автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Улучшение показателей грузовых автомобилей с двигателями с искровым зажиганием в условиях эксплуатации путем применения смесевых топлив

г Украинский транспортный университет

, ' На правах рукописи

Скалыга Николай Николаевич УЖ 621.433.

УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ С ДВИГАТЕЛЯМИ С ИСКРОВШ ЗАЖИГАНИЕМ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУТШ ПРИМЕНЕНИЯ СМЕСЕВЫХ ТСШИВ

Специальность 05.22.10 — Эксплуатация автомобильного

транспорта

Автореферат диссертации нз соискание ученой степени канлкхата технических наук

Киев — 1996

Работа выполнена в Украинском транспортном университете.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор Гутаревич Юрий Зеодосиевкч

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Корпач Анатолия Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дикий Николай Александрович кандидат технических наук, доцент Бортницкий Павел Иванович

Ведущая организация: ГосаввтотрансНИИпроект ,г.Киев

Защита состоится 2- b ¿^¿^-yi-d/ijt 1996г. в час

на г^седзнии специализированного совета £01.27.02 при Украинском транспортном университете по адресу: 252010, Киев, ул. Суворова 1.

С диссертацией ложно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан ^ 1995г.

Ученый секретарь специализированного совета: кандидат технических наук, профессор -сГ Дмитриев H.H.

Актуальность темы. Резкое увеличение количества транспортных средств, использующих в качестве источника механической энергии двигатели внутреннего сгорания (ДВС), влечет за собой резкое возрастание потребления моторных топлив нефтяного происхождения. В результате потребность топлив зачастую превышает возможности добычи и переработки нефти. Кроме того, питание двигателей транспорт ккх средств (ТС) тогшшама нефтяного происхождения оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду и человека велело- ' твие выбросов с отработавшими газами (ОГ) вредных веществ.

Кис показывает анализ рехимов работы транспортных двигателей, большую часть времени они работают на частичных нагрузках, когда, для бензиновых двигателей, требования к октановому числу (04) топлива невысоки. В этих режимах было бы целесообразно применять бензины с иекыгим, относительно штатных, 04, но при работе двигателя в режимах высоких нагрузок это повлечет за собой возникновение детонации.

Одним из способов существенного снижения потребления топлив нефтяного происхождения и снижения токсичности ОТ транспортных двигателей является использование альтернативных тошшв; в частности — сжатого природного газа (СПГ).

Однако, применение СПГ как моторного топлива, при прямом конвертирован!}» бензиновых двигателей, на 10*20Х снижает эффективную мощность двигателя и, практически в 2 рага, запас хода автомобиля. Поэтому усилия специалистов ьсе болыье направляются на создание смешанных или бинарных систем питания, позволяющих использовать ь качестве топлива штатный бензин, СНГ или их смесь. Такие систехы питания называют еще универсальными.

Однако существующие конструкции универсальных систем питания не позволяют максимально использовать качества каждого вида топлива: высокую теплотворную способность бензинов и высокие 04 СПГ. Поэтому представляют научный и практический интерес исследования, направленные на создание универсальных систем питания, ' позволяющих двигателю работать на бензине, в том числе и низкооктаиовом, в режима* холостого хода и малых нагрузок, а при выходе в режимы рыссюи нагрузок — выше границы детензции — на Сензогазовых смесях.

Такие универсальные системы питания- позволили бы использовать для питания двигателя низкосортные бензина без опасности возникновения детонации, которая предупреждалась бы высоким общим

04 бензогазовой смеси. Кроме, того, обеспечение питания по такой схеме позволило бы приблизить энергетические и экономические показатели двигателей автомобилей к показателям при работе на бензине, а экологические — к показателям при работе на СПГ.

Объектом исследования является универсатьная система питания (УСП), установленная на двигателе ЗМЭ-53 автомобиля ГАЗ-БЗ-2?.

Цель работы: улучшение показателей грузовых автомобилей с ЛВС с искровыъг задиганием в условиях эксплуатации путем применения бензогазовых смесевых толлив.

Для реализации поставленной цели в работе резались следуюие задачи:

1. Экспериментальное определение оптимального затока переключения питания двигателя с низкосктанового бензина на бензогазо-вую смесь.

2. Создание опытного образца универсальной системы питания с электронным управлением, для обеспечения возмачности работы двигателя отдельно на штатном бензине, СПГ и смеси бензина с СПГ в зоне высоких нагрузок.

3. Составление математической модели система "водитель-авто-ыобиль-дорога" для грузового автомобиля, учитывающей особенности питания двигателя штатным бензином, СПГ и бензогазовой смесью.

