Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса, цели и задачи исследования 9
1.1. Основы синтеза конструкции большегрузных автомобилей на стадии проектирования 9
1.2. Требования к двигателям грузовых автомобилей 22
1.3. Роль испытаний автомобилей и двигателей в процессе их создания и модернизации 24
1.4. Анализ методов оценки качества автомобилей на стадии проектирования и модернизации 29
1.5. Постановка задач исследования 37
Глава II. Согласование характеристик двигателя и трансмиссии большегрузных автомобилей 40
2.1. Обобщенная схема процесса синтеза конструкции автомобильной техники 40
2.2. Разработка метода оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии автомобиля 43
2.3. Коэффициенты согласованности характеристик двигателя и трансмиссии автомобиля 48
2.4. Выбор основных параметров объектов исследования 50
2.5. Согласование характеристик двигателя и трансмиссии объекта исследования 54
2.5.1. Объекты исследования 54
2.5.2. Результаты тягово-динамического расчета автомобиля 55
2.6. Выводы по главе II 64
Глава III. Опытное определение параметров экологической безопасности дизельного двигателя V64H 12,0/13,0 67
3.1. Объект исследования 67
3.2. Опытный стенд. Программа испытаний 68
3.3. Результаты испытаний двигателя V64H 12,0/13,0 70
3.4.Выводы по главе III 74
Глава IV. Дорожные испытания автомобиля КАМАЗ-65115 с различными вариантами силовых агрегатов 75
4.1. Объекты исследования. Условия проведения испытаний 75
4.2. Результаты дорожных испытаний. Сравнение с результатами расчетов 77
4.3. Оценка согласованности характеристик двигателя и трансмиссии по результатам дорожных испытаний 85
4.4. Выводы по главе IV 87
Глава V. Прогнозирование экономической эффективности и разработка метода оценки качества грузовых автомобилей на стадии проектирования и модернизации 90
5.1. Прогнозирование экономической эффективности грузовых автомобилей на этапе проектирования и модернизации 90
5.2. Разностный метод оценки качества автомобильной техники 94
5.3. Выводы по главе V 109
Основные результаты и выводы по
Библиографичесьсий список использованной
Литературы 113
Приложение
- Требования к двигателям грузовых автомобилей
- Разработка метода оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии автомобиля
- Опытный стенд. Программа испытаний
- Результаты дорожных испытаний. Сравнение с результатами расчетов
Введение к работе
Актуальность темы. Автомобильный транспорт интегрирует в себе большое количество других отраслей и от его совершенства зависит эффективность и потребность в этих отраслях. Так большегрузные автомобили и, в частности автомобили КАМАЗ, насчитывают более 20 тысяч входящих в него комплектующих изделий, значительная часть которых является продукцией других «смежных» предприятий.
При определении совместимости комплектующих в составе транспортного средства (ТС) возникает необходимость в проведении дорогостоящих и длительных по времени испытаний, спектр которых достаточно широк.
Принятие ошибочных решений на стадии проектирования и доводки может привести к созданию и запуску в производство заведомо неконкурентоспособных изделий.
Следует подчеркнуть многообразие зачастую противоречивых требований, предъявляемых к современным ТС, среди которых на передний план выступают экономичность и экологическая безопасность во всем диапазоне эксплуатационных режимов и на всех этапах жизненного цикла ТС.
Производство современного конкурентоспособного автомобиля подразумевает адаптацию таких крупных комплектующих элементов как, двигатель, коробка передач и др. (синтез конструкции третьего уровня сложности). Причем, производители указанных комплектующих, как правило, разные фирмы.
Для снижения материальных и временных затрат при разработке новых автомобилей и их модификаций необходимо создание эффективных методов оценки технико-экономических показателей ТС уже на стадии их проектирования или модернизации. Подобные методы должны обладать высокой степенью достоверности конечных результатов. Последнее возможно, в частности, за счет использования результатов испытаний конкретных механизмов, узлов, систем и ТС в целом.
