Введение к работе
Актуальность темы: Важнейшими задачами, стоящими перед азтомобильной промышленностью, являются повышение эксплуатационной належності: и долговечности, снижение материалоемкости автомобилей.
Практика эксплуатации автомобилей показывает, что надежность и эффективность их работы в значительной мере зависят от пусковых качеств двигателей внутреннего сгорания (ЛВС) и правильного выбора системы пуска. Пуск ДЕС часто осложняется с понижением температуры в связи с значительным снижением развиваемой мощности и отдачи по энергии аккумуляторной батареи (АБ) -- автономного источника электроснабжения традиционных систем электростартерного пуска (СЭГО.
В настоящее время проявляется повышенный интерес к СЭП с емкостными накопителями энергии (НЭ). Проведенные исследования показали, что применение СЭП с НЭ позволяет не только обеспечить пуск ЛВС, но и в определенных условиях полудіть по сравнению с СЭП с АБ ряд преимуществ, в частности снизить емкость АБ, их размеры, массу и стоимость. СЭП с НЭ могут обеспечить пуск ЛВС при значительной степени разряженности АБ, что повышает эксплуатационную надежность автомобиля, особенно в условиях низких температур. Однако окончательные выводы о целесообразности использования НЭ в СЭП могут быть сделаны только после всестороннего теоретического анализа, подтвержденного результатами пусковых испытаний ЛВС при отрицательных температурах.
Применение НЭ в СЭП является одним из перспективных направлений в решении проблемы пуска автомобильных ДВС. Поэтому теоретическое и экспериментальное исследование СЭП с НЭ, а такте разработка методики их расчета и сравнительной оценки с СЭП с АБ является весьма актуальной задачей, решение которой будет способствовать внедрению и развитию таких систем.
Диссертационная работа выполнялась в рамках хозяйственных договоров между МАМИ и НПО "Автоэлектрсника".
целью работы является исследование возможности и целесообразности, применения НЭ в системах пуска ДВС, а также разработка методики определения параметров СЭП с НЭ для автомобильных ДЕС
и ее сравнительной оценки с традиционной СЭП с АБ.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведен анализ возможности применения НЭ в СЭП, подтвержденный результатами пусковых испытаний ЛВС при отрицательных температурах;
на основе анализа требований отраслевого стандарта к пусковым качествам и системам пуска ЛВС разработаны рекомендации по применению СЭП с НЭ на ДВС;
разработана методика- определения основных параметров СЭП
с НЭ, необходимых_для обеспечения пуска ДВС в различных условиях;
изучены особенности динамики и энергетики, а также влияния различных факторов на процесс прокручивания коленчатого вала ДЕС при питании электростартера от НЭ с целью оценки достоверности и обоснованности разработанной методики расчета параметров СЭП с НЭ;
аналитически исследован КПД и предложены формулы для расчета КПД СЭП с НЭ;
разработана методика и программа расчета на ПЭВМ параметров НЭ и АБ для СЭП с.НЭ и даны рекомендации по целесообразности применения СЭП с НЭ на автомобильных ДВС-
разработана методика и программа на ПЭВМ сравнительного анализа СЭП с НЭ с СЭП с АБ.
Методы исследования. Исследование возможности применения НЭ в СЭП осуществлено путем теоретического анализа пусковых качеств ДВС, динамики и энергетики процесса пуска и подтверждено результатами пусковых испытаний автомобильного двигателя ВАЗ-21073 при различных температурах. Возможность повышения КПД СЭП с НЭ установлена аналитически. Методика расчета и сравнительного анализа параметров СЭП с АБ и СЭП с НЭ разработана аналитическим путем и обоснована результатами экспериментальных исследований.
На защиту выносятся следующие результаты и положения: 1. Зависимости основных параметров СЭП с НЭ от времени и угла поворота коленчатого вала, позволяющие определить требуемые энергию, емкость и внутреннее сопротивление НЭ для СЭП автомобильного двигателя при нагружении стартерного электродвига-
_ «э _
теля (СЭ) постоянным статическим моментом сопротивления и беа учета неравномерности вращения и индуктивности стартерной цепи.