4. Определение, с помосыо математической модели, влияния вида применяемого топлива на показатели грузового автомобиля при различных режимах и условиях движения.

5. Определение показателей двигателя 2м3~53. оборудованного универсальной системой питания, и автомобиля ГАЭ-53-27 с таким двигателем.

Научную новизну работы составляют:

1. Закономерности переключения питания, позволяющие наиболее оптимально использовать свойства каждого вида топлива.

2.Математическая модель системы "водитель-автомобиль--дорога", учитывающая особенности питания двигателя бензином, СПГ и бензогазовой смесью, для различных режимов и условий двиления грузового автомобиля.

3.Результаты исследований на математической модели показателей автомобиля с универсальной системой питания.

4.Результаты комплексных исследований, подтвердившие, на примере автомобиля Г£3-53-27 с двигателем ЗМ2-53, оборудованным универсальной системой питания, что при питании двигателя бензо-

газовой смесыо его токсические показателя приближаются к показателя* при питании СНГ, а тягово-дииамические — к показателям при питании штатным бензином.

Практическая ценность работа заключается:

1.В установлении диапазона рехихсв работы двигателя ЗШ-53, при которых целесообразно применение низкооктамового бензина, беа опасности возникновения детонации. '

2.В экспериментальном определении закономерности переключения питания двигателя 5МЭ-53 с низкооктанового бензина »а беню-газовую смесь и обратно.

3.В создании действующего экспериментального образца универсальной системы питания, которая позволяет двигателе работать яа статном бензиле, СПГ и смеси бензина, г том числе и низкооктанового, с СНГ. Система, в последнем случае, обеспечивает автоматическое переключение питания с бензина на беиэогазовую смесь и обратно, по заданному закону, в зависимости от угла открытия дроссельных заслонок и частоты вращения коленчатого вола.

4.В улучшении тягово-дииамических и экологических показателей грузового автомобиля ГАЗ-5Э-27 ори питания его двигателя бен-зогазовой смесью.

Реализация работы. Результаты работы освещеяы в отчета* кз- . федры "Двигатели и теплотехника" и могут Выть передаЗш в автопредприятия для переоборудования автомобилей ГАЭ-52-2в, ГАЗ-5Э-27, ЗиЛ-138А и однотипных им.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях в Украинском транспортном университете (1993,1994гг.) и в Винницком государственом техническом университете (1994Г).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовало в пяти печатных работах.

Струкгурз и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы, приложений и содержит ЭОЗ страниц текста, 19_ таблиц, 57 рисунков, 73_ наименований литературных источников.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш исследования, форь!улирузтся цель, еадачи к дается сбвая характеристика зыполне-вдй работы.

Первая глаза посвящена обоснования принятого способа улуч-еэймя г.о'.'дзатслей грузовых автомобилей с двигателями с искровым оаакггашеа в'условиях эксплуатации путей применения бензогазовых сносевнх топл',3.

В глазе рассмотрены вопросы использования альтернативных тогшяз для пихания ' транспортных двигателей; вопросы- изменения экономических и экологических показателей транспортных ЛВС с искровым зажиганием при питании 'сыесевьш топлизами; выполнен обзрр источников по система»! питания бензогазоэыми смесевыми топливами; формулируется цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена Определению оптимального -закона переключения шпаахя ©С с искровым зажиганием с низкооктанового бензина (ua apsatepe бензина с 04 около ббед.) на бензогазовую сг.«8сь. На рис.1 показаны экспериментальные данные по определению границы детонации двигателя ЗШ-5Э.

По результате^ стендовых исследований установлено, что в ре-зошах самостоятельного к принудительного холостого хода, а также близких к шэд нагрузочных режимов, требования к 04 топлива невысоки. В зтк; реявшая возыойио и целесообразно использовать низкз-окт&човнй беизни. С увеличением нагрузки на двигатель, вблизи и вале границу детонации, необходимо осуществлять переключение питания ка бензогаэозул с>.:с-сь.

Ка ряс.2 показана принципиальная схема универсальной системы питания с электронным управлением для ЛВС с искровым зажиганием. Система питания позволяет двигателю работать отдельно на штатном бензине. СПГ и смеси бензина, в том числе и низкооктанозого. с СПГ.

В первом случае (кюоч 5 находится в положении П исполнительное устройство 23 включает электромагнитные клапаны 13. Зтим обеспечивается проход бензина через отверстия 20 и 21 к глаьяым топливным жиклерам 22.

Во втором случае (все ключи находятся в положении II) электромагнитный клапан 8 проставки 9 обеспечивет проход СПГ в двигатель через отверстия 12 к 13 прсстагкк 9, совмещенные с отверстиям}: 17 и IS дозирующей пластины 14. При выходе двигателя в реяимы

Скоростная характеристика двигателя ЭЛЗ-53 по определенно границы детонации при работе на бензине с СЧ около 56 ед.