Таким образом, совершенствование эксплуатационных свойств большегрузных автомобилей в комплектации с различными силовыми агрегатами, разработка методов их оценки и методов оценки экономичности и качества ТС является актуальным.
Цель работы. Совершенствование эксплуатационных свойств большегрузных автомобилей в комплектации с различными силовыми агрегатами, создание метода оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии и метода оценки экономической эффективности и качества ТС в целом на стадиях проектирования и модернизации.
Методы и объекты исследования. В работе использовано сочетание теоретических и экспериментальных методов исследования. Теоретические методы применялись при тягово-динамическом расчете автомобилей с различными вариантами силовых агрегатов, а также при оценке их экономической эффективности и качества. Экспериментальная часть работы включает как стендовые испытания двигателей, так и дорожные испытания автомобилей в целом. Объекты исследования: большегрузные автомобили, оборудованные дизельными двигателями и различными вариантами коробок передач.
Научная новизна работы:
- усовершенствован и доработан метод оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии, основанный на результатах регистрации и статистической обработке конечного числа параметров, получаемых в ходе дорожных испытаний ТС;
- введены понятия коэффициентов согласованности по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя позволяющих оценивать согласованность характеристик двигателя и трансмиссии с точки зрения обеспечения максимальной экономичности ТС во всем диапазоне эксплуатационных режимов;
- впервые в практике отечественного автомобилестроения установлены закономерности регулирования топливоподачи дизельного двигателя V6ЧН 12,0/13,0 с альтернативной системой питания типа «Common Rail»;
- определены значения удельных и относительных параметров двигателя и трансмиссии большегрузных автомобилей, учитывающих условия эксплуатации и назначение;
- с целью подтверждения возможности применения метода оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии проведены дорожные испытания большегрузных автомобилей в комплектации с различными силовыми агрегатами; выполнено обобщение результатов испытаний и проведен их сравнительный анализ;
- разработан метод оценки качества большегрузных автомобилей на стадиях проектирования и модернизации, основанный на сравнении технико-экономических показателей проектируемого (модернизируемого) автомобиля и «идеального» автомобиля, подтверждена возможность применения данного метода.
Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования обеспечивалась корректным применением высокоточных средств измерения, основных положений теории автомобиля и законов механики, многочисленностью и повторяемостью результатов исследований, а также согласованностью результатов экспериментов с результатами расчетов.
Практическая ценность. Внедрение в практику результатов работы позволит уменьшить степень риска при принятии решения о возможности серийного производства автомобилей уже на стадии синтеза их конструкции, снизить трудоемкость и временные затраты на данном этапе жизненного цикла автомобиля.
Реализация результатов работы. Разработанные теоретические положения диссертационной работы внедрены в практику работы в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», а также в учебном процессе при подготовке дипломированных инженеров в Камской государственной инженерно-экономической академии по специальностям «Автомобиле- и тракторостроение» и «Двигатели внутреннего сгорания».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: "Проблемы и достижения автотранспортного комплекса" (Екатеринбург, 2006), "Проблемы и перспективы автомобилестроения в России" (Ижевск, 2007), "Туполевские чтения" (Казань, 2009). Основные результаты диссертационного исследования периодически докладывались на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания" (цикл «Автомобиле- и тракторостроение») Камской государственной инженерно-экономической академии.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 15 печатных работах, из них 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 6 работах в материалах и трудах конференций и других изданиях.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 129 страницах машинописного текста и содержит 44 рисунка и 21 таблицу, состоит из введения, 5 глав основного текста, заключения, списка литературы из 136 наименований и приложения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Метод оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии большегрузных автомобилей;
2. Параметры согласованности характеристик двигателя и трансмиссии большегрузных автомобилей (введено понятие коэффициентов согласованности по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала);
3. Удельные и относительные параметры двигателя и трансмиссии большегрузных автомобилей, их значения, определенные с учетом условий эксплуатации и назначения ТС;
4. Закономерности регулирования топливоподачей дизельного двигателя большегрузного автомобиля с системой питания «Common Rail» по углу предварительного впрыска топлива
5. Основные количественные показатели эксплуатационных свойств большегрузных автомобилей (КАМАЗ-65115) по результатам дорожных испытаний;
6. Разностный метод оценки качества большегрузных автомобилей на стадиях проектирования и модернизации.
