУ «МАМИ» проводились совместно со специалистами предприятий НИИАЭ, НПО «Квант», МНПО «Эконд», НАМИ, НАТИ. Автор выражает самую искреннюю благодарность за помощь в работе сотрудникам этих предприятий и первому научному руководителю проф. Чижкову Ю.П., светлой памяти которого данная работа посвящается.

4. Результаты исследования математической модели позволили определить зависимости от основных параметров СЭП КИЭЭ времени прокручивания, времени вращения якоря стартерного электродвигателя до полной его остановки.

5. Адекватность математических моделей КИЭЭ СЭП была проверена на экспериментальных ДВС ЯМЗ-238 и КамАЗ-740, показала достаточную сходимость разработанной математической и физической моделей, а также адекватность расчетных и экспериментальных характеристик КИЭЭ, что позволило сформулировать рекомендации по выбору параметров стартерных АБиНЭ.

6. Разработаны основы оптимального проектирования КИЭЭ, что позволяет в конкретных проектах формулировать технические требования к АБ, НЭ и стартеру из условия минимальных массо-габаритных показателей КИЭЭ в целом.

7. Технико-экономическая оценка применения НЭ в КИЭЭ СЭП показала перспективность их более широкого внедрения в автотракторную и железнодорожную технику.

8. КИЭЭ в СЭП транспортных средств позволяет улучшить пусковые качества двигателя при отрицательных температурах окружающей среды, т.к. этот комбинированный источник позволяет уменьшить влияния параметров АБ за счет перераспределения токов от НЭ и АБ.

9. Оптимальными параметрами НЭ является его внутреннее сопротивление и энергоемкость, поскольку начальная частота вращения коленчатого вала ДВС выше, чем при увеличенном времени заряда НЭ.

10. СЭП транспортного средства с применением КИЭЭ повышает технический уровень самой системы и снижает эксплуатационные расходы при ее обслуживании. Это связано с повышением готовности КИЭЭ к обеспечению энергией стартерного электродвигателя (частота вращения якоря при равных условиях пуска с КИЭЭ и без нее увеличивается в 1,5 раза).

11. Результаты экспериментальных и теоретических исследований были внедрены в учебную практику МГТУ «МАМИ» на кафедре АТЭ в курс «САПР АТЭ» в качестве интеллектуального продукта - расчетных методов в НПО «Автоэлектроника».

1. Александров В.А., Гаршина А.В., Петров В.А. Развитие автотракторных стартеров и электропривода //Автомобильная промышленность. 1987. № 2. с. 19-20.

2. Квайт С.М., Менделевич Я.А., Чижков Ю.П. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1990. - 255 с.

3. Акимов С.В, Боровских Ю.И., Чижков IO.IL Электрическое и электронное оборудование автомобилей. М.: Машиностроение, 1988. -280 с.

4. Аккумуляторы японских фирм //Автомобильная промышленность США. 1990. №4. -с. 31.

5. Аккумуляторные батареи //Автомобильная промышленность США, 1981. №3.-с. 34.

6. Стартерные аккумуляторные батареи: Устройство, эксплуатация и ремонт /М.А. Дасоян, Н.И. Курзуков и др. М.: Транспорт, 1991. -255 с.

7. Тютрюмов О.С., Курзуков Е И., Дшкур М.М. Новые конструкции необслуживаемых аккумуляторных батарей. М.: НИИНавтопром, 1979. - с. 24.

8. А.с. 1193284. Система злектростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н, Чижков Ю.П, Хортов В.П., Пахомова Е.Э. опубл. 1985, Бюл. № 43.

9. А.с. 1193285. Система злектростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н, Чижков Ю.П., Хортов В.П., Капелин-ский А.В. опубл. 1985, Бюл. № 43.

10. А.с. 1193286. Система злектростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н, Чижков Ю.П, Хортов В.П., Тагиев Ш.М. опубл. 1985, Бюл. № 43.

11. А.с. 1193287. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., Царев

12. A.С. опубл. 1985, Бюл. № 43.

13. А.с. 1193288. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., Гусев

14. B.М. -опубл. 1985, Бюл. № 43.

15. А.с. 1199968. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., Пыдрин А.И. опубл. 1985, Бюл. № 47.

16. А.с. 1240947. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., Копылова JI.B. -опубл. 1985, Бюл. № 24.

17. А.с. 1266390. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1986, Бюл. №38.

