Содержание к диссертации
Перечень сокращений и терминов 5
Введение 6
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Особенности работы автомобильных двигателей в режиме холостого
хода 10
1.2 Влияние состава топливовоздушной смеси на работу двигателя 19
1.3. Способы улучшения работы автомобильных двигателей в режиме
холостого хода и устройства для их осуществления 25
1.4 Системы автоматического управления работой двигателя
в режиме холостого хода 39
1.5 Обоснование проблемы и задачи исследования 41
2 Расчетно-теоретическое обоснование параметров рабочего процесса
карбюраторного двигателя в экспериментальном режиме холостого
хода 43
2.1 Способ управления потоком топливовоздушной смеси в карбюраторе
на режиме холостого хода автомобильного двигателя 43
2.2 Взаимосвязь конструктивных и гидродинамических параметров системы
холостого хода карбюратора с составом топливовоздушной
смеси 46
2.3 Влияние состава топливовоздушной смеси на параметры рабочего
процесса карбюраторного двигателя 51
ВЫВОДЫ 57
3 Алгоритмы функционирования и конструктивные варианты
исполнения системы автоматического управления потоком
топливовоздушной смеси на экспериментальном режиме холостого
хода карбюраторного двигателя 59
Система автоматического управления для безмоторных исследований .. 59
Система автоматического управления для моторных исследований 62
Система автоматического управления для исследований в
производственных условиях 67
ВЫВОДЫ 71
4 Программа и методика экспериментальных исследований 72
Программа исследований 72
Методика контрольных испытаний карбюратора и агрегатов системы зажигания автомобильного двигателя 73
Методика проведения эксплуатационных наблюдений за работой
автотранспортных средств в режиме холостого хода 76
4.4. Методика оценки пропускной способности выходного канала системы
холостого хода, перекрываемого электропневматическим клапаном 76
4.4.1 Объект и аппаратура для исследований 77
4.4.2 Методика экспериментальной оценки длительности и пауз
управляющих импульсов на пропускную способность выходного канала
СХХкарбюратора, перекрываемого электропневматическим клапаном 78
Методика экспериментального определения избытка воздуха 79
Методика обработки результатов четырёхфакторного эксперимента 83
Методика исследований показателей рабочего процесса карбюраторного двигателя при работе на типовом
и экспериментальном режимах холостого хода 85
Объект и аппаратура для исследований 85
Методика экспериментальной оценки показателей рабочего процесса двигателя при работе на экспериментальном режиме холостого хода 91
4.8 Методика исследований оценочных показателей работы
карбюраторного двигателя автомобиля на типовом и экспериментальном
режимах холостого хода 94
4.8.1 Объект аппаратура для исследований 95
4 4.8.2 Методика экспериментальной оценки показателей автомобиля при работе карбюраторного двигателя на экспериментальном режиме
холостого хода 97
4.8 Методика оценки погрешностей величин измерений 103
ВЫВОДЫ 105
5. Результаты экспериментальных исследований 107
Результаты хронометража времени работы автомобилей на режиме холостого хода 107
Экспериментальная оценка влияния параметров управляющих импульсов на пропускную способность электропневматического клапана карбюратора 108
Закономерности изменения коэффициента учитывающего длительность и паузу управляющего сигнала электропневматического клапана карбюратора от различных факторов 109
Результаты исследований показателей рабочего процесса двигателя
на типовом и экспериментальном режимах холостого хода 114
5.5 Результаты исследований оценочных показателей работы
карбюраторного двигателя на типовом и экспериментальном
режимах холостого хода 118
ВЫВОДЫ 122
6. Оценка экономической эффективности работы автомобиля,
оснащенного системой автоматического управления импульсной
подачей ТВС в карбюраторе на режиме холостого хода 124
ВЫВОДЫ 129
Общие выводы 130
Список использованной литературы 133
Приложение 147
5 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
АТС - автотранспортное средство
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
КШМ - кривошипно-шатунный механизм;
ЦІП -цилиндро-поршневая группа;
КПД - коэффициент полезного действия;
ВМТ - верхняя мертвая точка;
НМТ - нижняя мертвая точка;
ТСМ - топливные и смазочные материалы;
РХХ - режим холостого хода;
ТРХХ - типовой режим холостого хода;
ЭРХХ - экспериментальный режим холостого хода;
ИРК - измерительно-регистрирующий комплекс;
САУ - система автоматического управления;
ЭБУ - электронный блок управления;
ЭИМ - электромагнитный исполнительный механизм;
ТВС - топливовоздушная смесь;
ЭПХХ - экономайзер принудительного холостого хода;
СХХ - система холостого хода
с.-х. - сельскохозяйственный (ой, ое, ая);
к.в. - коленчатый вал
Типовой РХХ- безнагрузочный режим минимально устойчивой частоты
вращения коленчатого вала двигателя.