Требования к двигателям грузовых автомобилей
Выше говорилось о необходимости согласования характеристик трансмиссии автомобиля и двигателя, расчетных и экспериментальных методах согласования. Однако, на современном этапе к двигателям, в том числе дизельным, устанавливаемым на большегрузные автомобили, предъявляются достаточно жесткие требования по эмиссии вредных веществ с отработавшими газами (ОГ), шумности, расходу топлива, а также требования по надежности, периодичности и трудоемкости обслуживания и т.д.
Выполнение вышеуказанных требований, наряду с рядом конструктивных факторов, невозможно без применения эффективной топливной аппаратуры, которая обеспечивала бы высокое давление впрыска (350 - 2000 бар) и исключительно точное дозирование топлива. Это связано с тем, что регулирование мощности и частоты вращения в дизельных двигателях осуществляется изменением величины подачи топлива при отсутствии дросселирования подачи воздуха.
Существует достаточно много типов систем подачи топлива дизельных двигателей [27], [30], [89], [132]. Однако выполнение всех современных требований невозможно без применения систем с электронным управлением подачей топлива.
На сегодняшний день всё большее распространение получают аккумуляторные топливные системы «Common Rail». В данной системе процессы создания высокого давления и впрыска разделены. Давление впрыска создается независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества впрыскиваемого топлива, оно сохраняется в топливном аккумуляторе, и система, таким образом, всегда готова к совершению процесса впрыска. Начало подачи (угол опережения впрыска) и количество впрыскиваемого топлива (цикловая подача) рассчитываются в электронном блоке управления и через форсунку реализуются в каждом цилиндре посредством подачи пускового сигнала на электромагнитный клапан. Такое сочетание форсунки и постоянно готового к действию аккумулятора позволяет устанавливать оптимальную характеристику впрыска.
Топливная система «Common Rail» имеет следующие достоинства: высокое давление впрыска (до 200 МПа), переменный угол опережения впрыскивания, возможность формирования процесса двухфазного и многофазного впрыска, соответствие давления впрыска скоростному и нагрузочному режимам.
Современные топливные системы, оснащенные электронным блоком управления (ЭБУ), позволяют «настраивать» двигатели в достаточно широких диапазонах и получать различные варианты двигателей по мощности, величине максимального крутящего момента, их изменению в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, не изменяя их конструктивных параметров, таких как диаметр цилиндра и ход поршня. Но, с точки зрения показателей тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля наиболее важным является согласованность характеристик двигателя с характеристиками трансмиссии (значения передаточных чисел коробок передач).
Все вышесказанное еще раз показывает, что вопрос согласования характеристик двигателя и трансмиссии автомобиля, на современном этапе развития техники, является не просто инженерной, но и научной задачей.
Следует отметить, что в отечественном дизелестроении опыт применения систем топливопитания типа «Common Rail» практически отсутствует, как и основные количественные и качественные параметры работы подобных систем (цикловые подачи топлива на различных стадиях впрыска, углы опережения впрыска и их зависимость от режимов работы двигателя, данные по эмиссии вредных веществ и т.д.). Значит, данный вопрос требует отдельного исследования.
Автомобиль обладает всеми основными признаками произвольной сложной технической системы: многообразие выполняемых функций; сложный и разветвленный характер взаимодействий между элементами; сложный разветвленный характер системы управления; зависимость характеристик системы от взаимодействия с внешней средой; наличие тенденции временного ухудшения характеристик и т.д. [71].
Перспективным направлением синтеза сложных технических систем можно считать использование унифицированных узлов и деталей (двигатели, коробки передач, элементы ходовой части автомобиля и т.д.).