2ООО

СтНп

н/гн-'

сн*

-Рзр^

1.0

0.5

О

йРк

1.1 кПг

1.0 50

й 9 . 20

. 10

&т . 0

2.0 Ркс. 1.

высоких нагрузок СПГ дополнительно подается через отверстие 10 проставим 9, совмещенное с отверстием 15 дозирующей пластины 14.

При наличии на борту ТС бензина и СПГ одновременно водитель устанавливает ключи 3 и 7 в положение I, а ключ 5 — в положение П. Этим обеспечивается готовность универсальной системы питания осуществлять работу двигателя на бензогазовой смеси.

В режимах холостого хода и малых нагрузок электронный блок управления 24,. через исполнительное устройство 23, зкяючаэт электромагнитные клапаны 18, обеспечивая-дозирование бензина жиклерами 22 стандартных размеров. При выходе двигателя в режимы высоких нагрузок, Еыае границу детонации, электронный блок управления 24, получая и обрабатывая сигналы от датчиков 1,положения дроссельных заслонок, я 2, . частоты вращения" коленчатого вала, выключает клапаны 18 и 8. б этом случае бензин начинает поступать к жиклерам 22 через уменьшенные отверстия 21, а СПГ — только через отверстие- 12 проставки 9, совмещеноое' с отверстием 17 дозирующей пластины 14. Двигатель рзботает на бензогазовой смеси. Переключение питания осуществляется автоматически, в соответствии с принятым законом переключения.

Закон переключения питания с бензина на бензогазовую смесь (рис.3) представляет собой линейную зависимость, Еыраяаемую величиной угла открытия дроссельная•заслонок, от частоты вращения коленчатого вала. Для двигателя ЗМЗ-5Э и бензина с 04 около 5бед. закон имеет вид:

9др.оп- 0.003-(9200 — Пд.тек). (1).

Третыг глаза посвящена составлению метеиатическсй модели системы "водитель-автомобиль-дорога", которая учитывает особенности питания двигателя при работе на штатном бензине. СПГ и бензогазовой смеси в различных режимах и условиях движения грузового автомобиля. При этом использовались работы по составлению математических моделей, учитывающих особенности питания двигателя одним видом топлива, ранее проведенные в /ТУ.

Для определения показателей автомобиля на математических моделях принят цикл "разгон-установившееся движение-замедление". Математическая модель включает дифференциальные уравнения, описывающие показатели автомобиля в различные периоды движения; учитывает особенности определения показателей автомобиля при питаний

Принятый закон переключения питания двигателя на бензогаэовуп смесь в зависимости от характера кривой гранях® детонации.

?гр,гра) 20°

18

&

П -м-«,-

Рис. 3.

— 1 г • %

—— %Р

I.. I. .1, -----Ц-Л-

Т& ¿1 ¿4*10* МИН-*

его двигателя птатным бензином, СПГ и бенэогазовой смесью; содержит уравнения и коэффициенты полиномиальных моделей, а также условия считывания этих коэффициентов в зависимости от используемого вида топлиза.

Процесс разгона двигателя в режиме холостого хода описывается дифференциальным уравнением:

</лд ЭО

Ык(Фдр.Яд)'- , (2)

dt I,;*

du д

где —- - ускорение коленчатого зала двигателя, мин-1, с-1; dt 9 Гл - момент инерции двигателя, кг-ьг; Ик(фдр.пл) - эффективный крутяотй момент двигателя, Н-м.

Расход топлиза, воздуха, содержание в составе ОГ оксида и диоксида углерода, углеводородов и оксидов азота определяются по подиноминалъным моделям, составленным при питании двигателя бензином (газом).

Процесс трогакия автомобиля с места при пробуксовывающем сцеплении характеризуется наличием условия, предусматривающего переключение питания с бензина на беязогаэовую смесь и в общем виде описывается системой уравнений: а) для двигателя:

dna г { -, 1 30

— - [ «Ч*др.яд - иси • 7ГТГ" ' (3)

5! для аедсмсй части сцепления, с учетсм соединенных с ней вращающихся масс автомобиля; приведенных к сцеплению: dnc , ^ ЭО

— Ч Мсц - ИсгЬ -- . (4)

dt v ' /да-Х

где /д - момент инерции двигателя; dn2/dt - замедление коленчатого вала двигателя: И« - эффективный крутящий момент двигателя; Пса ' момент трения сцепления, Им; dnc/dt - ускорение ведомой части сцепления, мин-1, с"1; X - экспериментальный коэффициент неустановившегося режима; - момент инерции вращающихся масс автомобиля, приведенных к сцеплению,, кг• м2.