18. А.с. 1265388. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1986, Бюл. № 39.

19. А.с. 1265389. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.П., Чижков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1989, Бюл. №39.

20. А.с. 1265390. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1986, Бюл. № 39.

21. А.с. 1265391. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания / Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1986, Бюл. №39.

22. А.с. 1265392. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., Сенькин

23. И.В. опубл. 1986. Бюл. №39.160

24. А.с. 1276847. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чирков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1986, Бюл. № 39.

25. А.с. 1276848. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., опубл. 1986, Бюл. № 39.

26. А.с. 1368474. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., Квайт С.И., Пыдрин А.И., Гусев В.М. опубл. 1988, Бюл. № 3.

27. А.с. 1455030. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П., опубл. 1989, Бюл. № 3.

28. А.с. 1486621. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания /Копылов А.И., Фесенко М.Н., Чижков Ю.П., Хортов В.П. опубл. 1989, Бюл. № 22.

29. Воздвиженский М. Следующий шаг снимаем аккумулятор? //Изобретатель и рационализатор. 1987. № 11 - с. 16-19.

30. Фесенко М.Н., Хортов В.П. Электроника и конденсаторный пуск //Автомобильная промышленность. 1986. № 12 с. 17-18.

31. Фесенко М.Н., Хортов В.П., Чижков Ю.П. Конденсаторные системы пуска //Автомобильная промышленность. 1986. № 6 с. 7 - 8.

32. Хортов В.П., Курский Е.П., Башкиров В.А. Конденсаторная система пуска на автомобиле ЗИЛ //Автомобильная промышленность. 1989. № 4. с. 26.

33. Хортов В.П., Савич В., Башкиров В. Новая система пуска двигателей //Речной транспорт. 1988. № 5. с. 16-17.

34. Фесенко М.Н., Хортов В.П., Царев А.С., Чижков Ю.П. Емкостная система пуска мотоциклетного двигателя //Автомобильная промышленность. 1987. № 1. с. 10-11.

35. Хортов В.П., Чижков Ю.П., Бородулин В.П. Конденсаторные системы пуска ДВС //Автомобильная промышленность. 1987. № 10 -с. 3436.

36. Фесенко М,Н., Хортов В.П., Чижков Ю.П. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания с конденсаторными батареями //Межвузов, сб. научн. работ: Исследование автомобильных и тракторных двигателей. М.: МАМИ, 1987. Вып. VIII. -с. 56-62.

37. Фесенко М.Н., Хортов В.П., Чижков Ю.П. Применена система пуска с емкостными накопителями //Техника в сельском хозяйстве. 1987. № 8. с. 55-57.

38. Водорезов С.В., Квайт С.М., Малеев Р.А., Чижков Ю.П. Исследование процессов прокручивания двигателей внутреннего сгорания системой электростартерного пуска с емкостными накопителями энергии //Деп. в ЦНИИТЭИавгопроме. 1989. N1966 ап 89.

39. Водорезов С.В., Квайт С.М., Малеев Р.А., Чижков Ю.П. Влияние параметров высоковольтных конденсаторов на характеристики прокручивания автомобильного двигателя //Деп. в ЦНИИТЭИавтопро-ме. 1989.№ 1967-ап. 89.

40. Копылов А.И., Прохоров В.А., Прохоров B.C. Конденсаторная система пуска для «ОКИ» //Автомобильная промышленность. 1989. №8. с. 22-23.

41. Чижков Ю.П., Малеев Р.А., Хортов В.П. Исследование систем электростартерного пуска двигателей с емкостными накопителями энергии //Межвузов, сб. научн. работ: Автомобильные и тракторные двигатели. М.: МАМИ. 1990. Вып. X. -с. 79-85.162

42. Чижков Ю.П., Меркулов Р.В., Данг Винь Нги. Пуск двигателей внутреннего сгорания с использованием емкостных накопителей энергии и выбор их параметров //Деп. в ЦНИИТЭИавтопроме. 1989. № 1320-ап. 89.

43. Чижков Ю.П., Меркулов Р.В., Данг Винь Нги. Выбор параметров систем электростартерного пуска ДВС с емкостными накопителями энергии //Деп. в ЦНИИТЭИавтопроме, 1989. № 1921 ап 89.

44. Чижков Ю.П., Меркулов Р.В., Данг Винь Нги. Емкостные накопители в системе пуска ДВС //Деп. в ЦНИИТЭИавтопроме. 1990. № 2032 ап 90.