В общем случае процесс создания автотранспортного средства включает в себя ряд этапов [10]: разработку технического задания, эскизное и техническое проектирование, изготовление макетных и опытных образцов, серийное производство. Каждый из этих этапов предполагает проведение тех или иных испытаний изделия, отдельных узлов, систем и т.д.
На этапе разработки технического задания выполняется комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Испытания, проводимые на данном этапе, связаны с изучением рабочих процессов автомобиля и его агрегатов, проверкой правильности теоретических разработок, оценкой эффективности новых конструктивных решений, соответствия автомобиля каким-либо специфическим требованиям.
Особая роль отводится эксплуатационным испытаниям. Программа и методика обработки результатов испытаний могут быть составлены при проведении научно-исследовательских испытаний. В этом случае выявляются определённые закономерности, справедливые для определённой категории транспортных средств, т.е. с привлечением положений теории подобия. Эксплуатационные испытания проводят в период серийного производства, а в некоторых случаях при изготовлении установочной партии. Данный вид испытаний проводят в реальных условиях эксплуатации. Испытания заключаются в анализе работы выделенной партии или отдельных автомобилей. В процессе эксплуатации этих автомобилей анализируют интегральные параметры, принимают решение о необходимых доработках.
Для оценки качества изделий проводят квалификационные и сертификационные испытания. В процессе проведения этих испытания анализируют эргономические свойства подвижного состава, усилия с которыми водитель воздействует на органы управления, обзорность. Оценивают также устойчивость, управляемость автомобилей и безопасность их движения в различных климатических и дорожных условиях, степень удобства заправки и обслуживания подвижного состава. При сертификационных испытаниях определяют соответствие разработанного изделия международным нормам.
Основные виды испытаний автомобилей можно отнести к лабораторным и лабораторно-дорожным испытаниям [10], [55]. При лабораторных испытаниях устанавливают размерные характеристики и массу автомобиля. С помощью линейного и углового инструмента определяют габаритные размеры автомобиля, геометрические параметры, характеризующие проходимость автомобиля, рабочее место водителя или удобство размещения пассажиров, размеры грузового или багажного отделения. А при лабораторно-дорожных испытаниях - характеристики, оценивающие его как подвижное транспортное средство.
Скоростные свойства автомобиля, по результатам лабораторно-дорожных испытаний, оценивают следующими характеристиками и параметрами [10]: скоростной характеристикой «разгон-выбег»; скоростными характеристиками разгона на высшей и предшествующих передачах; скоростной характеристикой движения по дороге с переменным продольным профилем; максимальной скоростью; условной максимальной скоростью; временем разгона на пути 400 и 1000 метров и до заданной скорости. Топливную экономичность автомобилей оценивают по топливной характеристике установившегося движения, контрольным расходам топлива, расходу его в ездовом цикле и топливной характеристике при движении по дороге с переменным продольным профилем [10].
Разработка метода оценки согласованности характеристик двигателя и трансмиссии автомобиля
На основе выполненного обзора различных способов согласования характеристик двигателя и трансмиссии, можно придти к выводу, что на этапе модернизации автомобильной техники с целью улучшения эксплуатационных свойств высокоэффективным инструментом является экспериментальный метод. При этом он должен быть лишен отмеченных выше недостатков.
Как уже было сказано в главе I, для применения метода описанного в [13] необходимо специальное испытательное оборудование. Отказаться от использования указанного оборудования можно воспользовавшись возможностями современных электронных систем управления двигателем (ЭСУД), обрабатывающих с помощью загруженных в их память программ, сигналы от различных датчиков и систем и вырабатывающих коды команд. Коммутация ЭБУ и различных датчиков и исполнительных механизмов осуществляется посредством CAN — шины. С помощью специального адаптера к этой шине можно подключить компьютер (ноутбук) и, используя, программное обеспечение, получить доступ к массивам данных.