Экспериментальный PAT-режим последовательно чередующихся тактов
отключения и включения подачи топливовоздушной смеси
электропневматическим клапаном системы холостого хода карбюратора при
его импульсном управлении.
Введение к работе
Режим холостого хода (РХХ) является одним из самых неэкономичных режимов карбюраторного двигателя. Так, например, в условиях городского движения доля самостоятельного РХХ от полного времени работы автомобиля обычно составляет 15 - 30%, на что непроизводительно расходуется 15 - 25% топлива.
На РХХ состав топливовоздушной смеси должен быть близок к оптимальному составу. Однако на практике для устойчивой работы двигателя на малых частотах вращения коленчатого вала карбюратор регулируют на обогащенный состав ТВС, что приводит к повышенному расходу топлива и увеличению концентрации оксида углерода, альдегидов, бензапиренов и других вредных веществ, содержащихся в отработавших газах, а работа двигателя сопровождается интенсивными лаковыми и нагарными отложениями на деталях карбюратора и двигателя, повышенной скоростью загрязнения свечей зажигания [1-19].
Очевидность недостатков, присущих типовому безнагрузочному режиму, каковым является РХХ, показывает на необходимость разработки новых способов и средств для улучшения работы бензиновых карбюраторных двигателей на холостом ходу при остановках и стоянках автомобиля.
На кафедре «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика» ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» разработан способ, основанный на импульсной подаче ТВС через каналы системы холостого хода карбюратора типа К-151, оснащенного электропневматическим клапаном. Сущность способа заключается в переводе работы двигателя при остановках и стоянках автомобиля на автоматический режим периодически повторяющихся тактов включения и отключения подачи ТВС в области пониженных частот вращения коленчатого вала. При этом за счет импульсного управления штатным электропневматическим клапаном экономайзера принудительного холостого хода карбюратора осуществляется подача ТВС в цилиндры двигателя периодически повторяющимися циклами, что и составляет сущность экспериментального РХХ.
Циклически дозируемая подача ТВС приводит к тому, что за один и тот же промежуток времени (в сравнении с типовой подачей) происходит изменение
7 количества подаваемой ТВС через канал системы холостого хода карбюратора, перекрываемого штатным пневматическим клапаном, в то время как количество всасываемого воздуха (по отношению к ТВС) в задроссельное пространство через атмосферный штуцер электромагнитного клапана карбюратора увеличивается. Это сказывается на количественном и качественном составе ТВС. При этом диапазон обеднения ТВС расширяется с #=0,82.. .0,96 до «=0,82. ..1,1.
К достоинствам предлагаемого способа относятся универсальность по отношению к различным типам двигателей, карбюраторы которых оснащаются электропневматическим клапаном системы холостого хода, компактность, простота в изготовлении и невысокая стоимость устройств для его осуществления.