В процессе трогачия осуществляется постоянная проверка условия необходимости переключения питания на бензсгазоЕу» смесь:

?др. тек > Рлр.оп . (5)

где 9др.тек - текущее значение величины угла открытия дроссельных заслонок в процессе разгона двигателя; рдр.0п - определяется по зависимости (1).

В случае выполнения неравенства (5) осуществляется переключение питания на бензогазовую смесь, в-противном — дальнейшее питание двигателя бензином. Показатели двигателя рассчитываются по полиномиальным моделям нагрузочных режимов.

Процесс разгона азтомовиля со сблокированным сцеплением на 1-й передаче в общей виде описывается уравнением:

át

1

SCÍJb + Игр)

Mí-í/j-ffp-n т

-РС i Pi- Pv

ÍG).

Следует также отметить, что особенностью модели, кроме указанных вше, является уточнение расчета коэффициента избытка воздуха а, где сказывается влияние насссаг-ускорителя, в зависимости от вида используемого топлива:

при питании бензином Свб

при питании СНГ

<*и5

вкСПГ

los' [Gs

ÜSr'3,6 ч

*-I

м.

n

при питании БГС

ЯнБГС -

^вСПГ

lor'Gcnr

<*вБГС

1ОБ- (es

ÜSr'3,6

+ ——- U Ior-GScnr

&tn >

(?)

где Gas. баспг, баБГС — часовые расходы воздуха при питании состветствукядош.видами топлива, кг/час; 6б, Gcnr — часовые расходы бензина и СПГ, кг/час; ДОт — количество бензина, подаваемое sacocoíf-ускорителем в процессе открытия дроссельных заслонок; &t — время, в течение которого осуществляется обогащение смеси от насосаг-ускорителя,сек; 10е. Jar — теоретически необходимые количества воздуха (кг) для сгорания 1 кг топлива. 8 расчетах принято: Jos - 14,95 и lor - 17.0 . .

г

При питании двигателя только СНГ, на основании ранее проведенных исследований, принималось условие, что величина «нспг равна таковой для сходственного установивиегося режима.

Показатели двигателя в процессе разгона на 1-й передаче определяются по полиномиальным модемы нагрузочных режимов с учетом коэффициентов, соответствующих питании тем, или другим видом топлива.

В процессе переключения передач питание двигателя осуществляется только бензином (газом). При этом частота вращения коленчатого вала двигателя определится по уравненио.-

ЭОкЬс

Ял - Лдк1 *<? . (8)

где — время с комента выключения сцепления, сек; к — опытный коэффициент.

Показатели автомобиля определяются по уравнении:

сГ/ 1

--- ) - Рг ± Ру

Л бгОЬ+Этр)

(9)

где 6} — коэффициент учета вращающихся касс, за вычетом двигателя.

Показатели. двигателя при этом рассчитываются по полиномиальным моделям принудительного холостого хода.

Установившееся движение автомобиля характеризуется тем, что питание двигателя осуществляется либо бензином (газом), либо бен-зогазовой смесью. Это зависит от необходимой величины крутящего момента при данной скорости движения, а следовательно, от частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельных заслонок.

Необходимая величина крутящего момента определяется из уравнения тягового баланса автомобиля:

(Ио + Игр)- (Гсрогл + /"оА Уа2ссздс ± 5та)-Кл-ц

Нет--, (Ю)

УГОрЛт

Величина частоты вращения коленчатого вала, используемая при

этом:

30- Уа-01 'Ур

«л - ---- , (11)

1Сйс

Режим замедления, рассматриваемая в системе, характеризуется отъединением двигателя от трансмиссии (выбег) без использования тормозов.

Для определения показателей в этом режиме используется модель разгона автомобиля (режим переключения передач).

Величина частота вращения коленчатого вала определяется по уравнения (8), а показатели автомобиля — по уравнении (9). Рес-че? уравнения производится до момента пд - Пкх.иин-

Покаватеди двигателя определяются исходя ив условия, что питание осуществляется только бензином (газом).

Уравнения полиномиальных моделей, опксывгювдх экономические и экологические показатели двигателя, используемые з система, г сбщеы случае и>;евт вид:

1. Для рашюв самостоятельного и принудительного холостого

хода:

I? - йо+гг'Яд+гг'йд2 . (12)

где у — определяемый показатель; пл — частота вращения коленчатого вала-, r0. , xz - опытные коэффициенты.