В качестве основных переменных, аналогично методу, описанному в [13] используются: частота вращения коленчатого вала двигателя; скорость движения ТС; мгновенный и суммарный расход топлива; мгновенный крутящий момент двигателя; текущее и суммарное время движения; положение педали управления подачей топлива; частота вращения ведущих колес.
Отношение частот вращения коленчатого вала двигателя nj и ведущих колес автомобиля «2 позволяет определить передаточное отношение используемой ступени трансмиссии iK = ni/(n2 Uo). Индекс «к» является номером включенной передачи и изменяется от 1 до N, где N — количество ступеней трансмиссии; U0 — передаточное отношение главной передачи ведущего моста. Значение U0 является постоянным, следовательно, из анализа данную величину можно исключить, зафиксировав его значение. В процессе обработки каждого из фрагментов записи процесса движения автомобиля с заданным передаточным отношением ік вычисляются: время движения на этой передаче, сек; средний расход топлива GK, кг/ч; средняя скорость движения VK, км/ч; количество израсходованного топлива QK, кг; пройденный путь SK, м.
Аналогичным образом вычисляются указанные параметры и для остальных ступеней коробки передач. Далее проводится расчет количества включений каждой из передач и вычисление дифференциальных (применительно к каждой передаче) величин: суммарного времени движения на заданной передаче Тк, сек; математического ожидания GK и среднеквадратического отклонения стдк часового расхода топлива; математического ожидания VK и среднеквадратического отклонения Стук скорости движения; математического ожидания пк и среднеквадратического отклонения стпк частоты вращения коленчатого вала двигателя; количество топлива QK (кг), пройденный путь SK (м) и путевой расход топлива (л/100 км).
Таким образом определяются диапазоны работы двигателя по частоте вращения коленчатого вала от пк - апк до пк + стпк и по нагрузке от GK - стдк до GK + судк для каждой используемой ступени коробки передач. С помощью серии нагрузочных характеристик двигателя, после пересчета величин часового расхода топлива GK в величину среднего эффективного давления Рск (кг/см ), указанные диапазоны отображаются на универсальной характеристике двигателя и представляют из себя, в общем случае, неправильные четырехугольники, ограниченные сверху и снизу наклонными линиями, слева и справа -минимальной и максимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя. Точка с координатами (пк, Рек) определяет центр четырехугольника. Диапазоны работы двигателя применительно к тем передачам, время использования которых не превышает 1...2%, не рассматриваются.
Количество израсходованного топлива на каждой из используемых ступеней трансмиссии, путь, пройденный на каждой из передач и затраченное при этом время, отнесенные к суммарным показателям на всем маршруте, позволяют определить относительные показатели (в процентах).
При наличии многопараметровой характеристики двигателя, представленной в координатах частота вращения коленчатого вала - крутящий момент двигателя с помощью часового расхода топлива и известных соотношений теории двигателя рассчитывается крутящий момент двигателя. Определение диапазонов работы двигателя применительно к отдельным ступеням коробки передач (КП) и их совмещение с многопараметровой характеристикой выполняется аналогично предыдущему.
Для обработки экспериментальных данных, получаемых в процессе движения ТС по заданному маршруту, разработаны алгоритм и программа автоматизированной в среде VBA обработки данных. Поле рабочих характеристик двигателя по частоте вращения и нагрузке разбивается на прямоугольники сеткой, образованной горизонтальными и вертикальными линиями, проведенными через каждые 50 Нм по оси ординат и через каждые 50 мин"1 -по оси абсцисс. Пересечение горизонтальных и вертикальных линий формирует ячейку, ограниченную по частоте вращения коленчатого вала от п, до ni+i и по нагрузке от М, до M;+i.
Время, в течение которого параметры двигателя автомобиля одновременно не выходят за пределы данной ячейки, определяется в соответствии со схемой (рис. 2.2). Первый интервал времени Atj находится как пересечение отрезков 0- ti и 02. Точка ti соответствует проекции точки 1 кривой II при изменении момента по линии В-1. Точка t2 соответствует проекции точки 2 кривой I при изменении частоты вращения по линии А-2.