45. Чижков Ю.П., Меркулов Р.В., Данг Винь Нги. Влияние постоянной времени и удельной энергии накопителей энергии на параметры системы электростартерного пуска. Деп. в ЦНИИТЭИавтопроме. 1990. № 2031 ап 90.

46. Чижков Ю.П., Малеев Р.А., Короткое В.И. Подбор емкостного нако-* пителя для системы электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания //Межвузов, сб. научи, работ: Автомобильные и тракторные двигатели. М.: МАМИ. 1992. Вып. XI. - с. 26-33.

47. Чижков Ю.П. КПД системы электростартерного пуска с емкостными накопителями энергии // Межвузов, сб. научи, работ: Автомобильные и тракторные двигатели. М.: МАМИ. Вып. XI. - с. 35-43.

48. Чижков Ю.П., Малеев Р.А., Квайт С.М. Результаты экспериментального исследования автомобильного двигателя при использовании конденсаторной батареи //Межвузов, сб. научн. работ: Автомобильные и тракторные двигатели. М.: МАМИ. 1992. Вып. XI. - с. 63-67.

49. Чижков Ю.П., Меркулов Р.В. К расчету системы электростартерного пуска минимальной массы //Межвузов, сб. научн. работ: Автомобильные и тракторные двигатели. -.М.: МАМИ. 1992. Вып. XI. с. 80 - 84.

50. Чижков Ю.П., Меркулов Р.В. Использование емкостных накопителей энергии для пуска двигателей внутреннего сгорания //Межвузов, сб. научн. работ: Автомобильные и тракторные двигатели. М.: МАМИ. 1990. Вып. X. - с. 79-85.

51. Чижков Ю.П., Малеев Р.А., Квайт С.М. Энергетические параметры систем электростартерного пуска с емкостными накопителями энергии //Деп. в НИИстандартавтосельхозмаш. 1991. № 2111 ап. 91.

52. Менделевич Я.А., Водорезов С.В., Квайт С.М. Конденсаторные для легковых автомобилей //Автомобильная промышленность, 1991. №10. -с. 11-12.

53. Бакуревич Ю.Л., Толкачев С.С., Шевелев Ф.Н. Эксплуатация автомобилей на Севере. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1973. -180 с.

54. Семенов Н.В. Эксплуатация автомобилей зимой. М.: Транспорт, 1969. - 136 с.

55. Цуцоев В.И. Эксплуатация сельскохозяйственной техники зимой. -М.: Колос, 1981.-191 с.

56. Бульканов В.А., Квайт С.М., Менделевич Я.А., Петров К.А., Чижков Ю.П. Улучшение пусковых качеств перспективных автомобильных дизелей // Сб. научных трудов: Исследование электропусковых систем ДВС. -М.: НИИавтоприборов. 1976. Вып. 37. с. 5-11.

57. Оценка технического уровня пусковых систем автомобильных и тракторных двигателей /С.М. Квайт, Я.А. Менделевич и др. Сб. научных трудов: Исследование электропусковых систем ДВС. М.: НИИавтоприборов. 1976. Вып. 37. -с. 80-97.

58. Квайт С.М., Чижков Ю.П. Электростартерный пуск двигателей внутреннего сгорания. М.: НИИавтоприборов - НИИНавтопром, 1971.-56 с.

59. Козлов В.Е., Квайт С.М., Чижов Ю.П. Особенности эксплуатации автотракторных двигателей зимой. Д.: Колос, 1977. - 156 с.

60. Менделевич Я.А. Пути снижения материалоемкости электропусковых систем двигателей // Автомобильная промышленность. 1984. №9. с. 6 - 8.

61. Моисейчик А.Е Пусковые качества карбюраторных двигателей. М.: Машиностроение, 1968. - 136 с.

62. Чижков Ю.П., Квайт С.М., Сметнев Е.Е. Электростартерный пуск автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1985. - 150 с.

63. Квайт С.М., Кораблев А.В., Пономаренко Ю.А., Чижков Ю.П. Исследование пусковых качеств двигателей ВАЗ //Автомобильная промышленность. 1983. №4. с. 10-11.

64. Микулин Ю.В., Карницкий В.В., Энглин Б.А. Пуск холодных двигателей при низкой температуре. М.: Машиностроение, 1971. — 216 с.