Реализация на автомобилях предлагаемого экспериментального РХХ позволяет снизить минимально-устойчивую частоту вращения коленчатого вала двигателя по сравнению с частотой вращения, задаваемой заводом-изготовителем (например, с 650 мин'1 до 500 мин"1); улучшить качество приготовления ТВС; сэкономить значительное количество топлива и уменьшить вредные выбросы с отработавшими газами.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ - улучшение работы автомобилей сельскохозяйственного назначения на холостом ходу путём импульсного управления потоком топливовоздушной смеси в карбюраторе.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ - процесс работы автомобильных двигателей 44 9,2/9,2 (УМЗ-414 и ЗМЗ-402) на режиме холостого хода с импульсным управлением потоком топливовоздушной смеси в карбюраторе типа К-151.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ - эксплуатационные показатели автомобилей УАЗ-3741 и ГАЗ-33021.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ представляют: способ импульсного управления потоком топливовоздушной смеси ТВС в карбюраторе при работе автомобильного двигателя на экспериментальном режиме холостого хода;
алгоритмы функционирования и конструктивные варианты исполнения системы автоматического управления потоком ТВС на режиме холостого хода карбюраторного двигателя в составе автомобиля;
результаты теоретических и экспериментальных исследований карбюраторного двигателя при работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода.
Научная новизна конструкторской разработки подтверждена положительным решением ФИПС на выдачу патента РФ на изобретение (заявка №2006105176 от 19.12.2006).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Использование системы автоматического управления потоком ТВС на экспериментальном режиме холостого хода, например, на двигателе ЗМЗ-402 в составе автомобиля ГАЗ-33021, по сравнению с типовым режимом, позволяет снизить часовой расход топлива до 18 %, содержание оксида углерода в отработавших газах -до 52%, уменьшить среднесуммарные лаковые и нагарные отложения на жиклёрах карбюратора и свечах зажигания соответственно на 8% и 25%.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ подтверждается сравнительными стендовыми исследованиями двигателя 44 9,2/9,2 и исследованиями автомобиля ГАЗ-33021 в производственных условиях при работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода, а также высокой степенью сходимости результатов расчетов параметров рабочего процесса двигателя с результатами экспериментальных исследований.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Конструктивные варианты системы автоматического управления потоком ТВС на режиме холостого хода прошли экспериментальную оценку в лаборатории испытаний автотракторных двигателей ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» и производственную проверку на автомобилях в ЗАО «Константинове» Пензенской области.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2004 - 2006 гг..), «Кировская ГСХА» (2004
9 г.), «Самарская ГСХА» (2004 г.), «Чебоксарский институт» (филиал) МГУ (2005 г.), 16 и 17-ом Межгосударственном научно-техническом семинаре в ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2005 - 2006 гг.), 16-й региональной конференции вузов Поволжья и Предуралья (г. Пенза, 2005 г.).
Опытно-конструкторские разработки по системе автоматического управления потоком топливовоздушной смеси на режиме холостого хода экспонировались на V и VI Всероссийской выставке «НТТМ-2005» и «НТТМ-2006» (г. Москва - ВВЦ), на IV Ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов Приволжского Федерального Органа (г. Саранск, 2006 г.).
ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. По результатам исследований опубликовано 16 печатных работ, в т. ч. 1 статья в изданиях, указанных в «Перечне ... ВАК». Одна статья опубликована без соавторов. Общий объем публикаций составляет 2,68 п.л., из них 1,2 п.л. принадлежит автору.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 150 наименований и приложения на 44 с. Общий объем диссертации составляет 190 с, из них 70 рисунков и 10 таблиц.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
расчётно-теоретическое обоснование параметров рабочего процесса автомобильного двигателя с импульсным управлением потоком топливовоздушной смеси в карбюраторе на режиме холостого хода;
система автоматического управления потоком топливовоздушной смеси в карбюраторе при работе двигателя в составе автомобиля на экспериментальном режиме холостого хода;
результаты исследований карбюраторного двигателя на моторной установке и в составе автомобиля при работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода по экономическим, экологическим, износным и лаконагарным показателям.