Аналогично, интервал At2 определяется как пересечение отрезков t3s (соответствующих изменению момента от Mj до Mj+i в точках 3 и 5 кривой II) и t46 (характеризующих изменение частоты вращения от п, до пі+і в точках 4 и 6 кривой I). Суммированием этих интервалов Atj+ At!+...+ Atn находится искомое время.
Опытный стенд. Программа испытаний
Испытания двигателя модели 570.61-280 (см. табл.3.1) размерности V64H 12,0/13,0 производства ОАО «КАМАЗ» проводились с целью исследования токсичности и дымности отработавших газов, согласно ГОСТ Р 41.24-2003 (Правила ЕЭК ООН № 24-03), ГОСТ Р 41.49-2003 (Правила ЕЭК ООН № 49(1 )-04). При этом фиксировались регулировочные параметры топливной аппаратуры и уточнялась внешняя скоростная характеристика [25]. Испытательный стенд (рис. 3.1) укомплектован индукторной тормозной установкой модели ЕД-68, расходомером топлива модели РТ-2А фирмы «Мотортест» (Болгария) и другими измерительными приборами в соответствии с требованиями ГОСТ 14846-81, ГОСТ Р 41.24-2003 (Правила ЕЭК ООН № 24-03), ГОСТ Р 41.49-2003 (Правила ЕЭК ООН № 49(1)-04).
Для измерения концентрации газообразных вредных веществ в отработавших газах, в том числе, оксидов азота (NOx), суммарных углеводородов (СН), оксида углерода (СО) стенд оснащен газоанализатором модели АМА 2000 фирмы «Pierburg» (Германия); для измерения выбросов частиц (РТ) микротоннелем модели SPC - 472 фирмы «AVL» (Австрия).
Дополнительно стенд оснащен: для измерения дымности - автоматическим дымомером фирмы «Hartridge» (измерения в процентах коэффициента ослабления светового потока). Метрологические характеристики средств измерения обеспечивали требуемую погрешность. Двигатель испытывался без вентилятора, компрессора и насоса гидроусилителя руля. Расчет удельных значений вредных веществ в отработавших газах производился по 13-ти ступенчатому циклу с учетом с учетом мощности потребляемой вентилятором: - при п= 1180 мин"1 NB = 2 кВт; - при п=1450 мин"1 NB = 3,2 кВт; -при п=1730 мин 1 NB= 5,2 кВт. Испытания проводились на дизельном топливе марки "Лукойл EN-590" с содержанием серы 21 ч.н.м. и плотностью 0,830 г/см3 при температуре 15 С. В системе смазки использовалось масло марки "Лукойл Супер" (SAE 15W-40, API CF-4/SG) по ТУ 0253-075-00148636. В качестве охлаждающей жидкости применялась вода. Испытания проводились при следующих атмосферных условиях: - давление В0= 99,6... 100,4 кПа; - температура Т0 = 20...26С; - относительная влажность \j/ = 32...37%. Результаты параметрических испытаний приведены на рис.3.2 в виде внешней скоростной характеристики и в таблицах 3.2-3.4. Параметры регулировок топливной аппаратуры можно установить, «спроецировав» значения цикловой подачи топлива при работе ДВС по скоростной характеристике на массив параметров топливной аппаратуры: - Чц = і і(фп..в.); -qu=f2( Po.B.); -Чц=ґз(Рвп.); -qu=f5(n).
Выше обозначено: qu - цикловая подача топлива, мг/цикл; ф„..в, р0.в - соответственно углы предварительного и основного впрыска топлива (двухста-дийный впрыск); Рвп, твп.- соответственно давление и время впрыска.
При испытаниях цикловая подача и давление впрыска не зависили друг от друга и предполагали все возможные эксплуатационные режимы работы двигателя. Результаты стендовых испытаний топливной аппаратуры (насос-форсунка-распылитель) приведены в Приложении.