65. Боровских Ю.И. Электрооборудование автомобилей: Справочник. -М.: Транспорт, 1971. 192 с.

66. Боровских Ю.И., Гутенев Н.И. Электрооборудование автомобилей. -К.: Высшая школа. Головное изд-во, 1988. —187 с.

67. Лосавио Г.С. Пуск автотракторных двигателей без разогрева. М.: Транспорт, 1965. - 104 с.

68. Минкин М.А. Пусковые устройства автомобильных двигателей. -М.: Машгиз, 1961. 140 с.

69. Тиминский В.И. Справочник по электрооборудованию автомобилей, тракторов, комбайнов. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Уроджай, 1985. -256 с.

70. Резник A.M. Электрооборудование автомобилей: Учебник для автотранспортных техникумов. М.: Транспорт, 1990. - 256 с.

71. Курзуков Н.И., Новиков А.Е. Стартерные батареи и низкие температуры //Автомобильная промышленность. 1989. № 5.- с. 18-19.

72. Менделевич Я.А. Мощность системы пуска: где оптимум? //Автомобильная промышленность. 1989. № 4. с. 18-19.

73. Новое в разработке автомобильных аккумуляторных батарей //Автомобильная промышленность США, 1982. № 1. с. 8.

74. Разработка батарей для автомобилей и электромобилей // Автомобильная промышленность США, 1984. № 7. -с. 9.

75. Работоспособность аккумуляторных батарей в разрядных режимах при низких температурах. И.А. Смирнова, Э.Г. Ямпольская и др. Автомобильная промышленность. 1973. № 10. с. 8-10.

76. Тютрюмов О.С., Шеленкова А.К. Перспектива развития стартерных аккумуляторных батарей //Автотракторное электрооборудование. 1974. Вып. 4. с. 24-29.

77. Андреев М.Б. Гамма стартеров для новых и модернизируемых карбюраторных двигателей //Автомобильная промышленность. 1985. № 3. с. 32-33.

78. Арсентьев О.В. Автоматизированное моделирование систем электростартерного пуска ДВС: Диссертация на соискание уч. степени к. т.н. М.: 1988.

79. Лобанов Е.А. Метод расчета стартерного электродвигателя с помощью ЭВМ на минимум массы //Сб. научных трудов: Оптимизацияпараметров электропусковой системы и ее элементов. -М.: НИИав-топриборов. 1983. Вып. 55.-е. 10-35.

80. Пятаков И.Л. Нормативные требования к стартерам. Оценка их технического уровня //Сб. научных трудов: Расчет и проектирование автотракторных стартеров пониженной металлоемкости. М.: НИИ-АЭ. 1987. Вып. 63.-е. 62-71.

81. Лобанов Е.А. Выбор электрической схемы стартера //Сб. научн. трудов: Расчет и проектирование автотракторных стартеров пониженной металлоемкости. М.: НИИАЭ. 1987. Вып. 63. -с. 83-95.

82. Филатов Б.С., Чижков Ю.П. Проектирование системы пуска на ЭВМ //Сб. научных трудов: Оптимизация параметров электропусковой системы и ее элементов. М.: НИИавтоприборов. 1983. Вып. 55.-е. 73-83.

83. Чижков Ю. Е Пусковые устройства автомобильных и тракторных двигателей. Ф.: Кыргызстан, 1979. -140 с.

84. Кваит С.М., Моисейчик А.Е., Чижков Ю.П. Пусковые характеристики карбюраторов /Деп. в ЦНИИТЭИавтопроме. 1989, № 1351 — ап. 39.

85. Чижков Ю.П. Исследование пусковых качеств двигателя с учетом неравномерности вращения коленчатого вала //Периодика политехника. Транспорт Будапешт: 1975. Том 3. № 2 -с. 159-173.

86. Ютт В.Е. Исследование моментов сопротивления прокручиванию V-образных карбюраторных двигателей при холодном электростартер-ном пуске //Труды института. М.: НИИавтоприборов, 1966. Вып. 4. -с. 17-19.

87. Kruse Horst. Reibungsanalyse beim Kaltstart einer Verbrennungskraft-maschine. Motortechn. Z. 1966,27. № 12. c. 365-374.

88. Kruse Horst. Reibungsanalyse beim Kaltstart einer Verbrennungskraft-maschine. Kfotortechn. Z. 1965.26. № 12. c. 497-504.

89. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для автодорожных вузов. М.: Транспорт, 1989. -287 с.