2. Для нагрузочных редиыов:

Расход воздуха описывается полиномом второй степени:

Ga - 20 ♦ 21ЙД + zz&P* + йзПд2 ♦ + ВДъДРх, (13)

где ДРк —.разрешение во ыгускяоы трубопроводе; хо, j-'i, r.2> S3, &i, £s - опытные коэффициенты. ■

Расход топдиаа, содержание в составе ОТ оксида и двуоксида углерода, углеводородов и оксидов азота определяется по полиноми-нальныы моделям третьей степени вида:

У - So ♦ Я1ЙД + ЛсДРк *■ Яз^л" + Х4й5ПлйЯк + Х^ДР»?

Я&Яд3 + Е7Плг&Рх * ДвЯдйРк2 + ЖдД?к3. (14)

где го, «г, Хз, »5, «s. «7, «в, «о — опытные коэффициенты.

Для получения более точного вычисления показателей расхода топлива и содержания в составе ОГ вредных веществ величина й?к определялась по уравнению:

по

¿Pit - Хо + К1ЙД * * «ЗПд ♦ * Я5?Л£>"

■йбйд3 * «7Вдг9др ♦ * ЛЭРДР3.

с разбивкой по участкам, в зависимости от диапазона изменения <?-р.

Аналогично, с разбивкой по участкам, относительно диапазона

изменения Л?к, производились вычисления концентраций СгсНп в состав»? ог.

Значения крутящего момента Мк во всех установившихся режимах. кроме зкономайзерного, удовлетворительно описывается уравнением вида:

Мис - А, + Л1'ДРК> (16)

где Ло.Лг - опытные коэффициенты.

При работе двигателя по внешней характеочстике (ДРк«0):

^ - 1*1 * Ъпд *■ - (17)

где 1*1. tz^ /з - опытные козймциеиты.

В заключительной части третьей главы привозятся бл-к-схемы алгоритмов расчета показателей автомобиля, для случаев питрчта ЕГС с переключением и СБ?, в процессах неустзновнетегося дзилекия и движения с постоянной скоростьи; дастся тзвлипы идентификаторов, используемых в программах.

В четвертой глазе описаны: экспериментальная установка, приборы и оборудование, а сакле методика проведения стендовых н дорожных исследований.

Целью исследований являлось определение показателей бензию-вого двигателя, оборудованного экспериментальным-образцом унмгер-сальной системы питания, и автомобиля с таким двигателем.

Кроме того, стендовые исследования позволили получить данные и определить опытные коэффициенты для составления- математических моделей, списывзющ« экономически® и токсические показатели дьк-гатс-ла и проверки • адекватности, этих моделей.

Сбгектсм стендовых исследсзачий был двигатель ЗМ?-53, оборудованный экспериментальным образцом универсальной системы питания.

Программа стендовых исследований включала:

1. Снятие сер.;и нагрузочных характеристик двигателя ЗМЭ-53 с замером его эффективных показателей и концентраций вредных ве-кесть в составе ОГ, при питании штатным бензином, СПГ и бекзога-зовсй смесью.

2. Снятие осциллограмм переходных процессов при переключении питания двигателя ЗМЭ-53, оборудованного универсальной системой питания, с бензина на бенгогазовую смесь и обратно, ' в различных интервалах изменения частоты вращения коленчатого вала и нагрузки.

Программа дорожных исследований автомобиля ГАЗ-53-27 с двигателем 3.43-53, оборудованным универсальной системой питания.

включала серию заездов автомобиля.

В пятой главе приведены результата экспериментами* исследований и расчетов на математической модели.

Результаты экспериментальных исследований включают: комплексную нагрузочную характеристику двигателя ЗМЭ-53 (Пд-гооомин"1) при питании штатным бензином, СПГ и бекзогазовой смесью (рис.4); нагрузочную характеристику (Пд-гОООмин"1) с использованием универсальной системы питания (рис.5); скоростные характеристики самостоятельного и принудительного холостого хода; фрагмент осциллограммы переходного процесса при переключении питания с бензина на бензогазовую смесь и обратно (рис.6); топливную характеристику автомобиля ГАЭ-53-27 с двигателем ЗМЭ-53, оборудованным универсальной системой питания (рис.7).

Анализ комплексной нагрузочной характеристики (рис.4) показывает, что мощность двигателя ЗМЭ-53 при питании бензогазовой смесью составляет примерно 942 мощности этого двигателя, работающего на штатном бензине, мощность при питании газом — только 322. Показатели токсичности занимают промежуточные значения, но они ближе к показателям при питании СПГ в основном нагрузочном диапазоне. В режимах полкой мощности содержание СО и СтНп соответствует содержанию при питании штатным бензином.