На рис.3.3, 3.4 и 3.5 показано изменение основных регулировок для двигателя V64H 12,0/13,0 мощностью 280 л.с. при п=1900 мин"1 при работе по по требной (расчетной) внешней скоростной характеристике (ВСХ), протекание которой обеспечивалось изменением qu по п.
Подобный характер изменения основных параметров топливоподачи (регулирования) наблюдается и для двигателя той же размерности, но мощностью 300л.с. Законы изменения фп..п.=ґб (п) совпадают для обоих вариантов. Повышенные значения qn обеспечивались другими значениями угла ф0.в и давления Рвп. /16,26/. GT.KIYM 60., 20 J GB.Kr/ч 1200., По результатам стендовых испытаний дизельного двигателя КАМАЗ-570.61-280 можно сделать следующие выводы: - эффективная мощность дизельного двигателя КАМАЗ-570.61-280 составила 280 л.с.(206кВт) при частоте вращения коленчатого вала п=1900мин"1, т.е. равна 8-ми цилиндровому аналогу (КАМАЗ-740.62-280) при том же значе нии частоты вращения; - литровая мощность дизельного двигателя КАМАЗ-570.61-280 составила 31,75 л.с./л (23,34 кВт/л) на номинальном режиме работы по внешней скоро стной характеристики (п= 1900 мин" ) , т.е. в 1,34 раза больше по сравнению с аналогом; - коэффициент приспособляемости Км=1,14 при значении скоростного коэффициента Кс-0,68; подобные значения с учетом значения литровой мощности можно считать вполне приемлемыми для современных дизельных двигателей автомобилей-самосвалов данной категории; - двигатель V64H 12,0/13,0 удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 41.24-2003 (Правила ЕЭК ООН №24-03) и ГОСТ Р 41.49-2003 (Правила ЕЭК ООН № 49(1 )-04) по показателям токсичности и дымности вредных веществ; - получены характеристики предварительного и основного процесса впрыскивания топлива для двигателей, оснащённых системой «Common Rail»: изменение угла предварительного впрыска линейное по частоте вращения коленчатого вала: фПр = а + Ь п, где а= - 1,99; Ь=0,006; данные значения получены и для двигателя мощностью 300 л.с; - законы изменения угла основного впрыска и давления в «рейлах» можно представить серией «гармонических» прямых; последнее позволяет упростить систему управления (математику) и получить нелинейные интегральные характеристики двигателя.
Результаты дорожных испытаний. Сравнение с результатами расчетов
С целью проверки и подтверждения результатов расчетных исследований тягово-скоростных свойств и показателей топливной экономичности были проведены сравнительные испытания автомобилей КАМАЗ-65115, оснащенных двигателями КАМАЗ-570.61-280 (V-6), КАМАЗ-740.62-280 (V-8) и Cummins ISBe285 [16, 128].
Первый образец - автомобиль-самосвал КАМАЗ-65115 полной массой 25200 кг, оборудованный двигателем КАМАЗ-740.62-280 номинальной мощностью 280 л.с. при 1900 мин" и максимальным крутящим моментом 1200 Нм при 1300 мин"1. Коробка передач КАМАЗ модели 154. Передаточное отношение главной передачи - 4.98. Автомобиль оборудован шинами «КАМА-310» размерности 11.00 R20.
Второй образец - автомобиль-самосвал КАМАЗ-65115 полной массой 25200 кг, оборудованный двигателем КАМАЗ-570.61-280 номинальной мощностью 280 л.с. при 1900 мин" и максимальным крутящим моментом 1200 Нм при 1300 мин"1. Коробка передач КАМАЗ модели 154. Передаточное отношение главной передачи - 4.98. Автомобиль оборудован шинами «КАМА-310» размерности 11.00 R20.