90. Филатов Б.С., Чижков Ю.П. Расчет системы электростартерного пуска: Методические указания. М.: МАМИ, 1984. - 50 с.

91. Филатов Б.С., Чижков Ю.П. Проектирование систем электростар-терного пуска: Методические указания. М.: МАМИ, 1987.-53 с.

92. Филатов Б.С., Чижков Ю.П. Расчет рабочих характеристик стартерного электродвигателя: Методические указания. М.: МАМИ 1987, -48 с.

93. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования: Учебник для техникумов /Л.В. Копылова, В.И. Короткое к др.; Под ред. М.Н. Фесенко. М.: Машиностроение, 1979. - 344 с.

94. Тютрюмов О.С., Курзуков Н.И., Шеленкова А.К. Влияние температуры электролита на работоспособность аккумуляторной батареи //Автомобильная промышленность. 1980. № 5. с. 9.

95. Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета, конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергия, 1978. -152 с.

96. Тютрюмов О.С., Шеленкова А.К. Результаты исследования коэффициента отдачи аккумуляторных батарей в циклических режимах при низких температурах //Автотракторное электрооборудование. 1977. Вып. 6.-с. 7-10.

97. Майзенберг Ю.И. Богомолова Т.И. Зарядные характеристики аккумуляторных батарей при низких температурах //Автотракторное электрооборудование. 1970. Вып. 3. -с. 10-15.

98. Дасоян М.А., Агуф И.А. Современная теория свинцового аккумулятора. Л.: Энергия, 1975. - 312 с.

99. Багоцкий B.C., Скундин A.M. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.

100. Болтовский В.И., Вайсгант З.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

101. Дасоян М.А. Химические источники тока: Справочное пособие. -2-е изд., пере раб. и доп. Л.: Энергия, 1969. - 588 с.

102. Баланевский А.А. Результаты исследования и аналитические зависимости временных характеристик аккумуляторных батарей при низких температурах //Труды института. М.: НИИавтоприборов. 1972. Был. 25. -с. 66-80.

103. Менделевич Я.А. Оценочные показатели пусковых качеств системы ДВС стартер - аккумуляторная батарея //Сб. научи, трудов: Исследование электропусковых систем ДВС. -М.: НИИавто приборов. 1976. Вып. 37. -с. 27-33.

104. Чижков Ю.П. К расчету электропусковых систем двигателей //Автомобильная промышленность. 1978. №6. с. 12-15.

105. Филатов Б.С., Чижков Ю.П. Автоматизированное проектирование систем электростартерного пуска //Автомобильная промышленность. 1981. №3.-с. 22-23.

106. Лобанов Е.А. Метод расчета стартерного электродвигателя с помощью ЭВМ на минимум массы //Сб. научи, трудов: Оптимизация параметров электропусковой системы и ее элементов. -М.: НИИавто-приборов. 1983. Вып. 55.-е. 10-35.

107. Справочник по электрическим конденсаторам /М.Н. Дьяконов, В.И. Карабанов, В.П. Присняков и др.; Под общ. ред. И.Л Четверткова и В.Ф. Смирнова. -М : Радио и связь, 1983. 576 с.

108. Иванов A.M., Поляшов JI.И. и др. О передаче энергии их молекулярного накопителя в индуктивный, «Электричество», 1989, № 8.

109. Иванов A.M., Герасимов А.Ф. Молекулярные накопители электриче-^ ской энергии на основе двойного электрического слоя, «Электричество», 1991, № 8

110. A. Ivanov, L. Poliashov, A. Gerasimov, N Radionov, Application of Econds's Double-Electric Layer Capacitors in starting systems. Proceeding Third Int. Seminar on Double Layer Capacitors, florida, USA (Dec. 6-8, 1993)

111. Иванов A.M., Поляшов Л.И., Герасимов А.Ф., Артеменко Б.Н. Импульсные конденсаторы для злектростартерного пуска двигателеи автомобилей. Тезисы Международной научно-технической конференции «100 лет Российскому автомобилю», 26-28 ноября 199 г.

112. Апаров А.Б. и др. Традиционные преобразователи для низковольтных источников энергии. М. Энергия. 1978

113. Научно-технический отчет «Исследование целесообразности применения на автомобилях ВАЗ пусковой системы с емкостными накопителями» (промежуточный) Этап 3 х/д 033657 тема 34/89-91.