Анализ нагрузочной характеристики с переключением питания (рис.5) показывает, что универсальная система питания обеспечивает закономерность переключения питания с бензина на бензогазовую смесь. Величина угла открытия лрос-сельных заслонок при зтом ФЕ-5ГС- 21°.

Анализ осциллограммы (рис.6) показывает, что в момент переключения питания отсутствует скачкообразное изменение крутящего момента. При этом электронный блок универсальной системы питания осуществляет переключение гида топлива в соответствии с принятой закономерностью и с учетом гистерезиса.

комплексная нагрузочная характеристика двигателя ЭЛЗ-53 при работе на штатном бензине А-76/—-/, на бензогазовой смеси/приблизительно на СПГ/—/.

гу=-2000нин~'

Нагрузочная характеристика двигателя 3M3-53. оборудованного «и»»» www» системой питания» с

ПрйОООмш

min ÍS&nHn CsH<4 I Y 200. x

Ä V&>

4 м

i .Il Л r

30 4Ю МВт 60

Ркс. S.

фрагмент ос:ш-"/-гра».;ш псрс-ходпых процессов двигателя 'А?' -53 пс-реклшч^иил Ti>n:ü¡i!/i с бензина на бензогааоьум амсь » оСоалю

H

ua

ГУ^иаГ О ¿S.

3ß

ÍJ

JO*

Û0

Sj 1

ÄS- caj

0- У i

пореклвчеше питания на Йенэогйзоьуй снйсь

обратное: персгсла-ч.;ниу питкиия на беизин

■го

в ■8.0

to о

-> WW ••

à

Ря

y¿J

■■ ? г

. т—' ; ' . /.i

Pi

\

-'."-«■i-J -

щ

•■le i....

-a i

Рис. 5.

Топливная характеристика автомобиля ГАЗ-5Э-27 с двигателем ЗМЭ-53, оборудованным универсальной системой питания.

А;

ИбОвН

30 «0

42

а <?

Ят

0у ^ о 1 г

* /в / 1 1 п

< 1 .1 •

0Ч«б

<2 СПГ

М*

40 ОЯ

го

46 12

20 30 40 50 60 КМ/* 80

ОБ —

Штатная система; питание дввигател бензином А-76

УСП; питание двигателя смесью бензин; с 04*56 * СПГ

Ряс. 7.

Расчеты показателей автомобиля на математической модели показывает: при ¿видении автомобиля по циклу "разгон-установквЕееся движение-замедление (выбег)", длина которого принята одинаковой для всех случаев питания, необходимо обеспечить следующие параметры управления автомобилем в процессе разгона: »др.гг50~; ?лр. бгс-52а; ?др. слг-5С™. При эточ показатели токсичности автомобиля, двигатель которого работает на Зензогазозой суесн с переключением, для данного цикла л паоахетрэя управления, очень блпзга к такозым при питании двигателя СНГ.

Кроме того,на математической исцели рассчиигааскга показсх? -ли автомобиля для цикла "рззгоя-тсрмсжгяи* (гк:"Зег)", жгжэяй наиболее близок к условиям проведения дорожных исследований. В результате получено: величина зауэиеиия бензина на СНГ для порожнего автомобиля составляет примерно 17,82, а для груженого Егр~ 2500кг — до 40%.

Стендовые исследования универсальней системы питания показали, что данная система обеспечивает пеэеклочение питания с еизко-октанового бензина на бензогазовуп смесь в соответствии с прхна-той закономерностью, учитывая гистерезис (рис.6). Признаков детонации при этом не наблюдалось.

Анализ топливной характеристики автомобиля Г ¿3-53-27, (рис.7) показывает, что переключение питания с бензина на бензе-газозуп смесь осуществляется при скорости порожнего автомобиля 7а}б5км/час.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ режимов работы грузовых автомобилей с бензиновыми двигателями показал, что значительную часть времени они работают на частичных скоростных и нагрузочных режимах, где требования к 04 бензина невысоки. Следовательно, на этих рекимах можно было бы использовать бензина с меньшим, относительно штатных, 04. Однако, при работе двигателя в режимах, близких к номинальному, применение низкооктановых бензинов явилось бы причиной возникновения детонации. Одним из эффективных способов повышения 04 топливовоз-душной смеси, при работе двигателя в высоких нагрузочных-режимах, является применение бензогазовьк смесевых топлив. Это дает возможность экономить штатные средне- и высокооктановые бензины за счет замещения их на СПГ, приблизить экономические показатели к показателям базового двигателя, а экологические — к показателям при питании СПГ.