Третий образец - автомобиль-самосвал КАМАЗ-65115 полной массой 25200 кг, оборудованный двигателем Cummins ISBe 285 номинальной мощностью 285 л.с. при 2500 мин" и максимальным крутящим моментом 970 Нм при 1500 мин"1. Коробка передач ZF 9S109. Передаточное отношение главной передачи - 6,53. Автомобиль оборудован шинами «КАМА-310» размерности 11.00R20.
Испытания по определению показателей скоростных свойств проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 22576-90 [1], топливной экономичности - ГОСТ 20306-90 [2].
Испытания по определению показателей скоростных свойств и топливной экономичности, а также испытания в режиме имитации городского движения (ИГД) проводились на ровном участке дороги длиной 3200 м, расположенном в Азнакаевском районе республики Татарстан, аттестованном для проведения данных видов испытаний. Схема маршрута представлена на рис. 4.1.
Для непрерывной записи параметров двигателей и автомобилей в процессе эксплуатационных испытаний использовались регистратор данных «MULTIDATA» и оборудование для связи с CAN-шиной «CANoe».
Статистическая обработка результатов эксплуатационных испытаний проводилась с использованием предложенного в главе II метода.
Результаты испытаний по определению показателей скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля КАМАЗ-65115 в комплектации с различными силовыми агрегатами приведены в таблицах 4.1 и 4.2.
Дорожные испытания показали: Автомобиль КАМАЗ-65П5, оснащенный двигателем Cummins ISBe 285 в диапазоне скоростей 70-90 км/ч обладает максимальным расходом топлива. Минимальный расход топлива автомобилю КАМАЗ-65115 обеспечивает двигатель КАМАЗ-570.61-280. В режиме имитации городского движения автомобиль, оснащенный двигателем Cummins ISBe 285, обеспечивает минимальный расход топлива, но данный автомобиль имеет наименьшую среднюю скорость, среди сравниваемых автомобилей. Наибольшую среднюю скорость в режиме имитации городского движения обеспечивает автомобиль с двигателем КАМАЗ-740.62-280.
На маршруте «ТЭЦ — г. Мензелинск - ТЭЦ» различной протяженности наибольшую среднюю скорость обеспечивают автомобили оснащенные двигателями КАМАЗ-570.61-280 и Cummins ISBe285, но при этом двигатель Cummins ISBe285 обеспечивает меньший средний расход топлива.
В таблице 4.3. и 4.4 приведено сравнение результатов испытаний автомобилей КАМАЗ-65115 с двигателями КАМАЗ-570.61-280 (V-6) и КАМАЗ-740.62-280 (V-8) с результатами расчетных исследований. На основе анализа результатов исследований режимов работы двигателей автомобилей на маршруте №3 «ТЭЦ - г. Мензелинск - ТЭЦ», протяженностью 42 км, представленных на рис. 4.3-4.11, установлено что, применение двигателя КАМАЗ-570.61-280 в конструкции автомобиля КАМАЗ-65115 обеспечивает движение автомобиля на более высоких ступенях коробки передач (или на тех же передачах, но большее время), по сравнению с автомобилем, оборудованным двигателем КАМАЗ-740.62-280 за счёт большего значения эффективного крутящего момента и согласованности характеристик двигателя с трансмиссией (коробкой передач). В тоже время на диаграммах видно, что двигатель Cummins ISB 285 работает в зоне неоптимальных частот вращения, из-за чего автомобиль, оснащенный этим двигателем, в диапазоне скоростей 70-90 км/ч имеет максимальный расход топлива среди сравниваемых автомобилей.
В параграфе 2.2. был введен ряд коэффициентов, по значениям которых предлагается оценивать согласованность параметров двигателя и трансмиссии автомобиля. С целью подтверждения возможности использования указанных коэффициентов на практике были определены значения данных коэффициентов для автомобилей КАМАЗ-65115 в комплектации с различными силовыми агрегатами (Таблица 4.5). При этом использовались результаты расчетов и эксплуатационных испытаний (соответственно линии 1-1 и 2-2 на рис. 4.3, 4.6, 4.9).
