Введение к работе
Актуальность работы.
Снижение уровня загрязнения воздушной среды – одна из важнейших проблем современных городов и промышленных центров, требующая неотложного решения. Наряду с этой задачей, другим важным аспектом является проблема ограничения мировых запасов нефти и природного газа, потребление которых возрастает с каждым годом и непосредственно связано с непрерывным ростом цен на углеводородное топливо.
В настоящее время автомобильный транспорт является главным потребителем основных нефтепродуктов, на долю которого приходится около 90% бензина и 50% дизельного топлива. Проблема усугубляется тем, что, несмотря на повышение цен на углеводородное топливо, потребность в автомобильных поездках и перевозках продолжает увеличиваться - таковы закономерности экономического и социального развития общества. Тенденции роста энергопотребления автомобильным транспортом таковы, что, по данным различных исследований, при сохранении такого темпа к концу XXI века автомобильный транспорт будет потреблять в 20 раз больше энергоресурсов, чем на сегодняшний день. Учитывая тот факт, что в настоящее время на проведение транспортной работы затрачивается до 35% всех энергозатрат общественного производства, очевидно, что это может привести к энергетической катастрофе.
Коэффициент полезного действия (КПД) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в среднем составляет около 30%, а в условиях интенсивного городского движения данный показатель еще меньше. Низкий КПД и отсутствие перспектив его повышения, невозможность сбережения энергии, выделяемой транспортным средством (ТС) при торможении, делает традиционное применение двигателей внутреннего сгорания малоперспективным. Однако при всех недостатках традиционного ДВС найти ему полноценную замену до сих пор не представляется возможным. Таким образом, повышение топливной экономичности и экологической безопасности автотранспортного комплекса, основу которого составляют ТС с двигателями внутреннего сгорания, является актуальной и первоочередной задачей на сегодняшний день.
Цель и основные задачи исследования
Целью настоящей работы является повышение показателей топливной экономичности и экологической безопасности городского микроавтобуса.
В рамках поставленной цели настоящей диссертационной работы решаются следующие задачи:
Разработка методики расчета и выбора основных параметров комбинированной энергетической установки (КЭУ) городского микроавтобуса, позволяющая определить энергетические параметры КЭУ для различных условий движения.
Разработка универсальной математической модели для тягово-энергетического расчета автомобиля с КЭУ при его движении в условном цикле, имитирующем разгон, движение с постоянной скоростью, торможение и стоянку.
Разработка оптимизированного алгоритма функционирования агрегатов КЭУ, направленного на повышение показателей топливной экономичности и экологической безопасности микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ и буферным источником мощности (БИМ).
Проведение экспериментальных исследований отдельных энергетических узлов КЭУ и микроавтобуса в целом с помощью мобильного измерительно-вычислительного комплекса «t-LAB» (МИВК) для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний.
Оценка топливных показателей городского микроавтобуса с КЭУ и величины предотвращенного экологического ущерба в случае его эксплуатации.
Методы исследований. При решении задач использованы современные математические методы, основные положения теории автомобиля, ДВС и автоматического управления. В качестве теоретической базы для проведения исследований использовались фундаментальные и прикладные труды ведущих отечественных и зарубежных ученых.
Научная новизна.
Разработана методика расчета и выбора основных параметров комбинированной энергетической установки городского микроавтобуса, позволяющая определить энергетические параметры КЭУ для различных условий движения.
Разработана универсальная математическая модель для тягово-энергетического расчета автомобиля с КЭУ при его движении в условном цикле, имитирующем разгон, движение с постоянной скоростью, торможение и стоянку.
Получены зависимости, позволяющие определить характеристики компонентов КЭУ близкие к оптимальным по условию повышения топливной экономичности и экологической безопасности.
С применением «Мобильного измерительно-вычислительного комплекса «t-LAB» (МИВК) для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний электротранспорта» проведены экспериментальные исследования характеристик микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ и дана оценка результатов расчетных исследований.
Разработанная методика анализа результатов испытаний, полученных с помощью МИВК, позволяет корректировать характеристики компонентов КЭУ и алгоритма их работы с целью оптимизации в реальных условиях движения.
На защиту выносятся:
Методика расчета и выбора основных параметров комбинированной энергетической установки городского микроавтобуса, позволяющая определить энергетические параметры КЭУ для различных условий движения.
Универсальная математическая модель для тягово-энергетического расчета автомобиля с КЭУ при его движении в условном цикле, имитирующем разгон, движение с постоянной скоростью, торможение и стоянку.
Алгоритм функционирования агрегатов КЭУ, направленный на повышение показателей топливной экономичности и экологической безопасности микроавтобуса ГАЗ-322132 с КЭУ и буферным источником мощности.
Метод экспериментальных исследований комбинированной энергоустановки микроавтобуса с помощью мобильного измерительно-вычислительного комплекса «t-LAB» (МИВК) для автоматизированных пуско-наладочных и тягово-энергетических испытаний.
Достоверность результатов обеспечивается:
- использованием современных математических методов;
- проведением экспериментальных исследований;
- сопоставлением и анализом результатов, полученных расчетным и опытным путем.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Результаты работы, в том числе методика расчета и выбора основных параметров комбинированной энергетической установки городского микроавтобуса, использованы в ФГУП НИИАЭ и ОАО «НПП «Квант», а также в учебном процессе в МАДИ.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
- 46-ом международном симпозиуме «Электроника и электрооборудование транспорта. Проблемы и пути решения», г.Суздаль, июнь 2008;
- научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ, г. Москва, 2008 – 2011 гг.
Публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах, в том числе три публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 105 наименований, приложения. Содержит 178 страниц текста, в том числе рисунки, графики и таблицы.