2. Экспериментально определен оптимальный закон переключения питания двигателя с низкооктанового бензина на бензогазовую смесь Закон представляет собой линейную зависимость изменения момента переключения питания двигателя с бензина на бензогазовую смесь и обратно, выраженную & виде функции двух переменных: величины углз открытия дроссельных заслонок и частоты вращения коленчатого вала Пд. Для двигателя ЗМЭ-53 и бензина с. 04*56ед. эта зависимость изменяется в пределах: пд-1200ыин"1 — <?лр~24°; Пд-згоСмтГ1 — фдр-18°.

3. При участии автора создан экспериментальный образец универсальной системы питания с электронным управлением для бензиновых двигателей. Система позволяет двигателю работать на штатном бензине, СПГ и смеси бензина, в том числе и нйзкооктакового. с СПГ.

Для исключения пульсирующего характера переключения питания с бензина на бензогазовую смесь и обратно, при малой амплитуде изменения нагрузки, в электронный блок управления включен элемент, обеспечивающий гистерезис. Система также предусматривает корректировку закономерности переключения питания в зависимости от 04 конкретного, имеющегося на борту автомобиля, бензина.

4. Стендовые исследования двигателя показали, что данная универсальная система питания обеспечивает необходимую закономер-

ность переключения питания с бензина на Сенэсгазовуо смесь и обратно. Для двигателя рлс-53 и бензина с 0Ч*56ед.величины углов открытия дроссельных заслонок, при которых осуществляется переключение питания, с учетом гистерезиса, изменяются в пределах: пои разгоне — ?др. 1200-23,6° ♦ ?др.зг.оо-17.3°; при здчедлении — 9др. 1?.оо"22,7° + 9>до.з200-1б»5°. При этом признаков, детовйшга не найдодалось.

5. Составлена математическая модель системч "водитель-авто- ; мобиль-дорога" для автомобиля с бензиновым двигателем, оборудованным универсальной системой питания, при двияенки этого азт биля в различных условиях и сехучах. В модели .учтены ссобоячпети, связанна? с процессами переключения питания яа бенгсгагозуо суесь

и определением показателей автомобиля при питании его двигателя штатным бензином, СПГ и бензогаэозой смесь».

6. Стендовые исследования двигателя ЗМЗ-53, оборумвекного-универсальной системой питания, подтвердили, что показателя згсго двигателя улучшаются по сравнению с показателями при пвтзняя отдельно штатным бензином или ШТ. Так, в частности,. «овдаюсть двигателя пои переключения питания на. Сензй'азову» смесь (Пд-гооомия"1) состаэдает 95* мовмссти этого дзлгателл, ряботяэ-р.его на штатном бензине А-7&, а при питании СПГ — только 82£.

Такте установлено, что, для осноэяых яагрузсчаых регашв, . имеет место улучшение. токсических показателей. Еыбоош вредкнк веществ уменьшились: СО — примерно в. 1,7 раза; Сййп — а 1,5 паза; Г«'0х — в 1,25 раза.

7. Результаты расчетов на математической иодеаи показывают : при оптимально параметра» рзгго.чз (0др.к1-7О2; плкг-сг^ЗССита'1, ПЛК4-1782МИН"1) единичного азтомобизя до скорости Уе%5Пкм/час время и путь разгона составили: ' . 35-562,еч-,

1БГС~65,52сеК, 35ГС"554Ы; 1сПГ"78,99сек, ЗспГ"79Эч.

При движения автомобиля по идаду, гкаочимцему-. разгон, у становящееся движение и замедление (вк5с-г), длила которого щжннта равной для всех случаев питания» необходимо обеспечить следующие параметры управления автомобилем в процессе .разгона; 9до.б~50Х; 9до.бгс~522; фдр.спг-ЭО*. яра прочих равна« условиях.

При таких параметрах управления для случая с пегсехяочениеч питания на бензогазсвуп смесь, в процессе дыгаеяия автомобиля по циклу, наблюдалось скяхение количества вредных выбросов относительно таковых для случая питания агатным бензином: СО — пс;^ер-

но в 2,7 раза; СпНп — примерно в 2 раза; КОх — в 1,1 раза. Выбросы соединений свинца, при прочих равных условиях, . снижаются примерно в 2 раза.

8. Исследованиями в эксплуатационных условиях установлено, что при движении порожнего автомобиля ГАЗ-53-27 с двигателем ЗМЭ-53, оборудованным универсальной системой питания, обеспечивается аамешение штатного бензина на СПГ — до 16,81, а груженного (С2гр-2500кг) — до 322. Эти результаты близки к результатам расчета на математической модели, которые показыват, что величины замещения штатного бензина на СПГ равны 17,вХ. и 40Х соответственно.