-
Результаты исследования возможности повышения КПД СЭП с НЭ. которые заключаются в аналитическом определении КПД и выдаче рекомендация по ei'o повышению.
-
Методика и программа расчета на ЭВМ СЭП с НЭ и сравнительной оценки с традиционной СЭП с АБ при использовании выпускаемых промьпшенностью электростартеров.
-
Результаты исследований влияния различных параметров на технико-экономические показатели СЭП с НЭ и оценка целесообразности её применения для пуска ЛВС.
Научная новизна:
разработаны аналитические выражения для расчета основных характеристик и параметров СЭП с НЭ;
разработана методика подбора СЭП с НЭ, которая позволяет определить основные характеристики и параметры системы пуска, при которых будет обеспечен пуск ЛВС со штатными СЭ в заданных условиях пуска;
предложена методика сравнительного анализа параметров СЭП с НЭ и СЭП с ЛБ при условии, что в обеих системах пуска применяется один и тот же расчетный электростартер, которая позволяет оценить целесообразность применения для пуска ЛВС СЭП с НЭ;
. - разработана методика расчета КПД СЭП с ГО при осуществлении нескольких, попыток пуска ЛВС с учетом режимов работы электростартера по кратности рабочего тока и относительной длительности разряда на электростартер;
- установлено, что увеличение расчетного числа попыток
пуска ЛВС СЭП с ГО при том же заданном времени nycKaj увеличе
ние уровня зарядного напряжения НЭ, увеличение удельной энергии
НЭ, уменьшение внутреннего сопротивления НЭ позволяет уменьшить
емкость, габаритные размеры, массу и стоимость как НЭ, так и
СЭП с НЭ в целом.
Практическая ценность. Экспериментальные исследования ЛВС
ВАЗ-21073 в холодильной камере доказали достаточную надежность
его пуска высоковольтной СЭП с НЭ при нормируемых ОСТ
37.001.052-87 предельных температурах.
і I
Разработанная методика подбора СЭП с НЭ позволяет на стадии проектирования СЭП определять параметры НЭ, ' рассчитывать основные технико-экономические показатели системы, а также проводить сравнительный анализ СЭП с НЭ и СЭП с АБ.
Практическал ценность диссертации заключается в созданном программном обеспечении разработанной методики, внедрение которой позволяет существенно упростить проектирование СЭП с НЭ и сократить время на подготовку испытании СЭП с НЭ в холодильных камерах.
, Разработанные рекомендации по выбору НЭ применимы не только для вновь проектируемых СЭП ЛВС, но и для уяв находящихся в эксплуатации.
Реализация результатов исследований. Результаты выполненных исследований внедрены в НПО "Автоэлектроника ". НПО НАТИ и в Серпуховском высшем военном командно-инженерном училище (СВВКИУ), что подтверждено актами о внедрении. ' Экономический эффект от внедрения результатов работы в 1991г. составляет 54 тыс. рублей в год.
Апробация работы. Основные результаты исследований и содержание диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической и научно-методической конференции, посвященной 50-летию МАШ (Москва. МАШ. 1989). научно-технической конференции МАМИ-АЗЛК. посвященной 60-летию.АЗЛК (Москва, МАШ, 1991г.), межвузовских научных чтениях, посвященных 100-летию со дня рождения академика Б.С. Стечкина (Москва, МАЛИ. 1992г.), на международном научно-техническом семинаре "Электромеханические системы с компьютерным управлением на автотранспортных средствах и в их роботизированном производстве" (г.Суздаль, 1993г.).
! Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в С печатных работах и отражены в 4 научно-исследовательских отчетах.
Объем работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и пяти приложений. Содержит 241 страницу, в том числе 140 страниц машинного текста, 126 рисунков и графиков, 9 таблиц. Список использованных источников содержит 167 наименований.