Таким образом расчеты на математической модели и проведенные экспериментальные исследования подтвердили, что применение бензо-газовых смесей позволяет удучаить тягово-динамические показатели автомобиля по сравнению с показателями при работе на СПГ, а экологические — по сравнении с работой на бензине.

Приемочные испытания универсальной системы питания проводились комиссией, составленной из представителей УТУ и АТП—13061 г. Киева.

Испытания универсальной системы питания, в соответствии с заключением комиссии, показали, что автомобиль надежно работает на бензине, газе и их смеси. В случае использования в качестве топлива смеси бензина и газа доля жидкого топлива снижается в условиях городского движения: для порожнего автомобиля на 16,87., загруженного на 602 грузоподъемности — на 322.

По теме диссертации опубликованы следующие работа:

1. Гутарер.ич Ю.Ф., Гор.орун А.Г., Ксрплч A.A., Склпыга H.H. Универсальная система питания для ЛВС с искровых зажиганием. Деп. в ГНТБ Украины 23.03.1993, N641 — Ук.93.

2. Гугаоевич Ю,0.. Говорун А.Г., Корпач A.A., Скагчга H.H. Исследование универсальной системы питания для ЛВС с искоовнм зажиганием. Деп. в ГНТБ Украины 22.12.1993, N253 — Ук.93.

3. Гутаоевич И.Ф., Говорун А.Г., Корпач A.A., Скалыга H.H. Разработка и исследование универсальной системы питания тоанс-портных двигателей с искровым залигзнием. //Автсдсра-'нкк Украины, N2,1994г.

4. Гутаревич И.®., Говорун А.Г., Корпач A.A., Сказыга H.H. Стендовые и дорожные исследования универсальной систем литания. У/ Тезисы к докладу на V-м международном симпозиуме "Metody obliczenione i badawcse w rozxoju systerox роЗззсЫ sisnochodowych i massyn". Полька, Яеиув, 1994, с.81-85.

5. Скзлыга H.H. Результаты исследований универсальной систе-га питания двигателя автомобиля ГАЭ-53-27.//Тезиса к докладу в кн. "Новые технологии и организационные структуры на автсюбмяьноч транспорте",В1ншщя, 1994,с. 12

АНОТАЩЯ

Скадига М.М. Покращення показник1в ванталних автомобШв з двигунаыи з 1скровим запалюванням в умовах експлуатацП еляхом використання сум!вових палив.

ДисертаШя на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук за спец1адьн1стю 05.22.10 — "Експлуатац1я автомоб!льного транспорту", Ни1в. 1995.

Досл1джено принципову схему ун1версально1 системи живлення для бензинового двигуна вантаяного автомоб1ля. Система дозволяе використовувати в якост! лалива штатний бензин, СПГ та сум1ш бензину, у тому числ1 1 низькооктанового, 1з СПГ. Створено ексг.ери-ментальний зразок ун1версально! системи живлення; проведено сер!ю досл1даень двигуна, обладнаного ц!ею системою, 1 автомэб1ля з таким двигуиом, в стендових та дорога1х умовах.

Розроблено математичяу модель системи "зод!й-автомоб1ль-до-рога", во дозволяе розрахувати показники автомоб!ля в р1зних режимах та умовах дорсднього руху 1 враховуе особливост1 живлення двигуна штатнии бензином, СПГ та бенэогазовою сум!то.

Ключов1 слова: ун1Еерсальна система живлення, двигун, авто-1зоС1лъ, бензин, стисненкй природнШ газ, бензогазова сум1в.

AESTPACT.

Mickolay N. Skalyga. The improvement of the spark plug ;ngine trucks characteristic, the trucks are in the exploitation :cnditions, by way of the mixture's fuel use.

Abstract of the thesis of candidate's degree of technical sciences in the speciality G5.?.2.iQ — " The Exploitation of the Jar's Transport", Ukrainian Transport University,Kyiv,1S95.

7ha principal schem of the electronic control universal fuel eeding system for the trucks' engine Is reseeched in this «ork. 'his system rake to use as fuel a rotor petrol, a comnressed stural gas and a mixture of a petrol, heavy petrol is too, with l ccrr,pressed natural gas.

The universal fuel feeding system's experimental model is iade; the engines, truck's too. test series have been carried at he test benches and the read conditions, the* engine have been quiped by universal fuel feeding system and the car had such ngine type.

The mathematics model of the system "driver-car-road" is uilt, the mathematics■ model allows to calculate the car haracteristics for diforent pover rate and road going onditiens, it takes account the fuel feeding features by a motor strol, a compressed natural gas and by petroleum-compressed stural gas mixture.

Key words: universal fuel feeding system, petrol, engine, 2i, truck, motor, compressed natural gas, petroleum - compressed atural gas mixture.